激素和损伤处理对烟草根系发生及抗氧化酶活性的影响

作者:未知

  摘 要:探讨外源激素及损伤处理对烟草根系的影响,为烟草(Nicotiana tabacum L)的优质栽培提供科学依据。以云烟87为材料,采用盆栽试验,设置不同激素和损伤处理,研究了激素和损伤处理对烟草根系发生及抗氧化酶活性的影响。结果表明:单独施外源激素IBA或ETH对不定根发生无显著作用,但两者混合后能促进不定根的发生;损伤处理及激素处理均对不定根生长及根系活力具有促进作用,且两者结合后效果更好;在抗氧化酶活性上,不定根与原生根的影响规律基本相反。这为进一步探索激素及损伤诱导对烟草根系的影响奠定了一定基础。
  关键词:烟草;激素;损伤;烟草根系;酶活性
  中图分类号:Q554
   文献标识码:A
  文章编号:1008-0457(2019)02-0015-05     国际DOI编码:10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.02.003
  Abstract:Exploring the effects of exogenous hormones and damage treatment on tobacco roots could provide a scientific basis for cultivation of high-quality tobacco (Nicotiana tabacum L). In this study, a tobacco pot experiment with different hormones and damage treatments was conducted using Yunyan 87 as material to investigate the effects of exogenous hormones and damage treatment on root development and antioxidant enzyme activity in tobacco. The results showed that single indole butyric acid (IBA) treatment or etherel (ETH) treatment had no significant effect on adventitious root initiation, but a mixture of IBA and ETH promoted adventitious root initiation. Both damage treatment and mixed hormonal treatment promoted the growth of adventitious roots and root activity, and the effect of combined treatment was better. In terms of antioxidant enzyme activity, the treatment had the opposite effect on induce adventitious roots compared with primary roots. These results will provide reference for exploration of the effects of hormones and damage induction on tobacco roots.
  Key words:tobacco; hormones; damage treatment; tobacco roots; enzyme activity
  移栽后根系的發生发育对烟草还苗及大田生长起着关键作用。良好的根系发育不但能缩短还苗时间,提早进入旺长期,还有助于烟株氨基酸、激素的合成以及促进叶片中烟碱和一些香味前体物质的合成与积累[1-4]。 当前,烤烟生产中普遍采用“井窖式移栽”技术,能够实现烟苗适期早栽、提高成活率[5]。但烟苗从移栽到覆土期间茎上不形成不定根,覆土后新产生不定根主要位于土表附近,与原生根之间出现根系断层,不利于其固定、吸收和合成功能的发挥。
