激素处理对郁金香开花及其生理的影响

研究报告 Research Report 激素处理对郁金香开花及其生理的影响 魏钰∗张辉 刘娜 北京市植物园 , 北京市花卉园艺工程技术研究中心 , 城乡生态环境北京实验室 , 北京 , 100093 *通讯作者 , 摘 要 以‘红色印象’郁金香 Tulipa ‘Red impression’为试验材料，通过不同激素处理，观测其对郁金香花期的影响，同时在栽植期、出芽期、现蕾期、盛花期以及衰败期采集其鳞片以及根盘组织，测定各部位含水量、可溶性糖以及可溶性蛋白质的含量。结果显示外源激素对花期没有显著影响，但是能够明显延长花朵的开放时间；与后期激素处理相比，前期处理对延长单朵花开放时间的效果更好。外源激素对含水量及可溶性糖含量几乎没有影响，但是处理导致可溶性蛋白质含量显著提高。因此，该结果表明激素处理能够延长单朵花开放时间可能主要与复杂的蛋白变化及调节有关。本实验结果初步展示了外施植物生长调节剂对郁金香生长发育过程中种球内生理变化的影响，以期为进一步花期调控提供理论依据。 关键词 郁金香 , 花期调控 , 生理指标 , 激素 Effects of Hormone Treatments on Florescence and Physiological Mechanism of Tulipa ‘Red Impression’ Wei Yu*Zhang Hui Liu Na Beijing Laboratory of Urban and Rural Ecological Environment, Beijing Floriculture Engineering Technology Research Centre, Beijing Botanical Garden, Beijing, 100093 * Corresponding author, Abstract For the purpose to explore the change regulation of exogenous hormones of tulips, the contents of water, soluble sugar and soluble protein in scales and basal stems of Tulipa ‘Red impression’ during different development stages were measured. The results showed that the change tendency of water content in scales and basal stems were almost same that rose gradully until squaring date then went down.The soluble sugar contents in scales were high and stable until full bloom date then went down sharply on flowers decay date. But the soluble sugar contents in basal stem were in downtrend and lower than in scales obviously. The soluble protein contents in basal stems were much higher than in scales that meant the basal stems were much active than scales during the metabolic process. In the summary, exogenous hormones were almost useless to the flower time, water contents 基金项目本研究由北京市公园管理中心项目 ZX2011003资助 网络出版时间2017-11-28 105006网络出版地址http// soluble sugar contents. However, they can prolong the dates of flowering and the soluble protein contents obviously. Keywords Tulip, Flowering regulation, Physiological index, Exogenous hormone 郁金香 Tulipa gesneriana L.属于百合科 Liliaceae郁金香属，是一种具鳞茎多年生的草本花卉，主要起源地在亚洲、欧洲及北非，其中地中海至中亚地区的野生种最为丰富，中国主要产于新疆及东北等地区。本属植物约有 150 余种，中国有 16 种 费砚良等 , 2008, 中国农业出版社 , pp.468-471，其中 11 种均产于新疆。其花型典雅，花色丰富，无论是庭院栽植还是用于切花，都深受世界各国人民喜爱。