东北林下早春植物开花的生理特征研究

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2022.04.015

植物研究 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (4): 657-666.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2022.04.015

东北林下早春植物开花的生理特征研究

潘立本¹, 闫雪², 刘佳², 吴可心¹, 刘洋², 刘少冲³()

^1.东北林业大学林学院，哈尔滨 150040
^2.东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室，哈尔滨 150040
^3.中国森林博物馆，哈尔滨 150040

收稿日期:2021-11-17 出版日期:2022-07-20 发布日期:2022-07-15
通讯作者: 刘少冲 E-mail:lscnefu@126.com
作者简介:潘立本（1997—），女，博士研究生，主要从事林下植物的生理生化研究。
基金资助:
东北林区禁伐区天然林重要野生经济植物资源价值评估(2019FY100505)

Physiological Characteristics of Early Spring Flowering Plants under Northeast Forest

Liben PAN¹, Xue YAN², Jia LIU², Kexin WU¹, Yang LIU², Shaochong LIU³()

^1.School of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040
^2.Key Laboratory of Forest Plant Ecology，Ministry of Education，Northeast Forestry University，Harbin 150040
^3.China Forest Museum，Harbin 150040

Received:2021-11-17 Online:2022-07-20 Published:2022-07-15
Contact: Shaochong LIU E-mail:lscnefu@126.com
About author:PAN Liben（1997—），female，Ph.D candidate，mainly engaged in the study of physiological and biochemical of understory plants.
Supported by:
Value Evaluation of Important Wild Economic Plant Resources in Natural Forests in Forbidden Logging Zone in Northeast Forest Region(2019FY100505)

摘要/Abstract

摘要：

为了探索早春开花植物在低温下的开花机制，本研究采集了5种典型早春开花植物和5种非早春开花植物。基于高效液相色谱-质谱代谢组学技术对比分析了早春时期两者之间在内源激素和次生代谢产物上的差异。结果显示：早春开花植物中的生长素（IAA）和玉米素（ZT）含量明显低于非早春开花植物，而赤霉素（GA₃）和脱落酸（ABA）的含量则显著高于非早春开花植物，表明GA₃和ABA可能在促进早春开花植物的开花过程具有调控作用；在次生代谢物方面，酚类代谢物的前体物质L-苯丙氨酸，C6C1结构的酚类化合物：香草酸、丁香酸和原儿茶酸，C6C3结构的化合物：阿魏酸、绿原酸和咖啡酸，以及黄酮类化合物芹菜素、染料木苷、橙皮素、白杨素和高良姜素在非早春开花植物中的含量普遍高于早春开花植物。这可能是由于早春开花植物的开花过程伴随着更多的能量消耗，从而降低了其次生代谢水平。研究结果表明了内源植物激素和次生代谢产物对早春开花植物开花的生理过程的调控，并为进一步理解低温条件下植物开花过程奠定了基础。

关键词: 早春开花植物, 内源激素, 代谢组学, 酚类代谢物

Abstract:

In order to explore the flowering strategies of early spring flowering plants at low temperatures， five early spring flowering plants and five non-early spring flowering plants were collected，and the endogenous hormones and secondary metabolites between early spring flowering plants and non-early spring flowering plants were analyzed by high performance liquid chromatography-mass spectrometry and metabolomics. The results showed that the content of auxin（IAA） and zeatin（ZT） in early spring flowering plants were significantly lower than that in non-early spring flowering plants， while gibberellin（GA₃） and abscisic acid（ABA） were significantly higher than that in non-early spring flowering plants， indicated that GA₃ and ABA might play a regulatory role in promoting the flowering process of early spring plants. In the secondary metabolites， L-phenylalanine， the precursor of phenolic metabolites， was usually higher in non-early spring flowering plants than in early spring flowering plants. In addition， there were C6C1 phenolic compounds， including vanillic acid， syringic acid and protocatechuic acid； C6C3 phenolic compounds， including ferulic acid， chlorogenic acid and caffeic acid； Flavonoids， including apigenin， genistein， hesperidin， chrysin and galangin， were generally higher in non-early spring flowering plants than in early spring flowering plants. The changes of these secondary metabolites might be due to a large amount of material loss caused by the flowering process of flowering plants in early spring， which reduced the level of secondary metabolism. The results showed that endogenous plant hormones and secondary metabolites regulated the physiological process of flowering plants in early spring， and laid a foundation for further understanding the flowering process of plants under low temperatures.

