干旱胁迫咖啡嫁接苗内源激素及生物量的变化

董云萍; 林兴军; 黄丽芳; 谭军; 李金芹; 赵青云; 黎秀元; 龙宇宙

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2022.02.011

热带作物学报 >

2022 , Vol. 43 >Issue 2: 311 - 320

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2022.02.011

作物栽培与生理生化

干旱胁迫咖啡嫁接苗内源激素及生物量的变化

董云萍 ^,¹ ,
林兴军 ¹ ,
黄丽芳 ¹ ,
谭军 ¹ ,
李金芹 ² ,
赵青云 ¹ ,
黎秀元 ¹ ,
龙宇宙 ¹

展开

1.中国热带农业科学院香料饮料研究所/农业农村部香辛饮料作物遗传资源利用重点实验室/海南省热带香辛饮料作物遗传改良与品质调控重点实验室,海南万宁 571533
2.云南农业大学热带作物学院,云南普洱 665099

董云萍（1967—）,女,学士,研究员,研究方向：咖啡栽培与育种。E-mail： dongyunping@qq.com。

收稿日期: 2021-07-21

要求修回日期: 2021-08-16

网络出版日期: 2022-02-22

基金资助

云南省董云萍专家工作站(202105AF150081)

国家自然科学基金项目(31901469)

中国热带农业科学院基本科研业务费(1630142021013)

版权

收起

Effect of Drought Stress on Endogenous Hormone Content and Biomass of Coffee Grafted Seedlings

DONG Yunping ^,¹ ,
LIN Xingjun ¹ ,
HUANG Lifang ¹ ,
TAN Jun ¹ ,
LI Jinqin ² ,
ZHAO Qingyun ¹ ,
LI Xiuyuan ¹ ,
LONG Yuzhou ¹

Expand

1. Spice and Beverage Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Key Laboratory of Genetic Resources Utilization of Spice and Beverage Crops, Ministry of Agriculture and Rural Affairs / Key Laboratory of Genetic Improvement and Quality Regulation for Tropical Spice and Beverage Crops of Hainan Provincial, Wanning, Hainan 571533, China
2. School of Tropical Crops, Yunnan Agricultural University, Pu’er, Yunnan 665099, China

Received date: 2021-07-21

Request revised date: 2021-08-16

Online published: 2022-02-22

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摘要

为探明咖啡嫁接苗应对干旱胁迫其内源激素变化对植株生长的影响,布置了盆栽试验。接穗为中粒种咖啡‘大丰1号’,砧木分别为大粒种咖啡‘查理种16号’（种间嫁接）和中粒种咖啡‘热研2号’（种内嫁接）,3种水分处理：（1）正常淋水土壤含水量（soil moisture content,SMC）,18%≤SMC≤25%,（2）轻度胁迫15%≤SMC≤17%,（3）重度胁迫10%≤SMC≤12%。6个试验处理分别为种间嫁接L₁、L₂、L₃,种内嫁接C₁、C₂、C₃。结果表明：种内嫁接苗根系IAA、ABA、TZR、IP含量在正常和轻度水分处理下均显著高于种间嫁接苗;干旱处理下种间嫁接苗叶和根IAA、ABA、Zeatin、TZR,种内嫁接苗叶IAA、ABA、Zeatin升高正响应干旱胁迫,但种内嫁接苗根IAA、Zeatin、TZR为负干旱胁迫响应;2种嫁接苗根IBA含量对干旱胁迫响应不同,种间嫁接苗重度干旱显著低于正常和轻度干旱,种内嫁接苗干旱显著高于正常水分;2种嫁接苗叶片、根ABA含量,干旱显著高于正常水分,叶片ABA含量L₂、L₃比L₁高65.13%、218.52%,C₂、C₃比C₁高31.10%、89.15%。根ABA含量L₂、L₃是L₁的7.71倍、9.05倍,C₂、C₃是C₁的1.79倍、1.48倍;重度干旱种间和种内嫁接苗叶面积损失率显著增加,单株生物量分别比正常水分减少23.45%、20.14%;轻度水分胁迫种间嫁接苗根干重、比根长、比根表面积分别比正常水分高39.16%、33.81%、28.07%,根系变细,根冠比0.66显著高于正常水分0.48;相关分析表明干旱胁迫下咖啡嫁接苗内源激素变化与生物量间存在相关性,地上部生物量与叶片IAA、Zeatin、ABA和根ABA呈显著、正负相关,根直径与根IAA、TZR、IP、ABA呈显著负相关,侧根数与根IAA、Zeatin、TZR、IP、ABA呈显著正相关。综上,在正常和轻度干旱下种内嫁接苗根系生长强于种间嫁接苗,IBA对调控种内嫁接苗根系应对干旱有积极作用,ABA对2种咖啡嫁接苗耐受干旱起关键作用,轻度干旱明显促进种间嫁接苗根系生长,而对种内嫁接苗根形态的改变和根系的促进作用不明显。这为下一步开展咖啡嫁接苗内源激素的干旱调控机理作了有效的前期探索。