郁金香是春季开花的球根花卉，其生理特点是鳞茎在休眠期间进行花芽分化，之后需要经过一个低温阶段打破休眠，使鳞茎内的抑制物质含量下降，促进物质含量上升，才能最终生长开花。 从 2004 年开始，北京市植物园便在每年春季举办“世界名花展” ，主要展现的是以栽植郁金香等春季开花的球根花卉。 该花展已成为京城早春踏青赏花和旅游观光的一大亮点和热点， 但是由于气候条件原因，郁金香在北京的观赏期较短，主要集中在 4 月中下旬，花期大约 10 d 左右。对郁金香的花期进行调控，有利于延长整个观赏期，从而为植物园带去良好的社会效益和经济效益。郁金香是温度敏感型植物，露地栽植很难控制环境温度，有研究证明植物生长调节剂对郁金香的短期花期调节具有一定作用，特别是 GA3处理可以提前花期并且提高花朵的质量 于淑玲和李瑞国 , 2005, 北方园艺 , 2 31; 赵统利 , 2006; 桂敏等 , 2010。杨玉秀等 1998研究认为以 6-BA 和 KH2PO4为主要成分的复合化学制剂，可以减缓花瓣的衰老过程，延长花期。我们前期研究也观察到激素在郁金香茎杆伸长以及花朵发育的过程中所起的重要作用 魏钰等 , 2013。此外，研究还显示生长调节剂对于花芽的诱导和花茎的伸长具有一定作用 Marian and Okubo, 1997; 1998; Saniewski et al., 2005; 2011，但是外源激素对郁金香生长发育的具体作用机理尚无深入报道。本试验通过对郁金香不同时期施加外源 GA3和 6-BA，在生长期对物候进行生物学观测，同 时对不同生长阶段种球含水量、碳水化合物和蛋白质含量分别进行测定和分析，目的在于了解植物外源激素对郁金香生长发育以及种球生理变化的影响，进而探索这些生理响应与植物花期的关系，从而为露地栽植郁金香的花期调控提供相关的理论依据。 1 结果与分析 1.1 不同处理对郁金香物候期的影响 经过外源激素处理的 3 组其单花花期都明显长于对照组 CK的花期 表 1，说明外源激素对延长花期确实起到了一定作用。 T1 组在出芽日期和开花日期上都早于对照组和其它组，主要是因为 5℃处理球在种植前有少量生根情况，因此可以缩短在早春生长过程中的时间，从而导致花期提前。 T2 组在种植前经过GA3浸泡，开花时间与 CK 无明显区别，但是单花花期明显长于其它组别，推测可能是外源 GA3在种球内的积累对其花期延长的一定作用。 表 1 不同处 理Table 1The ph处理 Treatment 出BCK 2T1 2T2 2T3 21.2 不同处 理水分 是金香生长 所在水分存 在无论是鳞 片这与孙燚 等开花后有 所分及营养，重要性。 种球的含水 量图 1 ‘红色印 象注 A 鳞片 内Figure 1 ChanNote A Chan1.3 不同处 理植物 体理 下 ‘红色印象 ’enological peri出 芽日期 udding date 015-3-4 015-3-22 015-3-25 015-3-25 理 对种球含 水是 植物体的重所 需要的绝大在 的条件下 才片 图 1A还 是等 2008测量 的所 下降，说明这与王洪 亮种 植时 T1 处 理量 可能产生一象 ’郁金香在不内 含水量的变 化ges of water coges of water co理 对种球可 溶体 内都含有大郁金香的物 候od of Tulipa ‘R现蕾日期 Squaring d2015-4-9 2015-4-7 2015-4-9 2015-4-9 水 量的影响 要组成部分多数矿物质 元才 能顺利进 行是 茎盘 图 1B的 数值 62.8郁金香开花 需亮 等 2006的 研理 的鳞片的 含定的影响。 同生长时期 含化 ; B 茎盘内 含ntentof Tulipa ntentin scales; 溶 性糖含量 的量碳水化合 物候 期 ed impression’ate 始花 日Flowe2015-2015-2015-2015-，不同植物 对元 素都是由 其，因此植株的含水量，66.5比 较需 要大量的 水研 究结果一 致含 水量从出 芽含 水量的变化含 水量的变化‘Red impressioB Changes of 的 影响 物 ，特别是 郁with different 日 期 ring date 盛F4-14 24-12 24-14 24-15 2对 水分的需 求其 根毛通过 吸内含水量的其变化趋势较 相符。 随后 含水 分进行营 养致 ，从而也 证芽 期到衰败 期n’ during growwater contentin郁 金香的种 球treatments 盛 花日期 ull bloom date015-4-16 015-4-14 015-4-16 015-4-16 求 不同，植 物吸 收水中少 量多少对其生 长是一致的， 即含 水量逐渐 升养 物质的运 送证 明从发芽 后期 都低于其 它th basal stems球 内，含有 大花朵衰败 日Flowers dec2015-4-23 2015-4-23 2015-4-28 2015-4-25 物 体内的含 水量 矿物质而 提长 发育也会 产即 栽植期最 低升 高， 在开 花送 ，而开花 过后 期到现蕾 期它 组别的含 水大 量糖和淀 粉日 期 cay date 单Floday8 118 145 10水 量也有很 大提 供的，光 合产 生影响。 