Key words: early spring flowering plants, endogenous hormones, metabolomics, phenolic metabolites

中图分类号:

Q946.885

潘立本, 闫雪, 刘佳, 吴可心, 刘洋, 刘少冲. 东北林下早春植物开花的生理特征研究[J]. 植物研究, 2022, 42(4): 657-666.

Liben PAN, Xue YAN, Jia LIU, Kexin WU, Yang LIU, Shaochong LIU. Physiological Characteristics of Early Spring Flowering Plants under Northeast Forest[J]. Bulletin of Botanical Research, 2022, 42(4): 657-666.

图/表 6

图1

图2

图3

图4

表1

图5

参考文献 28

1	刘晓春.早春植物及其生态学特性初探［J］.林业勘查设计，2003（1）： 28-30.
	LIU X C.A preliminary study on early spring plants and their ecological characteristics［J］.Forest Investigation Design，2003（1）：28-30.
2	李群，王萌，阮成江.五种早春开花木本植物花粉萌发的研究［J］.北方园艺，2013（21）：73-76.
	LI Q， WANG M， RUAN C J.Study on germination of five species of early spring flowering woody plants［J］.Northern Horticulture，2013（21）：73-76.
3	李盼华，石丽环，沙翠云，等.10种早春开花植物花器官抗寒临界温度比较研究［J］.中国农学通报，2011，27（8）：98-102.
	LI P H， SHI L H， SHA C Y，et al.The cold critical temperature compare of 10 species of early spring flowering plants in Baoding［J］.Chinese Agricultural Science Bulletin，2011，27（8）：98-102.
4	WOLTERS H， JÜRGENS G.Survival of the flexible：hormonal growth control and adaptation in plant development［J］.Nature Reviews Genetics，2009，10（5）：305-317.
5	KHAN M， ROZHON W， POPPENBERGER B.The role of hormones in the aging of plants-a mini-review［J］.Gerontology，2014，60（1）：49-55.
6	韩忠海，李晓宇，张继涛，等.外源植物激素对羊草开花习性及结实特征的影响［J］.中国农学通报，2019，35（35）：124-128.
	HAN Z H， LI X Y， ZHANG J T，et al.Exogenous plant hormones affect blooming and fruiting characteristics of Leymus chinensis ［J］.Chinese Agricultural Science Bulletin，2019，35（35）：124-128.
7	覃喜军，黄夕洋，蒋水元，等.罗汉果花芽分化过程中内源激素的变化［J］.植物生理学通讯，2010，46（9）：939-942.
	QIN X J， HUANG X Y， JIANG S Y，et al.Changes in endogenous hormones during floral bud differentiation of Siraitia grosvenorii（Swingle） C. Jeffrey［J］.Plant Physiology Communications，2010，46（9）：939-942.
8	KOVALEVA L V， ZAKHAROVA E V， MINKINA Y V.Auxin and flavonoids in the progame phase of fertilization in Petunia ［J］.Russian Journal of Plant Physiology，2007，54（3）：396-401.
9	YLSTRA B， TOURAEV A， MORENO R，et al.Flavonols stimulate development，germination，and tube growth of tobacco pollen［J］.Plant Physiology，1992，100（2）：902-907.
10	MORNYA P， CHENG F Y.The levels of hormone and carbohydrate in autumn and non-autumn flowering tree peonies［J］.Canadian Journal of Plant Science，2011，91（6）：991-998.
11	刘洋.应用代谢组学对比研究两种黄芪响应UV-B和干旱胁迫的代谢基础［D］.哈尔滨：东北林业大学，2018.
	LIU Y.Comparative metabolomics study on the metabolic basis of two varieties of Astragalus in response to UV-B and drought stress［D］.Harbin：Northeast Forestry University，2018.
12	ALABADÍ D， BLÁZQUEZ M A， CARBONELL J，et al.Instructive roles for hormones in plant development［J］.The International Journal of Developmental Biology，2009，53（8/9/10）：1597-1608.
13	LIANG N G， CHENG D Y， LIU Q H，et al.Difference of proteomics vernalization-induced in bolting and flowering transitions of Beta vulgaris ［J］.Plant Physiology and Biochemistry，2018，123：222-232.
14	HUANG F Y， WU X T， HOU X L，et al.Vernalization can regulate flowering time through microRNA mechanism in Brassica rapa ［J］.Physiologia Plantarum，2018，164（2）：204-215.