关键词： 咖啡; 嫁接苗; 干旱胁迫; 内源激素

本文引用格式

董云萍 , 林兴军 , 黄丽芳 , 谭军 , 李金芹 , 赵青云 , 黎秀元 , 龙宇宙 . 干旱胁迫咖啡嫁接苗内源激素及生物量的变化[J]. 热带作物学报, 2022 , 43(2) : 311 -320 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.02.011

Abstract

A pot experiment was conducted to study the response mechanism of endogenous hormones and plant growth of the grafted coffee seedlings under drought stress. Coffea canephora var. Dafeng No.1 was used as the scion, C. liberica var. Dewevrei No.16 and C. canephora var. Reyan No.2 as the rootstocks. The treatment included well- watered, soil moisture content (SMC), 18% ≤ SMC ≤ 25%, light water stress, 17% ≤ SMC ≤ 15%, severe water stress, 10% ≤ SMC ≤ 12%. There were three interspecific grafting, L₁, L₂, L₃ and three intraspecific grafting, C₁, C₂, C₃. IAA, ABA, TZR, IP in the root for the intraspecific grafted seedlings showed higher than those for the interspecific grafted seedlings under well-watered and light water stress. IAA, ABA, Zeatin and TZR in the leaves and roots of the interspecific grafted seedlings and IAA, ABA and Zeatin in the leaves of the intraspecific grafted seedlings responded positively to drought stress, but IAA, Zeatin and TZR in the roots of the intraspecific grafted seedlings responded negatively to drought stress. The IBA content in the roots of two grafted seedlings had different responses to drought stress. The IBA content in the roots of the interspecific grafted seedlings under severe drought was significantly lower than that under well-watered and light drought, while the IBA content in the roots of the intraspecific grafted seedlings under drought treatment was significantly higher than that under well-watered. ABA in the leaves and roots in both grafted seedlings increased significantly under drought stress. ABA in the leaves of L₂ and L₃ was 65.13%, 218.52% higher than that of L₁, ABA in the leaves of C₂ and C₃ was 31.10%, 89.15% higher than that of C₁. ABA in the roots L₂ and L₃ was 7.71, 9.05 times higher than that of L₁, ABA in the roots of C₂ and C₃ was 1.79, 1.48 times higher than that of C₁. Under severe water stress, the leaf area loss rate significantly increased, the biomass in treatment L and C decreased 23.45%, 20.14% compared with the well-watered. Under light water stress, the root diameter was thinner, the dry root weight, specific root length, specific root surface area for interspecific grafting was 39.16%, 33.81%, 28.07% higher than that under well-watered, root/ shoot ratio was 0.66, significantly higher than that under well-watered (0.48). Correlation analysis showed that under drought stress, there was correlation between hormones changes and biomass. The overground biomass was negatively related to IAA, zeatin, ABA in leaves and ABA in roots. The root diameter was negatively correlated with the content of IAA, TZR, IP, ABA in roots. The number of lateral roots was positively correlated to IAA, Zeatin, TZR, IP, ABA in roots. In summary, under well-watered and light water stress, the root growth vigor of the intraspecific grafted seedlings was stronger than that of the interspecific grafted seedlings. IBA played a positive role tolerate drought for the intraspecific grafted seedlings. The role of ABA was essential for the drought tolerance of coffee. The root growth system of the interspecific grafted seedlings was better that that of the intraspecific grafted seedling under light drought. The study would lay an effective preliminary exploration to reveal the drought regulation mechanism of endogenous hormones in different coffee varieties and grafted seedlings.