从低 ，含水量 在花 初期 现蕾 期过 程则消耗 了期 的水分对 郁水 量，说明 低粉 等物质， 碳花花期 d wering s per plant d大 的区别。 郁合 作用也只 有从 总体上看，在 60左右，期 达到最高，了 鳞茎内的 水郁 金香开花 的低 温处理对 种碳 水化合物 含郁有水的种含量的多少 是物质是植 物的含量对 了无论 是至盛花期 都要原料； 而可溶性糖 的香鳞片和 茎比，这与 毛图 2 ‘红色印 象注 A 鳞片 内Figure 2 ChanNote A Chan1.4 不同处 理可溶 性重要指标 之要存在于 茎含量一直 较的作用。 无对可溶性 蛋现蕾期 T3 处的总体代 谢是 种球质量 高物 体的重要 组了 解郁金香生是 否经过激素都 处于较高的而 可溶性糖含的 含量 图 2B茎 盘内可溶 性毛 洪玉等 2009象 ’郁金香在不内 可溶性糖含 量ges of soluble sges of soluble 理 对种球蛋 白性 蛋白质在 植之 一。茎盘内 可茎 盘内，且在较 高， 推测是 栽无 论是鳞片 还蛋 白的含量有处 理下的可 溶谢 产生了作用高 低的指标之 一组 成成分之一长发育过程 有处理，可溶 性水平，约为 干量在花朵衰 败则随着郁金性 糖的含量有的试验数 据同生长时期 可量 的变化 ; B 茎ugar content osugar content in白 质含量的 影植 物体内主要 是可 溶性蛋白 茎盘内能更栽 植前 GA3的还 是茎盘，其一定影响。 T溶 性蛋白质 含。 一 ，其含量 的，也是参与 新有 重要意义 。性 糖含量的 变干 重的 40左败 后急剧下 降香的生长发 育明显差异， 鳞据 相符，证 明可 溶性糖含量 的茎 盘内可溶性 糖f Tulipa ‘Red imscales; B Cha影 响 是 参与各种 代图 3B占干 重多 地参与根 系的 浸泡以及 后T1 处理下 的3 处理与 CK含 量才明显 高的 变化也会 影新 陈代谢的 主。 变 化趋势大 体左 右，说明 糖降 ，仅为 10育 呈下降趋 势鳞 片内的可 溶明 鳞片是郁 金的 变化 糖 含量的变化pression’ duringes of solubl代 谢的酶类 物重 的比例总 体系 的生长等 各后 期添加外 源的 蛋白质含 量相比只是 在高 于 CK 和 其影 响到花期 的主 要原料和 贮体 一致。鳞 片糖 类在植株 的左右，说 明势 ，到衰败 期溶 性糖含量 占金 香储藏糖 分ng growth e sugar content物 质，因此 蛋体 高于鳞片 内各 项生理活 动源 激素的叠 加量 都低于 CK在 生长期施 加其 它组别， 说的 变化 李琳 琳贮 存物质。 因片 内可溶性 糖的 生长发育 期明 开花过程 消期 则和鳞片 内占 干重的百 分分 的主要部 位in basalstems 蛋 白质的含 量内 的占比 图 3动 。鳞片中 T加 作用对其 蛋的蛋白质 含加 了外源激 素说 明外源激 素琳 和史益敏 , 因 此测定种 球糖 含量 图 2A期 间为新陈 代消 耗了大量 糖内 的含量比 较分 比明显高 于位 。 量 是衡量植 物3A，说明 可2 处理下 的蛋 白质的含 量含 量，说明 低素 GA3和 6-B素 GA3和 6-B2006。糖 类球 内可溶性 糖从栽植期 直代 谢提供了 主糖 分。茎盘内较 接近。郁 金于 茎盘内的 占物 体总代谢 的可 溶性蛋白 主的 可溶性蛋白量 起到了一 定温处理 5℃A，因而 在A 对郁金 香类糖直主金占的主定在香图 3 ‘红色印 象注 A 鳞片 内Figure 3 ChanNote A Chan2 讨论 本试 验分别测定 各不同生长 时段鳞茎和 茎期略有下 降能力较强 有右；茎盘 中的比例总 体量具有显 著激素处理 能理 和 T3 处素处理相 比和 T3 处理 能只是诱 导总体 说及可溶性 糖开放时间 主象 ’郁金香在不内 可溶性蛋白 质ges of soluble pges of soluble p验 以 ‘红色印 象各 组鳞片和茎时 期的种球内茎 盘中含水 量降 ；从含水量有 关。鳞片中中 的可溶性糖体 高于鳞片内著 影响。比较能 够一定程度处 理 前期常 温比 ，前期处理前期常温 , 后导 花芽分化，说 来，外源激糖 含量几乎没主 要与可溶 性同生长时期 可质 的含量变化 ; Brotein content rotein content象 ’ 郁金香 为盘内含水量部生理指标量 变化基本一 致数值上看， 茎可溶性糖含 量含量总体呈 下的占比，说CK 和 T3 处上延长单朵 花温 , 后期激素对延长单朵 花后 期激素处 理而对延长开 花素对花期没 有有影响，但 是性 蛋白含量 有可 溶性蛋白质 的 茎盘内可 溶of Tulipa ‘Redin scales; B C为 实验材料， 在、 可溶性糖 含的变化以及 外致 ，从栽植 期茎 盘内含水 量量 在盛花期 之下 降趋势， 且明 茎盘参与 植处 理 前期常 温花 的开放时 间处 理 ，说 明 前花 开放时间 的理 ，可以发 现花 时间作用 很有 显著影响 ，是 对可溶性 蛋关。