15	ZANEWICH K P， ROOD S B.Vernalization and endogenous gibberellin in winter canola［J］.Plant Physiology，1993，102（1）：9.
16	曹尚银，张俊昌，魏立华.苹果花芽孕育过程中内源激素的变化［J］.果树科学，2000，17（4）：244-248.
	CAO S Y， ZHANG J C， WEI L H.Studies on the changes of endogenous hormones in the differentiation period of flower bud in apple trees［J］.Journal of Fruit Science，2000，17（4）：244-248.
17	黄羌维.龙眼内源激素变化和花芽分化及大小年结果的关系［J］.热带亚热带植物学报，1996，4（2）：58-62.
	HUANG Q W.Changes in endogenous hormone contents in relation to flower bud differentiation and on-year or off-year fruiting of longan［J］.Journal of Tropical and Subtropical Botany，1996，4（2）：58-62.
18	林贵玉，郑成淑，孙宪芝，等.光周期对菊花花芽分化和内源激素的影响［J］.山东农业科学，2008（1）：35-39.
	LIN G Y， ZHENG C S， SUN X Z，et al.Effects of photoperiod on floral bud differentiation and contents of endogenous hormones in Chrysanthemum ［J］.Shandong Agricultural Sciences，2008（1）：35-39.
19	齐飞艳，彭镇华，胡陶，等.毛竹花期不同器官内源激素含量的变化［J］.林业科学研究，2013，26（3）：332-336.
	QI F Y， PENG Z H， HU T，et al.Changes of endogenous hormones in different organs during the flowering phase of moso bamboo［J］.Forest Research，2013，26（3）：332-336.
20	王三根.细胞分裂素在植物抗逆和延衰中的作用［J］.植物学通报，2000，35（2）：121-126，167.
	WANG S G.Roles of cytokinin on stress-resistance and delaying senescence in plants［J］.Bulletin of Botany，2000，35（2）：121-126，167.
21	李钱峰，鲁军，余佳雯，等.油菜素内酯与脱落酸互作调控植物生长与抗逆的分子机制研究进展［J］.植物生理学报，2018，54（3）：370-378.
	LI Q F， LU J， YU J W，et al.Advances in molecular mechanisms of brassinosteroid-abscisic acid crosstalk coordinating plant growth and stress tolerances［J］.Plant Physiology Journal，2018，54（3）：370-378.
22	OH E， ZHU J Y， BAI M Y，et al.Cell elongation is regulated through a central circuit of interacting transcription factors in the Arabidopsis hypocotyl［J］.eLife，2014，3：e03031.
23	HU Y R， HAN X， YANG M L，et al.The transcription factor inducer of CBF expressionl interacts with abscisic acid insensitive5 and DELLA proteins to fine-tune abscisic acid signaling during seed germination in Arabidopsis ［J］.The Plant Cell，2019，31（7）：1520-1538.
24	DU J B， JIANG H K， SUN X，et al.Auxin and gibberellins are required for the receptor-like kinase ERECTA regulated hypocotyl elongation in shade avoidance in Arabidopsis ［J］.Frontiers in Plant Science，2018，9：124.
25	于磊.水曲柳DELLA家族基因应答低温胁迫及参与被动休眠调控研究［D］.哈尔滨：东北林业大学，2021.
	YU L.Response to low temperature stress and participates in passive dormancy regulation of DELLA family genes of Fraxinus mandshurica ［D］.Harbin：Northeast Forestry University，2021.
26	DAI Y R， WANG J.Inhibition of photoperiodic induction of flowering by DL-p-Fluorophenylalanine in Pharbitis nil ［J］.Acta Phytophysiological Sinica，1988，14（3）：304-307.
27	王祥军，齐军仓，王仙，等.不同类型大麦品种籽粒中酚酸类化合物含量的差异［J］.麦类作物学报，2010，30（5）：847-852.
	WANG X J， QI J C， WANG X，et al.Difference of phenolic acid contents in the kernels of different types of barley［J］.Journal of Triticeae Crops，2010，30（5）：847-852.
28	REPČÁK M， KRAUSOVÁ T.Phenolic glucosides in the course of ligulate flower development in diploid and tetraploid Matricaria chamomilla ［J］.Food Chemistry，2009，116（1）：19-22.

