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文✎七爷

编辑✎ 七街酒舍

前言

食用大黄是一种蔬菜作物，因其茎而有价值，富含不同的天然生物活性成分。在商品化大黄秸秆生产中，芽休眠的发育和释放是决定秸秆产量和质量的关键过程。

(资料图片)

然而，迄今为止，缺乏关于大黄芽休眠调控的报道。众所周知，休眠状态取决于品种。 该研究旨在确定有价值的大黄"Malinowy"的休眠调节。

在休眠发育和释放期间，研究了微繁殖大黄幼苗中碳水化合物、总酚、内源激素水平和基因表达水平的变化。 休眠在高温（25.5°C）和长日照条件下发展。 叶片衰老和死亡与淀粉、总酚类物质、ABA、IAA和SA级别。

在4°C 下冷却五周足以打破休眠，但储存时间较长的根茎表现出更快、更均匀的叶片生长，以及更高的茎长。

未冷却的根茎没有观察到生长反应。芽中的低温激活碳水化合物和激素代谢和信号。增加 AMY3、BMY3、SUS3、BGLU17、GAMYB基因与休眠释放期间淀粉的减少和可溶性糖水平的增加一致。

此外，一些与 ABA 和 GA 代谢和信号转导相关的基因 （ZEP、ABF2、GASA4、GA2OX8） 被激活。还观察了生长素 （IAA、IBA、5-Cl-IAA） 和酚类之间的关系，包括SA水平和休眠状态。

温室体外繁殖苗的生长及休眠诱导

在生长室适应环境后，将体外繁殖的食用大黄"Malinowy"的小植株转移到温室以确定种植材料的生长特性。

据观察，在对温室条件的短暂适应期（大约一到两周）之后，大黄幼苗表现出叶子和根茎的密集生长。在温室中生长两个月后观察到最大叶柄长度和叶面积。

在此期间之后，生长速度放缓，观察到最老的叶子变黄；另一方面，根茎的质量在增加。 在温室中生长的第四个月，观察到叶片衰老迅速增加。大约在第四个月末，50%的小植物无叶。

温室体外繁殖苗的生长及休眠诱导

为了表征大黄"Malinowy"在温室中生长四个月期间发生的生理变化，测定了芽中可溶性糖、淀粉、酚类和内源激素的含量。

一、碳水化合物和总酚含量的变化

大黄芽在温室中生长1、2、3和4个月后，分析了可溶性糖、淀粉和总酚类物质的含量。所有测试参数均在温室生长开始时最低。 可溶性糖的含量在温室生长的三个月内增加了2.6倍，但在接下来的一个月里迅速下降了25%。

大黄芽中的淀粉含量一直保持到第二个月末，然后开始增加。在温室中生长的第四个月观察到淀粉的最高增加。 芽中酚类物质的含量也在三个月内缓慢增加，然后在第四个月迅速增加。

在温室中四个月的生长期间，淀粉和总酚类物质的水平分别提高了62%和48%。 大黄芽中的高淀粉含量和总酚类物质与大黄幼苗的叶片快速变黄相吻合。

二、植物激素含量的变化

还分析了温室栽培1、2、3、4个月大黄芽中内源激素的含量。脱落酸(ABA)含量在第三个月末基本保持不变，然后在温室生长的第四个月增加了50%。 大黄芽含有三种生长素。最丰富的是吲哚-3-乙酸(IAA)，其次是吲哚-3-丁酸(IBA)和5-氯吲哚-3-乙酸(5-Cl-IAA)。 它们的水平在温室中的小植物生长过程中发生了变化。

一开始，芽的特点是 IAA 和 IBA 含量都很高。 然而，IBA 水平在温室生长的第二个月急剧下降（96.3%），并且在所有过渡阶段都保持低水平。

芽中IAA的含量在温室生长的第二个月也有所降低，但仅降低了31.1%，然后开始增加，在第四个月末达到最大值；5-Cl-IAA含量在第2个月先升高后降低，直至培养结束保持不变。 然而，5-Cl-IAA 的水平几乎显著低于 IAA。

例如，休眠芽含有IAA和5-Cl-IAA，比例为9:1。这些结果表明，芽中高水平的IAA与大黄幼苗的快速衰老一致。这可能表明生长素参与了大黄芽休眠的发展。

芽诱导和生长的休眠/寒冷要求的打破

冷处理 (4°C)持续时间对打破大黄"Malinowy"的休眠有很强的影响。 所有对照根茎（未冷却）在生长室中17°C的生长条件下均未能发芽，直到实验结束和接下来的12个月（数据未显示）。 对于冷却两周的根茎也没有观察到发芽反应。

五周的冷却足以在四个星期内打破休眠(96.9%)。然而，在4°C下储存更长时间的根茎表现出更快和更均匀的叶片发芽。 冷却六周、七周和八周的根茎在两周内分别发芽了97.5%、95% 和100%。

然而，在17°C下培养4周后，冷却8周的根茎产生了最长的叶柄。 另一方面，冷却时间从五周增加到八周对形成的叶片数量没有影响。

冷处理过程中地下芽的生理反应

为了测定与大黄"Malinowy"休眠打破相关的生理指标，在每个冷却时间后，分析了可溶性糖、淀粉、总酚和内源激素的含量。

一、碳水化合物和总酚含量的变化

分别于4℃贮藏0、2、3、4、5、6、7、8周后分析大黄芽中可溶性糖、淀粉和总酚类物质的含量。 未冷却的大黄根茎芽的特点是淀粉和总酚含量高，可溶性糖含量低。 根茎暴露于低温导致芽中淀粉和酚类化合物减少以及可溶性糖的积累。大黄芽中的淀粉含量与冷却时间成反比。 经过两周的冷处理，观察到淀粉含量显着降低（3.4倍） 。