本研究的 含量变化 溶 性蛋白质的 含impression’ duhanges of solub在 进行花期 调含 量以及可 溶外 源激素对 其期 、发芽期 到量 总体高于 鳞之 前都很高，且 该含量明 显植 株代谢的 作温 , 后期激 素间 。同时， 对前 期激素处 理的 效果更好 。现 两者对延 长很 小。 ， 但是能够 明蛋 白质含量 具初步了解了 外含 量变化 ring growth le protein cont调 控的过程 中溶 性蛋白质 含其 的影响。 试到 现蕾期都 呈鳞 茎内含水 量也比较稳 定显 低于鳞片 内作 用比鳞片 更素 处理 ，两 者对 比 T2 处 理理 也能够延 长。 此外，比 较长 单朵花开 放明 显延长单 朵具 有显著影 响外 源激素对 郁ent in basal ste中 选取种球 第含 量， 以观察 郁试 验结果表 明呈 逐渐上升 的量 ，推测这 与定 ，到了衰 败内 的含量。 茎更 为活跃， 同者 仅在后期 激理 前期常温 和长 单朵花开 放较 T1 处理 前放 时间的效 果朵 花的开放 时响 。因此， 激郁 金香花期 及ms 第 二层鳞片 和郁 金香在不 同明 不同处理 在的 趋势，到 盛与 根部从土 壤败 期则明显 下茎 盘内可溶 性同 时外源激 素激 素处理不 同和 GA3处理 , 放 时间。但 是前 期低温 , 后 期果 相似，说 明时 间；外源 激激 素处理能 够及 几项生理 指和 茎盘组织，同 处理条件、在 不同生长 阶盛 花期和衰 败壤 中吸收水 分下 降至 1/4 左性 蛋白占干 重素 对蛋白质 含同 ，证明后 期后期激素 处是 与后期的 激期 激素处理 明 前期低温 可激 素对含水 量够 延长单朵 花指 标的影响，阶败分左重含期处激可量花为今后郁金香露地花期调控的研究提供了参考依据，但是要通过明析郁金香花期调控的生理响应及作用机理还需要大量、深入的研究工作。 3 材料与方法 3.1 试验材料 2014 年至 2015 年在北京市植物园花卉基地进行试验，试验材料为‘红色印象’郁金香 Tulipa ‘Red impression’的种球，分为常温种球和经过 5℃处理的种球，规格均为周径 12 cm，种球均购自 Jan de Wit enZonen B.V.公司 荷兰 。种球栽植于室外，栽植深度为- 10 cm，栽植密度为 10 cm10 cm。试验包括 1 个对照和 3 个处理 表 2每个处理 90 粒种球，分 3 组重复，每组 30 粒。 表 2 试验设计 Table 2 Experiment design of different treatments 编号 Number 处理方法 s 种植前 Preplanting 种植后 After planting CK 常温球 T. gesneriana bulbs at ordinary temperature - - T1 5℃处理球 T. gesneriana bulbs at low temperature 5℃ GA36-BA T2 常温球 GA3 T. gesneriana bulbs with GA3treatments at ordinary temperature GA36-BA T3 常温球 T. gesneriana bulbs at ordinary temperature GA36-BA 注 种植前处理方法 用 200 mg/L GA3浸泡种球 24 h; 种植后处理方法 从株高 5 cm 开始 , 用滴管向花筒内滴入混合溶液100 mg/L GA325 mg/L 6-BA 5 mL, 每隔 3 d 一次 , 连续 3 次 Note The treatments before planting Bulbs were soaked by 200 mg/L GA3 for 24 h; The treatments after planting Dropped into the cylinder with 5 mL solution of 100 mg/L GA325 mg/L6-BA via dropper, once in 3 days, 3 times 3.2 生物学观测 生物学观测从 2015 年 3 月 10 日至 4 月 30 日进行，观测内容包括出芽日期、现蕾日期、始花日期、盛花日期、花朵衰败期。观测时，出芽日期以‘红色印象’郁金香整体出芽数达到 10以上的天数为准，50以上的植株出现花蕾的时间为现蕾日期， 10左右的花蕾开放时间为始花日期， 60以上花蕾开放时间为盛花日期， 50以上花朵的花瓣下垂或开始脱落时间为花朵衰败日期 张辉等 , 2013。 