Key words： coffee; grafted seedlings; drought stress; endogenous hormone

极端温度、干旱或盐等非生物胁迫是农业可持续性的主要限制因素,造成作物平均产量减少50%以上^[1],其中干旱是影响植物生长发育及分布的主要非生物胁迫因子之一^[2,3,4]。我国咖啡主产区如云南的普洱、临沧、德宏、保山等地区旱期长,海南万宁、白沙、琼中和澄迈等地也时有干旱天气影响植株生长。干热区小粒咖啡因降雨不足、干燥度大,严重影响花器官发育和幼果的形成,常出现落花落果、枯枝及干果,致使产量下降,品质也受到影响。干旱胁迫可引起植物多种内源激素含量发生变化,并协同完成对逆境下植物生长发育的调节。探索干旱胁迫下咖啡植株生长反应及内源激素变化,明确咖啡植株抗旱的重要特性,对开展咖啡应对水分胁迫的响应机理研究,挖掘抗旱潜力品种具有重要意义。植物激素是植物通过自身代谢产生,在很低浓度下就能产生明显生理效应的一些有机信号分子,在植物生长发育及环境响应过程中具有至关重要的作用^[5]。脱落酸（ABA）在植物应对干旱胁迫中发挥着关键作用已被许多研究证实^[6,7,8,9,10]。在干旱胁迫下,植株各部位ABA浓度均会增加,促进气孔关闭以降低蒸腾失水,同时促进水通道蛋白（aquaporins,AQP）的表达和蛋白活性来提高根系水力导度,促进根系吸水,最终使植株的抗旱能力整体增强。干旱胁迫可引起多种植物内源激素含量发生变化,尽管它们的作用机制各不相同,但各种植物激素的变化并不是孤立单一的,而是彼此相互作用、相互影响,协同完成对逆境下植物生长发育的调节。如渗透胁迫下ABA通过与乙烯、细胞分裂素和生长素协同作用,从激素的运输、信号响应及合成调控等多方面来调控拟南芥根发育^[11],ABA介导小麦根尖顶端分生组织的过早分化过程来应对水分胁迫^[12],水分胁迫下甘薯各品种中IAA、GA3、iPA及ZR含量均有所下降,ABA含量却显著增加,它们的相对含量（占对照百分比）与品种抗旱性均呈极显著负相关^[13]。植物根系是首先感知干旱信号的器官,因此,利用抗旱砧木来提高嫁接植株的抗旱性是较为直接有效的途径。张志焕等^[14]研究表明,通过嫁接增强根系的吸水能力,维持较高的水分利用效率可能是嫁接番茄抗旱性较强的生理机制之一。利用小粒种抗旱砧木Sln.11、Sln.9提高了嫁接苗的抗旱能力^[15]。SILVA等^[16]研究表明,中粒种咖啡抗旱无性系的冠和根系统均能提高嫁接植株叶片中ABA的浓度,并能延迟嫁接植株严重缺水的发生和降低氧化损伤。应用查理种（Coffea liberica var. Dewevrei）为砧木,嫁接中粒种（Coffea canephora Pierre ex Froehner）优良品种的种间嫁接,是目前海南咖啡生产上普遍采用的一种促进植株生长、保障产量和果实品质的主要措施。但对种间嫁接植株的抗旱性研究尚未见报道。本试验开展干旱胁迫下咖啡嫁接苗生长及内源激素变化的研究,以探明不同嫁接苗的抗旱特性,为深入开展嫁接抗旱机理研究打下基础,同时为生产上更好推广种间嫁接技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料‘大丰1号'（C. canephora Pierre ex Froehner cv. Dafeng No.1,接穗）,‘查理种16号'（C. liberica Bull ex Hiern cv. No.16,砧木）、中粒种咖啡‘热研2号'（C. canephora Pierre ex Froehner cv. Reyan No.2,砧木）均取自中国热带农业科学院香料饮料研究所（以下简称香饮所）咖啡种质圃。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 2018年2月,分别从中粒种咖啡‘热研2号'和‘查理种16号'母树采集鲜果制成种子,培育袋装实生苗,2018年8月,茎粗达0.5 cm左右,移栽到直径26 cm,高30 cm的育苗盆中继续培育8个月,盆栽土体积配比为表土:牛粪=85%:15%,每盆装风干土16.31 kg。2019年3月,从‘大丰1号'优良品种母树上采集接穗,采用单芽腹接法嫁接,以‘热研2号'和‘查理种16号'为砧木,种内嫁接苗（‘大丰1号'/‘热研2号',按砧木的种名Canephora,标记为C）和种间嫁接苗(‘大丰1号'/‘查理种16号',按砧木的种名Liberica,标记为L)各嫁接50株,培育9个月后,选取长势一致的嫁接苗,2019年12月至2020年3月在香饮所温室大棚进行2×3试验处理,2种嫁接苗,3个水分处理,共6个处理：种间嫁接正常淋水（L₁）、轻度水分胁迫（L₂）、重度水分胁迫（L₃）;种内嫁接正常淋水（C₁）、轻度水分胁迫（C₂）、重度水分胁迫（C₃）。每个处理3株,3次重复,共54株。各处理采用称重补水法进行水分管理,正常水分处理：18%≤土壤含水量≤25%;轻度水分胁迫：15%≤土壤含水量≤17%,叶片出现轻微萎蔫,采样分析;重度水分胁迫：10%≤土壤含水量≤12%,叶片出现严重萎蔫,采样分析。