  植物根的发育受多种激素调控,其中生长素和乙烯促进根的分枝以及不定根的发生[6-7]。因而,吲哚丁酸和乙烯利等植物生长调节剂常用于诱导作物和果蔬不定根的形成。Mudge等[8]研究表明吲哚丁酸能有效促进绿豆下胚轴不定根发生;Sangeeta等[9]发现,乙烯利对促进西红柿不定根和侧根生成效果显著。为解决“井窖式移栽”导致根系断层的问题,本文以云烟87为材料,探讨了吲哚丁酸(IBA)、乙烯利以及损伤刺激对烟草幼苗不定根发生及根系抗氧化酶活性的影响,以期为优质烟苗的培育提供一条有效途径。
  1 材料与方法
  1.1 供试材料培养
  供试材料为烟草云烟87品种幼苗,采用烤烟专用育苗营养液于温室中(温度22℃,光期8 h/暗期14 h)用育苗盘漂浮培养,试验材料每次育苗2盘,每盘160株。生长至5叶1心时,选取生长一致的幼苗用于盆栽,盆栽实验每盆高40 cm,直径35 cm,每盆装土25 kg,装土时每盆施入专用基肥50 g。用柄长为10 cm,柱高为20 cm,柱粗为8 cm,柱前端为15 cm的圆锥形的井窖器于每盆土中央打井窖。5月20 日移栽,每盆移栽一株苗,15 d 后施加肥 30 g并封土。
  1.2 试验设计
  1.2.1 不同激素处理试验
  试验设置清水处理(对照组)、IBA(25 mg/L)处理、ETH( 20 mg/L)、IBA (25 mg/L)+ ETH( 20 mg/L)4个处理,IBA及ETH的浓度选取参照本实验室的前期考察结果。烟苗移栽前48 h处理,处理后立即移栽,移栽后15天取样测定根数及根体积。每处理移栽10盆,处理时间为5月20日。   1.2.2 激素及损伤处理试验
  在探讨这4个处理对烟草根系影响的基础上,采用混合激素进一步进行试验,试验设4个处理:分别为:A(对照组)、B(损伤处理组)、C(激素处理组)及D(损伤+激素处理组)。烟苗移栽前48 h处理,处理后立即移栽,移栽后15天封土,封土25天后取样。每个处理10盆,处理时间为7月1日。
  1.2.3 处理及取样方法
  对照组及激素处理方法:将带基质烟苗茎部8 cm用脱脂棉包裹,于棉花上施加30 mL清水或相应的激素(根据试验设计),并用保鲜膜包裹防止水分散失;损伤处理方法为:用型号为NO:1(100)的氧化铝纱布将烟苗茎部表皮部分擦伤。
  取样方法:将盆从侧面剪开,采用自来水将根系周围土壤冲洗掉,最后将整个根系取出。
  1.2.3 测定指标方法
  根部农艺性状的测定:分别测定根数、根体积[10];根系酶活性测定:根系活力采用TTC法[10],CAT活性采用紫外分光光度法测定[10],测定240 nm波长处的OD降低速度。 将每分钟OD减少0.01定义为1个活力单位。POD活性采用愈创木酚比色法测定[11],以每分钟OD470增加0.01定义为1个活力单位。SOD活性采用氮蓝四唑(NBT)光还原法测定[11],以能抑制反应50%的酶量为一个SOD酶单位,PPO酶活性采用分光光度法[12],以每分钟OD398 变化0.01表示一个酶活力单位。
  1.3 实验数据统计
  试验结果运用SPSS 17.0软件进行统计分析,实验数据以x±s表示,多组间采用单因素方差分析,两组间数据采用t检验。
  2 结果与分析
  2.1 不同激素对烟草根系农艺性状的影响
  从表1可以看出,单独使用IBA或ETH处理,烟草不定根数、不定根体积及不定根体积占总根系的比例均高于对照组,但差异不显著;两种激素混合处理时,烟草不定根数、不定根体积及不定根占总根系的比例均显著高于对照组(P< 0.05)。结果表明IBA+ETH混合处理能促进不定根的发生和发育。
  2.2 激素及损伤处理对烟草不定根发生及根系活力的影响
  表2可知,损伤处理组(B)的不定根条数、不定根体积、不定根根系活力、原生根体积及原生根根系活力均高于对照组(A),其中不定根体积及原生根根系活力与对照组相比,具有极显著性差异(P<0.01),不定根根系活力与对照组相比,具有显著性差异(P<0.05),混合激素处理组与对照组相比,不定根数、不定根体积、不定根根系活力及原生根根系活力均高于对照组,且其中不定根体积,不定根根系活力与对照组具有显著性差异(P<0.05),原生根根系活力与对照组具有极显著差异(P<0.01);D组(损伤+激素处理),不定根条数、不定根体积、不定根根系活力、原生根体积及原生根根系活力均高于对照组,且其中有四个指标与对照组相比,具有极显著差异(P<0.01)。结果表明,损伤处理及激素处理均对不定根的发生发育和根系活力具有促进作用,且两者结合处理的效果更好。
