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色氨酸对草莓离体培养与生长发育的调控机理研究

钟晓红

  草莓(Fragaria grandiflora Ehrh)是多年生草本果树,为果品中生长周期最短,淡季上市供应的珍品。由于其果实色泽艳丽、柔软多汁、香味浓郁、甜酸适口、营养丰富,而深受国内外消费者喜爱。在基因组设定的发育过程中,草莓的生长发育及其果实的形成与成熟,均离不开内源激素的适时促进与调控。在诸多激素协调作用下,生长素在生长过程中起着调节“源—库”关系,促进水分和矿质元素进入果实,明显增大果形、提高果实品质和延缓果实衰老等方面起着十分重要的作用。IRA的生理上的供应不足,常引起诸多不良后果,以往人们总是考虑喷施外源工从以应急。但是不可忽视,外源喷施生长调节剂常带来激素效应陡然升高,而后又急剧下降,无法起到作用时间相应较长、均匀释放效果。而植物——特别是草莓在生长发育过程中对IRA的要求是匀速缓释。研究者认为色氨酸在植物体内是生成工从的前体,喷施色氨酸可让植物吸收,后在植株体内逐步转化形成IAA而匀速地发挥效应。外源色氨酸是一种价格低廉、对人畜及环境安全的物质,尽管已知色氨酸(Tryptophan)是植物体内IAA生物合成的前体,但目前还没有研究证明高等植物外源喷施色氨酸转化成IRA产生明显效应的报道,更没有色氨酸在草莓上应用的实例。因此,为了填补这一空白,验证这一有理论意义和实用价值的新设想,本试验以丰香、索非亚、章姬草莓为试材,应用外源色氨酸和外源生长素等生长调节物质进行离体培养;用丰香、章姬草莓为试材进行其调控营养生长、改善果实品质和延缓果实衰老研究,旨在探讨色氨酸是否具有IRA的生理作用和向IRA转化的机理,为进行草莓无公害化生产,研制和开发专用生长调节剂提供科学理论依据,对促进草莓无公害化产品的生产具有较大的理论意义和实际应用价值。研究结果如下:1.应用外源色氨酸建立了草莓离体培养和再生植株体系。在草莓离体培养过程中,用L-Trp、DL-Trp、IAA、2,4-D和BA等作为培养基成分,旨在比较它们对草莓愈伤组织、不定芽、增殖培养和不定根诱导的效果。结果表明:当BA浓度为0.5 mg·L~(-1)时,色氨酸0.1 mg·L~(-1)真时对促进愈伤组织诱导、不定芽的增殖具有与IAA0.1 mg·L~(-1)相同的效果,且好于其它激素处理:同时发现BA浓度(1.0 mg·L~(-1))增高时色氨酸对愈伤组织、不定芽的促进作用反而降低;诱导草莓不定根的形成,以NAA最有效,色氨酸与IAA具有相同的生理作用,表现为色氨酸浓度越低越有利于不定根的形成,浓度越高反而抑制不定根的发生。因此,外源色氨酸起着促进愈伤组织形成、诱导器官分化及植株再生的作用,具有IAA所具有的生理功能。从而,可以在植物离体培养中利用外源色氨酸替代I从;且色氨酸是一种价廉、对器官诱导效率高、对人畜安全性大的物质,应用该物质可以在植物的无病毒苗繁殖,工厂化育苗中大大节省成本,获得更大的经济效益。其研究结果为色氨酸应用于植物离体培养提供理论依据,且该方法的研究与开发是色氨酸应用在草萄上建立离体培养和再生植株体系上的一大突破。 2.探明了草墓果实发育过程中内源激素变化规律。果实的生长主要是指果实细胞的分裂和细胞体积的增大,这种过程由多种内源激素所调节。草墓果实的生长呈双“S”曲线,果实发育过程中内源植物激素水平及其平衡关系起有重要作用。果实第一次快速生长期工AA和GA。等物质含量迅速升高,而ABA急剧下降,生长促进物质与果实体积的增大之间的关系呈极显著正相关,这是由于工从、GA3等物质促进了细胞的快速分裂。果实缓慢生长期I从达最大值,且GA:和ABA含量也呈上升趋势,其主要原因是草萄果实上瘦果种子的形成产生了大量的工从和适量GA,。果实进入第二次生长高峰期至成熟,工从含量增长缓慢且维持在较高水平,ABA含量变幅不大,而饥含量急剧减少,这似乎是果实成熟的启动与高浓度的工从、低浓度的GA3和一定浓度的ABA有关,这时高浓度的工从促进了CZ比的发生,而促进了草墓浆果的成熟。所以,从I从、GA3和ABA对草薄浆果发育进程的作用说明,生长促进物质(IAA、GA3)和生长抑制物质(ABA)之间的平衡关系,调节着草萄果实的生长与发育,特别是工从、ASA含量和GA3/ABA比值的变化所反映出的平衡关系比三者各自含量的相对变化对草墓果实生长发育的影响更为显著。其研究结果为在草毒上应用生长调节剂调控生长与发育提供了理论依据。 3.应用外源色氨酸可以增强草墓植株的生长势、提高产量、改善果实品质及调控果实发育期间I从、GA3、ABA含量和GAs/ABA比值变化。草墓叶面喷施3O0mg·L一‘~40Omg·L一,的L一Trp和40OIng·L一,的DL一Trp,能使株高、茎粗、叶片厚度、单株叶数、单株叶面积得到不同程度的提高,增强了生长势和光合能力,提高了草墓产量,也使果实内可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白质、维生素C等营养成分增多,使可滴定酸含量降低,提高糖/酸比;还增加了表皮花青素含量,使果实颜色更鲜艳,果形更整齐,果实硬度适当提高,显著提高了草墓的产量和商品率。提高了果实不同发育时期体内工从含量,提早了GA3含量高峰值的出现,调控果实内GA3/ABA比值变化。该研究……   
[关键词]:草莓;色氨酸;离体培养;生长发育;机理调控
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:湖南农业大学2004年