在冷却八周后，芽中的淀粉含量最低；未冷却的大黄芽中可溶性糖含量最低。在4°C下储存五周后，增加冷藏时间会导致可溶性糖显著增加。

然后，可溶性糖含量在八周结束时基本保持不变。芽中高水平的可溶性糖与休眠释放一致。

二、内源性激素含量的变化

对大黄根茎4℃贮藏0、2、4、5、6、7、8周后的大黄芽内源激素含量进行分析。 未冷却的大黄根茎的芽具有高水平的 ABA、IAA 和 SA。

根茎暴露于低温导致所有参数下降。降温两周后ABA含量基本保持不变，降温7周后开始下降，达到最低值。

未冷却的芽的特点是IAA水平非常高。 它的水平急剧下降（83%），直到冷却的第五周，在第六周后达到最低水平，然后开始增加到冷却治疗结束。

将冷却时间延长至 8 周导致大黄芽中的 IBA 水平增加了50倍。5-Cl-IAA的含量在降温处理开始时最高，然后从降温的第4周到第6周开始下降，并一直保持到降温结束。

冷处理过程中植物休眠相关基因的表达分析

一、碳水化合物和类黄酮代谢相关基因的表达

我们检查了与碳水化合物和类黄酮代谢相关的基因的表达，以确定基因表达的变化是否与大黄休眠释放期间碳水化合物和酚类化合物水平的变化有关。

在根茎在 4°C 下储存 0、2、3、4、5、6、7 和 8 周后分析基因表达。

蔗糖合酶3(SUS3) 和β-葡萄糖苷酶(BGLU17)的相对表达水平在冷处理后八周的芽中最高，分别高出近8.0倍和3.0倍，与取自非冷却根茎的芽相比。

在所检查的淀粉淀粉酶基因中，α-淀粉酶(AMY3) 在五周的冷却期内显著上调。 然而，β-淀粉酶3( BMY3) 在三周后略有上调，然后显著增加，在五周和八周后达到最大值，分别比对照高3.3倍和3.6倍。

淀粉合酶3(SS3) 在冷藏两到三周后急剧上调，然后在冷藏处理五到八周后略有上调。 与酚类代谢相关的3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶1（HMGR）基因在冷处理8周后达到最大值，比对照高3.0倍。

二、激素代谢及激素信号转导通路相关基因的表达

研究检查了与ABA和GA代谢以及激素信号转导相关的基因的表达，以确定基因表达的变化是否与大黄芽休眠释放期间内源ABA水平的变化有关。 在根茎在4°C下储存0、2、3、4、5、6、7和8周后分析基因表达。

在与ABA代谢相关的基因中，顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶3(NCED3) 和脱落酸反应元件结合因子2(ABF2) 的相对表达水平高于对照。 在冷却的植物中，观察到ABF2转录物水平的增加长达三周，并在冷处理八周后达到最大值。

在冷处理五周后，在植物中观察到NCED3的最高水平相对表达，与对照相比几乎高出3.0 倍。 玉米黄质环氧酶（ZEP)与ABA生物合成相关的基因在所有冷却处理中都被下调。

结论

生长停止、叶片黄化和枯死等形态变化反映了高温下微繁大黄"Malinowy"苗的休眠和休眠发育过程。 研究表明，在从对休眠到内休眠的转变过程中，芽中的淀粉、总酚类物质、ABA、IAA 和 SA 水平显著增加。

在4°C 下冷却八周的根茎在较短的时间内显示出最大的发芽率，并且比冷却五到七周的大黄 "Malinowy"产生最长的茎。

这些结果首次表明大黄地下芽中碳水化合物代谢、植物激素合成和信号转导与休眠释放相关。还观察了酚类物质之间的关系，包括SA水平和休眠状态。

参考文献

1.Anderson, J.V.; Chao, W.S.; Horvath, D.P. A current review on the regulation of dormancy in vegetative buds. Weed Sci. 2001, 49, 571–589.

2.Chao, W.S.; Foley, M.E.; Horvath, D.P.; Anderson, J.V. Signalling regulating dormancy in vegetative buds. Int. J. Plant Dev. Biol. 2007, 1, 49–56.

3.Podwyszyńska, M. The mechanisms of in vitro storage organ formation in ornamental geophytes. Floricult. Ornam. Biotechnol 2012, 6, 9–23.

4.Shim, D.; Ko, J.H.; Kim, W.C.; Wang, Q.; Keatthley, D.E.; Han, K.H. A molecular framework for seasonal growth-dormancy regulation in perennial plants. Hortic. Res. 2014, 1, 14059.

5.Lang, G.A.; Early, J.D.; Martin, G.C.; Darnell, R.L. Endo-, para-, and ecodormancy: Physiological terminology and classification for dormancy research. HortScience 1987, 22, 371–377.

6.Zhuang, W.; Gao, Z.; Wen, L.; Huo, X.; Cai, B.; Zhang, Z. Metabolic changes upon flower bud break in Japanese apricot are enchanced by exogenous GA4. Hortic. Res. 2015, 2, 15046.

7.Michailidis, M.; Karagiannis, E.; Tanou, K.; Sarrou, E.; Adamakis, I.D.; Karamanoli, K.; Martens, S. Metabolic mechanisms underpinning vegetative bud dormancy release and shoot development in sweet cherry. Environ. Exp. Bot. 2018, 155, 1–11.

8.Zhang, R.; Wang, X.; Shi, X.; Shao, L.; Xu, T.; Xia, Y.; Li, D.; Zhang, J. Chilling requirement validation and physiological and molecular responses of the bud endodormancy release in Paeonia lactiflora Pall. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 8382.