1.2.2 指标测定（1）内源激素含量测定。取每个处理3株植株主干或一级分枝顶芽往下数第3对叶片混合样和侧根混合样,分别测定吲哚乙酸（IAA）、吲哚丁酸（IBA）、脱落酸（ABA）、玉米素（Zeatin）、反式玉米素（TZR）、异戊烯基腺嘌呤（IP）。叶样和根样均分成3份,每份样品1 g,液氮速冻后,存放在-80℃超低温冰箱,测定时取出于液氮中研磨至粉碎,准确称量粉碎样品质量,向粉末中加入10 mL异丙醇／盐酸提取缓冲液,同时加入8 μL 1 μg/mL的内标溶液,4℃震荡30 min;加入20 mL 二氯甲烷,4℃震荡30 min;4℃,13 000 r/min 离心5 min,取下层有机相;避光,以氮气吹干有机相,以400 μL甲醇（含0.1%甲酸）溶解;过0.22 μm滤膜,进ESI-HPLC- MS/MS检测。色谱柱：poroshell 120 SB-C18反相色谱柱（2.1 mm×150 mm,2.7 μm）;柱温：30℃;流动相：A:B=（甲醇含0.1%甲酸）:（水含0.1%甲酸）;洗脱梯度：0~1 min,A=20%;1~9 min,A递增至80%;9~10 min,A=80%;10~10.1 min,A递减至20%;10.1~15 min,A=20%。进样体积：2 μL。

（2）生物量测定。水分胁迫结束后,每个处理收获3盆,去除根部泥土,用自来水洗净根部,带回实验室再用纯水冲洗根部,注意收集清洗过程中断的根系,用吸水纸擦干根部水分。分成叶片、茎、根三部分,分别称量各部分鲜重,然后置烘箱中105℃杀青30 min,75℃烘至恒重,称量各部分干重。

（3）叶面积损失率测定。每个处理固定3株挂牌,用ScanMaker i800plus扫描仪获取叶片图像,万深LA-S叶面积分析软件分析叶面积,叶面积损失率为实验处理期间植株掉落的叶片面积与该植株所有叶片面积之比。

（4）根系形态分析。水分胁迫结束后,每个处理从1.2.2-（2）生物量测定收获的每一植株上分别取3条完整侧根,纯净水清洗根系,吸水纸擦干根部水分称重,将根系平展于有水的透明有机玻璃根盒内,置于Epson根系扫描仪上用透视扫描法扫描,WINRhizo软件分析根长、根表面积、根直径,计算比根长和比根表面积。比根长为根长与根质量之比,比根表面积为根表面积与根质量之比。

1.3 数据处理

数据均采用SPSS 19.0软件进行ANOVA方差分析和多重比较（LSD,P<0.05）。Pearson法分析咖啡嫁接苗内源激素含量、干物质累积量、根系形态各项指标间的相关性;Microsoft Excel 2010软件制图。

