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人生价值的追求者……

从小拼搏向上,青年追求目标,中年成就倍出,老年奋斗不止!!

 
 
 

日志

 
 
关于我

我出生在贫穷落后的农村,生长在偏僻的山区,是党把我培养成一名科技知识分子,我应当全心全意为“三农”服务。我的格言是“从小拼搏向上,青年追求目标,中年成就倍出,老年奋斗不止”,“知识无止境,活到老、学到老、用到老、老有所为,老有所用,终生用成功体现人生价值”,“一生不追求官职大小、只追求事业上默默无闻的奉献,为后人留下宝贵的知识、精神财富”。我是这样说的,也是这样做的。我的格言己收录在《中华名人格言》中。

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梨萌芽期僵芽和正常芽的生理差异分析  

2016-11-29 17:50:39|  分类: |  标签: |举报 |字号 订阅

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梨萌芽期僵芽和正常芽的生理差异分析

Physiological difference analysis on pear wizened bud and normal bud during germination
LIU Ya, ZHANG Huping, ZHANG Shaoling, TAO Shutian梨萌芽期僵芽和正常芽的生理差异分析 - 黄牛 - 人生价值的追求者…… 梨萌芽期僵芽和正常芽的生理差异分析 - 黄牛 - 人生价值的追求者……     
Center of Pear Engineering and Technology Research, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
Abstract: [Objectives] In this study, the dynamic physiological indexes of wizened bud and normal bud collected at germination were investigated, which would lay a foundation for preventing wizened bud.[Methods] We collected wizened buds and normal buds during the period of flower bud germination from pear cultivar ‘Niitaka’(Pyrus pyrifolia Nakai). Then we measured endogenous hormones, mineral elements, enzymatic activity and free proline of them.[Results] Normal flower bud of ‘Niitaka’ contained higher levels of IAA, GA3 and ZT content during germination, but the content of ABA was relatively low. B element content was significantly higher in normal buds than that in wizened buds, and Ca element content showed the opposite. In addition, the higher activity of POD, SOD and the free proline content in normal buds were significantly higher than that in wizened buds.[Conclusions] Pear flower bud germination is regulated by various hormones, mineral elements, free proline and related enzymes. Higher levels of IAA, GA3, ZT, B element, free proline content and the activity of antioxidant enzymes are necessary factors to stimulate the germination of flower buds. In production, we can develop the technical measures or products that can promote flower buds germination, and even save the wizened buds according to the related research results.
Keywords: pear     wizened bud     germination stage     physiological change    


随着花芽的生长发育,部分花芽生长相对缓慢,鳞片逐渐松散,其内部花器也随之变为黑褐色,虽在外形上仍似花芽,但翌年春日却不能萌发,这种花芽被称作僵芽[1]。僵芽是花芽中途死亡的一种表现,目前在多种果树上已有报道,如杏[1]、苹果[2]和桃[3]。近年来,一些梨树品种在北京、河南、河北省的部分地区出现了不同程度的僵芽现象,例如东方梨:‘玉露香’‘新高’‘红香酥’‘雪花梨’和‘黄冠’,西方梨:‘巴梨’‘早红考密斯’和‘红安久’,僵芽率有的高达81.4%[4],严重影响了果树产量和梨农收益。有关梨树僵芽形成的原因,杨盛等[5]认为,营养生长与生殖生长不协调造成花芽分化不良,进而形成僵芽。

内源激素和矿质元素对植物的生长、发育、开花、结果等生理活动起着至关重要的调控作用。目前,果树花芽萌发[6]、分化[7, 8]、休眠[9]与激素和矿质元素的相关研究已有一定的报道。研究表明,抗氧化代谢与芽休眠有关,这已在多种果树如梨[10]、苹果[11]、桃[12]和葡萄[13]上有报道。此外,逆境条件下游离脯氨酸含量也会发生变化[14, 15],这对于植物适应逆境具有积极意义。但是目前,关于僵芽形成后的各项生理指标变化至今还鲜见报道。因此,本研究通过比较梨树僵芽和正常芽在萌芽期各项生理指标的差异,探讨僵芽出现后的生理变化,以期为有效防治僵芽发生提供参考。

1 材料与方法 1.1 试验材料

供试材料为南京农业大学江浦梨资源圃僵芽率最高的梨品种‘新高’(Pyrus pyrifolia Nakai)。根据花芽生长的变化规律,在花芽萌发前10 d左右,即2015年2月26日开始,每3 d(即3月1、4、7、10、13和16日)从东、南、西、北方向随机选取100个完整的僵芽和正常芽,直至花芽开绽(即3月16日)。其中 3月 10日为花芽露白期,即花芽刚刚萌动。该时间段僵芽和正常芽从外形上易于区分,正常芽相对饱满,僵芽会显得比较干瘪。样品采集后随机分成3份用冰盒带回实验室进行处理。所有样品不需剥离外部鳞片,如鳞片表面有污物,用去离子水擦净,其中用于内源激素、酶活性、游离脯氨酸分析的样品液氮处理后,于-80 ℃超低温冰箱中保存,其余的进行杀青、烘干处理后用于矿质元素的测定。