  2.3 激素及损伤处理对烟草根系抗氧化酶活性的影响
  2.3.1 激素及损伤处理对烟草不定根抗氧化酶活性的影响
  由表3可知,与A(对照组)相比,B(损伤处理组)、C(激素处理组)及D(损伤+激素处理组)PPO酶活性较高,且A与B、C存在极显著差异 (P<0.01);B、C及 D组中不定根POD酶活性比对照组高,但无统计学意义;此外,在SOD和CAT酶活性方面,B、C、D组中不定根SOD和CAT酶活性均比对照组高,且B、C组中CAT酶活性与对照组存在极显著差异 (P<0.01),SOD酶活性存在显著性差异(P<0.05)。总体来说,损伤与激素处理均有助于提高不定根中PPO、POD、SOD及CAT酶活性的提高。
  2.3.2 不同处理方式对烟草原生根抗氧化酶活性的影响
  由表4可知,与A(对照组)相比,C(激素处理)、D(损伤+激素处理)组原生根中PPO酶活性较高,且存在极显著差异 (P<0.01);而B(损伤处理)组原生根中PPO酶活性较低,无统计学意义 (P>0.05);B(损伤处理)、C(激素处理)及D组(损伤+激素处理)原生根中的POD均较高,但B、C与对照组相比,差异不显著 (P>0.05);对于SOD及CAT酶,B、C中原生根SOD和CAT酶活性均比对照组低,且存在极显著差异 (P<0.01),但D组中原生根SOD和CAT酶活性均有提高,且SOD酶活性与对照组存在极显著差异 (P<0.01)。结果表明损伤处理及激素处理对烟草原生根抗氧化酶活性有明显影响。
  3 结论与讨论
  从Robbins、徐晓婷、范才银等[13-15]的研究发现,激素IBA、ETH或者损伤能促进根系的发生,且有助于提高根系抗氧化酶活性。IBA是一种由吲哚乙酸转变而来的内源生长素,能刺激吲哚乙酸向基部运输,施加IBA后能转运到烟草基部组织,进一步转变为吲哚乙酸,从而起到促进生根的作用;ETH促进生根可能是:(1)促进细胞周期基因的表达而促进根系的发生[16];(2)ETH促进细胞分裂素类物质分解从而促进根系发生[17]。本試验发现,IBA、ETH单独处理与清水处理组相比,对烟草不定根的发生无显著作用,两者混合后能促进不定根的发生。单独处理对烟草不定根的发生无显著作用的原因可能为:不定跟的发生虽然受激素调控,但还与激素浓度、温度及光照等因素有关。此外,本实验发现,损伤处理及激素处理均对不定根生长及根系活力具有促进作用,且两者结合后效果更好,损伤处理能促进不定根生长及根系活力可能与植物受到外界机械伤害时,为适应环境而启动自身的防御反应有关,其中植物的相关防御酶的合成起着至关重要的作用,但关于IBA与ETH同时处理,损伤与激素同时处理对烟草不定根发生及根系活力的提高具有协同促进作用及它们之间如何进行信号转导等问题还需进一步深入研究。   PPO能催化酚类物质和吲哚乙酸反应产生促进不定根发生的辅助因子“吲哚乙酸-酚酸复合物”,它直接调节酚类的合成来影响细胞的分裂、分化以及根原基的发育,与不定根的发生密切相关[18-20]。SOD、POD及CAT是植物体内活性氧清除系统的主要保护酶,它们具有抵抗逆境胁迫的防御作用[21-23]。本試验中,单独激素或损伤处理均使不定根中POD、SOD、CAT酶活性增加,这与刘晓辉、王艳颖等[22-23]的研究结果相似。但损伤与激素结合处理组中,不定根中SOD、POD及CAT酶活性与对照组相比,无显著变化,这可能是因为烟草自身为抵抗逆境胁迫,损伤刺激与激素刺激相互抑制的结果。在原生根中,POD、SOD及CAT活性变化规律与不定根中的变化规律基本相反。例如,分别进行激素或损伤处理后,SOD及CAT活性显著降低,POD酶活性无显著变化,但损伤与激素结合处理后,POD、SOD及CAT活性显著增强,这可能是因为植物各个部位只有相互协调、平衡,才能有效保护植物免受逆境伤害。
  综上所述,外源激素IBA与 ETH混合后能促进不定根的发生;损伤处理及激素处理均对不定根生长及根系活力具有促进作用,且两者结合后效果更好;在抗氧化酶活性上,不定根与原生根的影响规律基本相反,具体表现为单独激素和损伤处理能提高不定根抗氧化酶活性,激素和损伤结合处理反而降低不定根抗氧化酶活性;而单独激素和损伤处理降低原生根抗氧化酶活性,激素和损伤结合处理提高原生根抗氧化酶活性。
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