2 结果与分析

2.1 不同水分处理对咖啡嫁接苗内源激素的影响

2.1.1 内源激素IAA含量变化分析图1可见,种间嫁接苗叶片IAA含量L₃显著高于L₁和L₂,种内嫁接苗C₂、C₃显著高于C₁,其中L₃分别比L₁和L₂高55.42%和77.06%,C₂、C₃分别比C₁高61.57%和30.72%;随水分胁迫程度增加,根系IAA含量,种间嫁接苗逐渐升高,重度胁迫显著高于正常水分和轻度水分处理,种内嫁接苗表现为轻度胁迫显著降低,重度胁迫恢复到正常水分水平。可见,2种嫁接苗在干旱胁迫下叶片IAA含量变化一致,总体表现为干旱处理高于正常水分处理,种内嫁接苗的变化快于种间嫁接苗。但是根系IAA含量变化不一致,种间嫁接苗变化为正响应,种内嫁接苗先出现负响应,而后恢复到正常水平,这与不同嫁接苗根系来自于不同的咖啡品种有关。同一水分处理下叶片和根系IAA含量种内嫁接苗高于种间嫁接苗,说明种内嫁接苗生长代谢活力可能强于种间嫁接苗。

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图1 不同水分处理咖啡嫁接苗IAA含量

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Fig. 1 Endogenous hormones IAA content in grafted coffee seedlings under different water treatment

Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

2.1.2 内源激素IBA含量变化分析图2可见,叶片IBA含量干旱胁迫与正常水分相比,种间嫁接苗各处理间差异不显著,种内嫁接苗正常水分处理显著高于干旱处理,C₁分别是C₂、C₃的5.09倍和14.35倍;根系IBA含量,种间嫁接苗随水分胁迫程度的增加而降低,重度胁迫达显著,L3分别比L₁和L₂低51.36%和62.53%,种内嫁接苗随水分胁迫的增加显著升高,C₂、C₃分别是C₁的8.82倍和2.53倍。可见,2种嫁接苗在干旱胁迫下IBA含量变化不同,种间嫁接苗根系IBA对干旱胁迫为负响应,种内嫁接苗叶片IBA含量减少减缓地上部的生长,根系IBA含量增加促进根系生长。

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图2 不同水分处理咖啡嫁接苗IBA含量

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Fig. 2 Endogenous hormones IBA content in grafted coffee seedlings under different water treatment

Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

2.1.3 内源激素ABA含量变化分析图3可见,种间和种内嫁接叶片ABA含量随水分胁迫程度增加均显著增加,L₂、L₃分别比L₁高65.13%和218.52%,C₂、C₃分别比C₁高31.10%和89.15%;随水分胁迫程度增加根ABA含量,种间嫁接苗显著增加,L₂、L₃分别是L₁的7.71倍、9.05倍,种内嫁接是先升后降,C₂、C₃分别是C₁的1.79倍、1.48倍,种间嫁接苗根ABA含量变化远远大于种内嫁接苗,同一水分处理下,种内嫁接苗根ABA含量高于种间嫁接。说明内源激素ABA在2种嫁接苗应对干旱胁迫中起着关键作用。

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图3 不同水分处理咖啡嫁接苗ABA含量

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Fig. 3 Endogenous hormones ABA content in grafted coffee seedlings under different water treatment

Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

2.1.4 内源激素Zeatin、TZR、IP含量变化分析随水分胁迫程度增加叶片Zeatin含量,种间嫁接苗显著增加,L₂、L₃分别比L₁高89.13%、389.13%。种内嫁接苗先升后降,C₂比C₁高82.69%,但与C₃差异不显著（图4A）;根Zeatin含量种间嫁接苗先升后降,L₂是L₁和L₃的2.89倍、2.32倍。种内嫁接苗显著降低,C₂、C₃分别比C₁低39.76%、66.27%（图4A）。随水分胁迫程度增加叶片TZR含量,种间嫁接苗重度水分胁迫高于其余2个处理,处理间差异不显著。种内嫁接苗逐渐降低,处理间差异不显著（图4B）。根TZR含量,种间嫁接苗干旱处理显著高于正常水分,L₂、L₃分别是L₁的3.36和3.21倍,种内嫁接苗随水分胁迫增加而显著降低,C₂、C₃分别比C₁低18.74%、66.02%。种内嫁接苗根TZR含量在正常和轻度水分处理下均显著高于种间嫁接苗（图4B）。从上述分析可以看出,干旱胁迫种间和种内嫁接苗叶片Zeatin含量变化一致,均表现为干旱高于正常水分,种间嫁接苗变化强度大于种内嫁接苗。根系Zeatin和TZR含量变化二者不一致,种间嫁接苗表现出轻度水分胁迫下最高,种内嫁接苗则是正常水分下最高,说明轻度水分胁迫促进了种间嫁接苗根尖细胞的生长,而正常水分下种内嫁接苗根系生长强于种间嫁接苗。