1.2 花芽中内源激素的提取与测定

花芽内源激素的提取参照刘旭[16]的方法。采用高效液相色谱仪(HPLC)进行测定,液相色谱仪为Waters 1525系统,检测器类型为Waters 2487紫外检测器。色谱条件:色谱柱为 Sun FireTM C18柱;流动相为甲醇和0.6%冰乙酸;梯度洗脱条件见表 1;流速为0.7 mL · min-1;进样量为5 μL;检测波长为254 nm。标准品生长素(IAA)、赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)和玉米素(ZT)均购自Sigma公司,色谱甲醇为Tedia公司产品。



表 1 梯度洗脱程序 Table 1 The procedure of gradient elution
t/min V(甲醇):V(0.6%冰乙酸)V(Methanol):V(0.6% aceic acid)
0 0:100
10 50:50
30 50:50
31 0:100

表选项
1.3 花芽中矿质元素的测定

将烘干至恒定质量的样品研磨,准确称取0.1 g于5 mL消化瓶中,加入2 mL浓硝酸后用自动回流消化仪进行消化;消化结束后冷却,转移至50 mL容量瓶中,用去离子水定容,利用电感耦合等离子体发射光谱仪,采用外标法分别测定B、Ca两种矿质元素的含量。

1.4 花芽中过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性以及游离脯氨酸含量的测定

POD活性测定采用愈创木酚法[17],SOD活性测定采用氮蓝四唑光化还原法[17],游离脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮染色法[17]。

1.5 数据分析

利用Excel 2010软件和SPSS 17.0软件对试验数据进行差异显著性分析和误差分析。

2 结果与分析 2.1 梨花芽不同时期内源激素含量的变化

由图 1可知:僵芽萌发前后生长素(IAA)含量维持在一个低水平,整个过程变化不明显,而正常芽中的IAA含量呈现出先降低后升高的变化,并且各时期都显著高于僵芽(图 1-A)。赤霉素(GA3)含量在僵芽和正常芽中总体均呈先升后降的趋势,峰值分别出现在萌发时和萌发后(即3月10日和3月13日),除 3月1日无明显差异外,其余各时期僵芽中的含量都显著低于正常芽(图 1-B)。在花芽萌发前(2月26日 和3月1日),僵芽和正常芽中玉米素(ZT)含量呈现降低趋势;之后出现一个明显的跃升,且在花芽萌发时 (3月10日)二者都达到峰值;随后僵芽中ZT含量变化不大,正常芽则有所下降;在2月26日—3月10日,僵芽中的ZT含量显著低于正常芽,而萌发之后二者差异不显著(图 1-C)。脱落酸(ABA)含量在僵芽中呈现逐渐上升趋势,而在正常芽中恰恰相反,其中2月26日、3月1日的花芽还处于休眠状态,正常芽中ABA含量显著高于僵芽,之后花芽逐渐萌发,正常芽开始显著低于僵芽(图 1-D)。


梨萌芽期僵芽和正常芽的生理差异分析 - 黄牛 - 人生价值的追求者…… 图 1 花芽萌发过程中芽内激素含量的变化 Fig. 1 The change of endogenous hormones content during germination stage 不同字母表示相同时期在0.05水平上差异显著。
Values with the different letters indicate significant differences at 0.05 level at the same period. The same as follows.

图选项

2.2 梨花芽不同时期矿质元素含量的变化

由图 2可以看出:在花芽萌发前(2月26日)僵芽中B元素含量与正常芽没有明显差异;随着花芽的生长发育,僵芽中B元素含量出现小范围上下波动,但正常芽中的B元素含量呈现平稳上升趋势,并且显著高于僵芽,直至花芽露白期(3月10日);在花芽萌发后,僵芽和正常芽中的B元素含量略有下降,之后又都大体恢复至原水平(图 2-A)。僵芽和正常芽中Ca元素含量在整个过程中变化不大,且各时期Ca元素含量显著低于僵芽(图 2-B)。


梨萌芽期僵芽和正常芽的生理差异分析 - 黄牛 - 人生价值的追求者…… 图 2 花芽萌发过程中芽内矿质元素含量的变化 Fig. 2 The change of mineral elements content during germination stage

图选项

2.3 梨花芽不同时期POD和SOD活性的变化

从图 3可见:僵芽和正常芽的POD活性总体呈先升后降的趋势,且均在花芽萌发时(3月10日)达到峰值;在花芽萌发前(2月26日—3月4日),僵芽中POD活性高于正常芽;之后各时期正常芽中的POD活性均显著高于僵芽(图 3-A)。在两种花芽中SOD活性均表现为先升后降的变化规律,并且各时期僵芽中的SOD活性均显著低于正常芽,且峰值均出现在3月7日,此时僵芽SOD活性比正常芽下降12.1%(图 3-B)。