3.3 生理指标测定 含水量、可溶性糖含量以及可溶性蛋白质含量的测定均在中国农业大学农学与生物学院化学实验室完成。试验数据通过 Excel 软件进行了处理，同时采用 SPSS 16.0 软件数据进行了方差分析 p0.05。 分别在种球的栽植期 11 月 30 日 、出芽期 3 月 26 日 、现蕾期 4 月 10 日 、盛花期 4 月 16 日 以及衰败期 5 月 2 日 ，从各处理随机选取‘红色印象’郁金香的种球，分别采集种球的第二层鳞片以及茎盘组织鲜重各 1.0 g，切碎后分别放入纸袋中，置于 40℃恒温箱中 48 h。取出后分别测量其干重。 3.3.1 种球含水量的测定 种球含水量 重量 ＝ 鲜重-干重 /鲜重 100 3.3.2 种球内可溶性糖含量的测定 采用蒽酮比色法测定种球鳞片及茎盘内可溶性糖含量可溶性糖含量 占干重 可溶性糖质量 /干重质量 100 3.3.3 种球内蛋白质含量的测定 采用考马斯亮蓝法测定种球鳞茎及茎盘内可溶性蛋白质含量 可溶性蛋白质含量 占干重 可溶性蛋白质质量 /干重质量 100 作者贡献 魏钰、张辉、刘娜是本研究的实验设计和实验研究的执行人；魏钰及张辉完成数据分析，论文初稿的写作；张辉、刘娜参与实验设计，试验结果分析；魏钰是项目的构思者及负责人，指导实验设计，数据分析，论文写作与修改。全体作者都阅读并同意最终的文本。 致谢 本研究由北京市公园管理中心项目 ZX2011003资助。感谢中国科学院植物研究所姜闯道博士在本论文撰写过程中给予的指导。 参考文献 Gui M., Chen M., Li X., Long J., and Lu Z.H., 2010, Study on growth and development characteristics, botanical characteristics and flowering period control of four flower bulbs, Anhui Nongye Kexue Journal of Anhui Agricultural Sciences, 381 131-133 桂敏 , 陈敏 , 黎霞 , 龙江 , 卢珍红 , 2010, 4 种球根盆花的生育特性 , 植物学性状及花期调控研究 , 安徽农业科学 , 381 131-133 Li L.L., and Shi Y.M., 2006, Effects of chilling on Tulip bulb physiology and flowering regulation, Shanghai Jiaotong Daxue Xuebao Journal of Shanghai Jiaotong University Agricultural Science, 241 30-34 李琳琳 , 史益敏 , 2006, 郁金香种球冷藏与花期调控 , 上海交通大学学报 农业科学版 , 241 30-34 Mao H.Y., Ning G.L., and Liu D., 2009, The refrigeration processes to the Tulip bulb’s water content, the soluble sugar and soluble protein content influence, In The Symposium of Chinese Society for Horticultural Science Flower Bulb Branch, Hangzhou, China, pp.123-130 毛洪玉 , 宁国龙 , 刘迪 , 2009, 冷藏处理对郁金香鳞茎的含水量 , 可溶性糖和可溶性蛋白质含量的影响 , 见 中国园艺学会球根花卉分会 2009 年会 , 中国 , 杭州 , pp.123-130 MarianS., and Okubo H., 1997, Auxin induces stem elongation in nonprecooled and precooled derooted and rooted Tulip bulbs, Journal-Faculty of Agriculture Kyushu University, 421 53-61 Marian M., and Okubo H., 1998, Effects of 2,3,5-triiodobenzoic acid TIBA on stem growth induced by indole-3-acetic acid IAA and naphthylacetic acid NAA in precooled rooted Tulip bulbs, Journal-Faculty of Agriculture Kyushu University, 431-2 11-23 Saniewski M., Okubo H., Miyamoto K., and Ueda J., 2005, Auxin induces growth of stem