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图4 不同水分处理咖啡嫁接苗Zeatin、TZR、IP含量

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Fig. 4 Endogenous hormones Zeatin, TZR, IP content in grafted coffee seedlings under different water treatment

Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

异戊烯基腺嘌呤IP在叶片中未检测出（图4C）,根系IP含量随水分胁迫程度增加,种间嫁接苗处理间差异不显著,种内嫁接苗正常和轻度水分处理显著高于重度水分处理,C₁、C₂分别是C₃的4.6倍、4.8倍,说明根系内源激素IP在正常和轻度水分处理下对种内嫁接苗的调控作用大于种间嫁接苗。

2.2 不同水分处理对咖啡嫁接苗生物量、叶面积损失率、根冠比的影响

由表1可见,重度水分胁迫下,种间和种内嫁接苗单株生物量分别比正常水分减少23.45%、20.14%,叶、茎、根生物量显著低于正常水分处理,其中种间嫁接苗叶鲜重低55.30%、叶干重低46.47%、茎鲜重低41.06%。种内嫁接叶鲜重低42.43%、根鲜重低51.48%。随水分胁迫程度增加,叶片脱落量增加,叶面积损失率重度胁迫最高,L₃比L₁高11.75个百分点,C₃比C₁高9.05个百分点,差异显著;轻度水分胁迫下,促进了根系的生长,种间和种内嫁接苗根干重比正常水分高39.16%、8.60%,差异不显著,根冠比种间嫁接苗正常水分显著低于轻度水分胁迫处理,种内嫁接苗各处理差异不显著。可见,轻度水分胁迫促进根系的生长,对种间嫁接苗促进作用大于种内嫁接苗。重度水分胁迫显著减少种间和种内嫁接苗地上部以及种内嫁接苗根的生长。

表1 不同水分处理咖啡嫁接苗生物量、叶面积损失率、根冠比

Tab. 1 Biomass, LALR and RSR of grafted coffee seedlings under different water treatment

处理 Treatment	叶鲜重 FLW/g	叶干重 DLW/g	茎鲜重 FSW/g	茎干重 DSW/g	根鲜重 FRW/g	根干重 DRW/g	总干物质重TDW/g	叶面积损失率LALR/%	根冠比 RSR
L₁	65.93±7.41^ab	16.87±1.07^ab	99.24±3.64^a	36.91±1.97^ab	94.15±8.98^abc	25.64±0.89^abc	79.42±2.25^ab	0.96±0.96^bc	0.48±0.01^c
L₂	61.56±10.40^abc	17.17±2.70^a	81.01±12.92^ab	37.66±6.27^a	109.45±23.60^abc	35.68±4.34^a	90.52±12.07^a	2.88±1.49^bc	0.66±0.07^a
L₃	29.47±1.80^d	9.03±0.65^c	58.49±6.08^bc	28.96±3.88^abc	65.76±6.17^bc	22.81±2.85^bc	60.80±5.51^b	12.71±4.12^a	0.60±0.06^abc
C₁	71.56±5.67^a	16.11±1.18^ab	71.54±6.72^bc	25.48±1.99^abc	126.76±23.37^a	30.45±4.96^abc	72.04±7.69^ab	2.30±1.10^bc	0.73±0.08^a
C₂	56.25±9.04^abc	14.92±2.82^ab	76.04±4.78^abc	33.86±2.97^abc	110.94±16.05^ab	33.07±1.12^ab	81.85±6.63^ab	7.14±2.14^ab	0.69±0.06^a
C₃	41.20±3.28^cd	11.81±1.27^ab	52.59±10.19^c	23.54±5.36^c	61.50±7.59^c	22.18±3.90^c	57.53±10.50^b	11.35±1.28^a	0.63±0.01^abc

	注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。
	Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