梨萌芽期僵芽和正常芽的生理差异分析 - 黄牛 - 人生价值的追求者…… 图 3 花芽萌发过程中芽内POD和SOD活性的变化 Fig. 3 The change of POD and SOD activity during germination stage

图选项

2.4 梨花芽不同时期游离脯氨酸含量的变化

由图 4可看出:在花芽萌发前后,僵芽和正常芽中的游离脯氨酸含量总体均呈上升趋势,且各时期僵芽中游离脯氨酸的含量均显著低于正常芽。


梨萌芽期僵芽和正常芽的生理差异分析 - 黄牛 - 人生价值的追求者…… 图 4 花芽萌发过程中芽内游离脯氨酸含量的变化 Fig. 4 The change of free proline content during germination stage

图选项

3 讨论

本研究中,在花芽萌发前,正常芽的IAA含量呈下降趋势,说明即将萌发的花芽需要较高水平的IAA来激发,当成功激发后,IAA含量会逐渐下降。而且低浓度的IAA可以促进根系生长,使根系合成的细胞分裂素等促进萌芽的物质运送到地上部分,间接利于花芽萌发[18]。之后随着花芽的萌动,对IAA的需求逐渐增加,IAA含量又开始上升[6]。在整个观测时期,正常芽的GA3含量总体呈上升趋势,只在后期有所下降,但一直维持在较高水平,含量明显高于其他几种激素,这表明花芽萌发过程中需要高浓度的GA3支持。此结论与在草莓[19]、甜樱桃[20]上的研究结果大体相同。花芽的萌动对ZT的需求量增加,而萌动过后则会逐渐减少[6]。ABA含量的多少与萌芽呈负相关性[21],说明花芽的萌发不需要高水平的ABA含量,或是花芽的旺盛生长抑制了ABA合成。总之,在正常芽中,4种激素的协同拮抗作用保证了花芽的正常萌发、生长;而有些花芽由于发育不良,形成了僵芽,激素之间的这种调节机制出现紊乱,最终使其在萌芽期表现为不萌发状态。

有报道显示[5],僵芽的发生时间为花萼分化期,它属于花芽分化的一个阶段。矿质元素是影响该过程必不可少的因子,它们参与营养物质或调节物质的构建,进而对成花起到一定作用。戴良昭等[22]报道,在花芽生理分化期前喷施B等矿质元素,能够促进柑橘成花,增加结果母枝的数量。朱志强[23]的研究结果显示,香蕉在花芽的形态分化期需要更多的B元素用于生殖器官的形态建成。另外,‘黄花’梨[24]和草莓[25]的Ca含量在花芽发端前达到高峰,而在成花中被消耗,说明Ca也有参与成花过程。在本研究中,花芽萌发前后,僵芽中的B含量显著低于正常芽,Ca含量显著高于正常芽,这种显著性差异与花芽分化过程中两元素含量的关系有待我们进一步探究。另有研究表明[14],当遇到环境胁迫时,树体为抵御逆境,花芽中的Ca会回流至枝条,从而提高树体抗性。由此推断,僵芽率高的树体在整个生长过程中由于缺少这种源库关系转化能力,使得该树体抗性减弱,一些花芽的发育受到影响,从而产生僵芽。

梨树花芽萌发时,活性氧(ROS)代谢会发生变化,POD和SOD活性均会有所提高[26]。而在花芽萌发后,两种酶活性又逐渐降低至较低水平。但由于僵芽对ROS清除能力相对较低,会使得其细胞膜结构破坏程度增大,从而促使僵芽现象的恶化。另有研究认为,植物抗氧化系统受Ca2+-CaM信号系统的诱导和调控,即一定低浓度的Ca2+能明显提高POD和SOD活性,以抵抗逆境下诱导的氧化胁迫[27]。本研究结果与该结论基本一致。

关于游离脯氨酸和植物抗性之间的关系,已有很多相关报道[14, 15, 28]。本研究中,随着花芽的生长,环境的变化,正常芽中的游离脯氨酸含量相较僵芽会大幅增加,这表明当树体受到环境胁迫时,不易产生僵芽的树体相比会产生较多的游离脯氨酸,从而作为渗透调节剂,稳定生物大分子结构,降低细胞酸度,以及作为能量库调节细胞氧化还原势等。因此,游离脯氨酸含量可以作为衡量树体抗僵芽病能力的一个生理指标。

综上可以看出,梨树僵芽问题是环境诱导下的一个复杂生物学过程。通过两类花芽萌芽期各项生理指标的差异分析,可以得出:由于僵芽本身营养物质含量低,抗性弱,从而会使得其在萌芽期具有内源激素调节紊乱,B、Ca元素含量异常,POD、SOD活性降低以及游离脯氨酸含量较少的特点。另外,这些指标的动态变化规律对于减少僵芽发生的方案提出具有一定的指导意义。


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