excised from growing shoot of cooled Tulip bulbs, Journal-Faculty of Agriculture Kyushu University, 502 481-488 Saniewski M., Okubo H., Miyamoto K., and Ueda J., 2011, Stimulatory effect of 2,3,5-triiodobenzoic acid TIBA on shoot growth and flowering of partially cooled tulip Tulipa gesneriana L. bulbs, Journal of Fruit Ornamental Plant Research, 192 149-160 Sun Y., Zhang Y.L., and Niu L.X., 2008, Changes in some physiological and biochemical inds of Tulipa gesneriana L. bulbs with different moisture contents during cold storage period, Zhiwu Shenglixue Tongxun Plant Physiology Communications, 442 240-242 孙燚 , 张延龙 , 牛立新 , 2008, 低温贮藏期间不同含水量郁金香种球的几种生理生化指标变化 , 植物生理学通讯 , 442 240-242 Wang H.L., Fan J.P., Cao Y.F., and Che D.D., 2006, Effects of different illumination intensities on moisture and protein content in hard resistance tulip, Dongbei Nongye Daxue Xuebao Journal of Northeast Agricultural University, 376 763-767 王洪亮 , 樊金萍 , 曹玉峰 , 车代弟 , 2006, 不同光照条件对寒地郁金香水分和蛋白质含量的影响 , 东北农业大学学报 , 376 763-767 Wei Y., Zhang H., Meng X., Liu N., and Yi M.F., 2013, Effects of GA3and 6-BA treatments on changes of three endogenous phytohormones contents in Tulip bulbs, Zhiwu Shengli Xuebao Plant Physiology Journal, 492 161-166 魏钰 , 张辉 , 孟昕 , 刘娜 , 义鸣放 , 2013, 外源 GA3和 6-BA 对郁金香鳞茎内 3 种激素含量变化的影响 , 植物生理学报 , 492 161-166 Yang Y.X., Sun Q., Li X.J., and Wang C.Y., 1998, Effect of compound chemicals on tulip growth and senescence, Xibei Nonglin Keji Daxue Xuebao Journal of Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry Natural Science Edition, 26l 99-103 杨玉秀 , 孙群 , 李学俊 , 王翠云 , 1998, 复合化学抑制剂对郁金香花期生长和衰老的影响 , 西北农林科技大学学报 自然科学版 , 26l 99-103 ZhangH., Liu N., and Wei Y., 2013, Study on forcing culture outdoor of tulips, Xiandai Nongye Keji Modern Agricultural Science and Technology, 20 143-145 张辉 , 刘娜 ,魏钰 , 2013, 郁金香露地促成栽培技术研究 , 现代农业科技 , 20 143-145 Zhao T.L., 2006, Study on the cultivation techniques of tulip cut-flower for high efficiency in sunlight greenhouse, Thesis for M.S., College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Supervisor Chen F.D., pp.21-24 赵统利 , 2006, 日光温室切花郁金香高效栽培技术研究 , 硕士学位论文 , 南京农业大学园艺学院 , 导师 陈发棣 , pp.21-24