2.3 不同水分处理对咖啡嫁接苗根系形态的影响

由表2可见,根直径种间嫁接苗随水分胁迫程度增加而减小,重度水分胁迫根直径显著小于正常水分处理,种内嫁接苗各处理间差异不显著。各水分处理的种内嫁接苗根直径均小于种间嫁接苗;轻度水分胁迫下,种间嫁接苗比根长、比根表面积分别比正常水分和重度水分处理高33.81%、7.70%,28.07%、23.82%,差异未达显著。种内嫁接苗比根长和比根表面积均以正常水分最高;正常水分下种内嫁接苗比根长显著大于种间嫁接苗。可见正常水分下以查理种为砧木的种间嫁接苗根系较以中粒种为砧木的种内嫁接苗根系更粗,侧根数少于种内嫁接苗,但轻度干旱胁迫使查理种砧木根系变细,侧根数增加,促进了根系的生长。而轻度干旱胁迫对种内嫁接苗根形态的改变和根系的促进作用不明显。

表2 不同水分处理咖啡嫁接苗根系形态

Tab. 2 Root morphology of grafted coffee seedlings under different water treatment

处理 Treatment	根直径 ARD/mm	比根长 SRL/(cm·g^-1)	比根表面积 SRSA/(cm²·g^-1)
L₁	0.70±0.02^a	291.19±15.53^d	64.41±4.44^a
L₂	0.68±0.02^ab	389.65±73.77^bcd	82.49±13.15^a
L₃	0.59±0.04^bc	361.79±43.15^cd	66.62±8.05^a
C₁	0.53±0.07^cd	554.50±25.38^a	90.89±10.38^a
C₂	0.47±0.03^d	460.65±53.36^abc	68.32±12.09^a
C₃	0.54±0.02^cd	518.92±5.85^ab	87.18±2.20^a

	注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。
	Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

2.4 不同水分处理咖啡嫁接苗内源激素含量与干物质累积量、根系形态的相关性分析

由表3可见,叶片不同内源激素间,Zeatin与TZR、ABA呈显著或极显著正相关;叶片与根内源激素间,叶IAA与根IAA、叶IBA与根TZR 、叶IAA和IBA与根IP、叶IAA与根ABA、叶ABA与根ABA呈显著或极显著正相关;根内源激素间TZR与IAA、IP与TZR、ABA与IAA、ABA与TZR呈显著或极显著正相关。说明咖啡嫁接苗在应对干旱胁迫存在根、冠内激素间协同效应、根与冠间的运输或协同,且均为正响应。

表3 不同水分处理咖啡嫁接苗内源激素含量、干物质累积量、根系形态的相关性

Tab.3 Correlation among endogenous hormones conient, dry material accumulation and root morphology of grafted coffee seedlings under different water treatment

	注:表示显著相关（P<0.05 ),*表示极显著相关（P<0.01 )。
	Note:indicates significant correlation (P<0.05),* indicates extremely significant correlation (P<0.01).

生物量与叶片内源激素间,叶干重与Zeatin、ABA,根直径与IAA,呈显著或极显著负相关。比根长与IBA、叶面积损失率与IAA、Zeatin、ABA呈显著或极显著正相关;生物量与根内源激素间,茎干重与IAA,根直径与IAA、TZR、IP、ABA呈显著或极显著负相关。根干重与Zeatin,单株总干重与Zeatin,比根长与IAA、TZR、IP、ABA,叶面积损失率与ABA,根冠比与TZR、IP、ABA呈显著或极显著正相关。可见,干旱胁迫地上部的变化主要是叶片脱落,导致叶干重减少,与地上部生物量变化关系密切的叶片内源激素有IAA、Zeatin、ABA和根内源激素ABA。地下部的变化主要是根直径减小,侧根数增加,与地下部生物量变化关系密切的叶片内源激素只有IBA,促进了侧根数的增加。根内源激素IAA、TZR、IP、ABA与根系直径减小有关,侧根数增加与根内源激素IAA、Zeatin、TZR、IP、ABA增加有关。

3 讨论

生长素IAA分布在根尖、茎尖、嫩叶等植物体内分裂和生长代谢旺盛的组织和器官。干旱胁迫下IAA含量变化因植物种类不同而不同。CHEN等^[17,18]研究表明,在小麦和大豆中,NAC转录因子可通过调控与生长素响应相关基因的表达而影响干旱胁迫下根长及侧根的发育。在茶树^[19]、豌豆^[20]、大豆^[10]上的研究也表明水分胁迫下叶片或根系IAA含量的升高与作物的干旱耐受性有关。本研究咖啡嫁接苗干旱胁迫下叶片IAA含量的变化基本与上述结论一致,但种内嫁接苗根系IAA在轻度水分胁迫下显著降低,重度水分胁迫又恢复到正常水分水平,出现这一现象的原因有待进一步分析。在甘薯^[13]、苦荞^[21]等的研究结论是干旱胁迫下IAA含量减少,与本研究结果不同。

IBA是植物体内的另一种生长素,有较好的促进根系生长的能力。种内嫁接苗在干旱胁迫下根系IBA含量显著增加。据研究报道,干旱胁迫下植物可以通过控制IBA的动态平衡保护自己不受干旱胁迫,且IBA干旱胁迫响应途径不依赖ABA^[22]。推测IBA对调控咖啡种内嫁接苗根系应对干旱有积极作用,但种间嫁接苗根系IBA变化表现为对干旱胁迫负响应,这可能与嫁接苗根系来源于不同品种类别,咖啡品种间存在激素的合成、调控差异有关。

在拟南芥^[11]、小麦^[12,23-24]、玉米^[8]、甘薯^[13]、茶树^[19]等作物上的研究已证实了ABA是植物响应干旱的重要调控信号分子。在咖啡上,SILVA等^[16]研究表明,中粒种咖啡抗旱无性系的冠和根系统均能提高嫁接植株叶片ABA的浓度,延迟嫁接植株出现严重萎蔫的时间。本研究咖啡嫁接苗在干旱胁迫下叶片和根系ABA显著增加,与其他作物结果相同,说明内源ABA对咖啡嫁接苗在干旱耐受性上起着关键作用。

细胞分裂素Zeatin、TZR,调控茎尖分生组织建成及维持植物根的发育,干旱或渗透胁迫下细胞分裂素与ABA存在协同调控作用^[11,12]。IP又称5406细胞分裂素, 对蛋白质合成、酶活性及细胞代谢平衡具有调节作用。LI等^[25]研究表明,细胞分裂素参与了植物对干旱胁迫的响应,KAMINEK等^[26]研究表明细胞分裂素能提高木薯抗旱性。王国娟^[27]研究表明,随着干旱胁迫程度的增加,玉米TZ含量总体呈现先增加后下降的趋势。干旱胁迫种间和种内嫁接苗叶片Zeatin均表现为干旱处理高于正常水分处理,研究结果与前人一致。种间嫁接苗根系Zeatin为轻度水分胁迫下最高,TZR为干旱处理高于正常水分处理,研究结果与王国娟^[27]一致。种内嫁接苗根Zeatin含量在正常水分下和TZR、IP含量在正常和轻度水分处理下均高于种间嫁接苗,说明种内嫁接苗根系生长在正常和轻度干旱下强于种间嫁接苗。

重度干旱使得嫁接苗叶片过早脱落,减少了地上部生物累积量,种内嫁接苗根鲜重显著减少。轻度干旱促进了嫁接苗根系的生长,根系更细,与陈凯等^[28]研究结果相同。

相关性分析表明,咖啡嫁接苗内源激素应对干旱胁迫存在根、冠及根冠间不同激素的正协同作用。与地上部生物量变化关系密切的叶片内源激素有IAA、Zeatin、ABA和根内源激素ABA,调控减缓地上部的生长,叶片提前脱落,以减少失水,应对干旱环境。根系最早感知土壤水分缺乏,咖啡嫁接苗受到干旱胁迫时,根系内源激素起着重要作用,根内源激素IAA、Zeatin、TZR、IP、ABA调控侧根生长加速,根系变细,增加根系与土壤的接触面积,获取更多的土壤水分应对干旱。

4 结论

种间嫁接苗叶和根IAA、ABA、Zeatin、TZR,种内嫁接苗叶IAA、ABA、Zeatin升高正响应干旱胁迫,但干旱胁迫下根IAA、Zeatin、TZR种内嫁接苗显著降低,与种间嫁接苗变化相反。种内嫁接苗根IBA对干旱正响应,而种间嫁接苗为负响应,IBA对调控咖啡种内嫁接苗根系应对干旱有积极作用。ABA对2种咖啡嫁接苗耐受干旱起关键作用。在正常和轻度干旱下种内嫁接苗根系生长强于种间嫁接苗。轻度干旱胁迫使查理种砧木根系变细,侧根数增加,促进了根系的生长,而对种内嫁接苗根形态的改变和根系的促进作用不明显。这为研究不同咖啡品种及不同嫁接苗内源激素的干旱调控机理作了有效的前期探索。

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