化合物 Compounds	保留时间 Retention time /min	质荷比 m/z	分子式 Molecular formula	碳骨架 Carbon skeleton	化合物 Compounds	保留时间 Retention time /min	质荷比 m/z	分子式 Molecular formula	碳骨架 Carbon skeleton
对羟基肉桂酸 P-hydroxycinnamic acid	4.26	164/146	C₉H₈O₃	C6C3	柚皮苷 Naringin	4.93	581/272	C₉H₁₁NO₂	C6C3C6
苯甲酸 Benzoic acid	5.69	123/78	C₇H₆O₂	C6C1	山奈酚 Kaempferol	7.94	287/152.9	C₂₇H₃₂O₁₄	C6C3C6
龙胆酸 2，5-dihydroxybenzoic acid	3.06	154/136	C₇H₆O₄	C6C1	甘草素 Liquiritigenin	6.58	257/136	C₁₅H₁₀O₆	C6C3C6
染料木素 Genistein	7.78	271/152	C₁₅H₁₀O₅	C6C3C6	高良姜素 Galangin	7.68	270/152	C₁₅H₁₂O₄	C6C3C6
芹菜素 Apigenin	7.79	271/91	C₁₅H₁₀O₅	C6C3C6	原儿茶酸 Protocatechuic acid	2.24	154/65	C₁₅H₁₀O₅	C6C1
大豆苷元 Daidzein	6.31	255/180	C₁₅H₁₀O₄	C6C3C6	芦丁 Rutin	3.99	611/302	C₂₇H₃₀O₁₆	C6C3C6
丁香酸 Syringic acid	3.31	199/140	C₉H₁₀O₅	C6C1	异甘草素 Isoliquiritigenin	8.69	257/146	C₂₇H₃₀O₁₆	C6C3C6
柚皮素 Naringenin	7.83	273/152	C₁₅H₁₂O₅	C6C3C6	香草酸 Vanillic acid	3.24	169/92	C₁₅H₁₂O₄	C6C1
槲皮素 Quercetin	4.89	449/303	C₂₁H₂₀O₁₁	C6C3C6	染料木苷 Genistin	4.47	432.9/271	C₈H₈O₄	C6C3C6
绿原酸 Chlorogenic acid	2.58	355/162	C₁₆H₁₈O₉	C6C3	白杨素 Chrysin	6.25	255/153	C₂₁H₂₀O₁₀	C6C3C6
阿魏酸 Ferulic acid	4.53	195/176	C₁₀H₁₀O₄	C6C3	紫云英苷 Astragalin	4.75	449.1/287.1	C₁₅H₁₀O₄	C6C3C6
木犀草素 Luteolin	6.68	287.1/152.5	C₁₅H₁₀O₆	C6C3C6	花旗松素 Taxifolin	4.72	305/231	C₂₁H₂₀O₁₁	C6C3C6
肉桂酸 Cinnamic acid	7.41	148/103	C₁₅H₁₄O₆	C6C3	迷迭香酸 Rosmarinic acid	5.32	361/163	C₁₅H₁₂O₇	C6C3
橙皮素 Hesperetin	8.14	303/177	C₉H₈O₂	C6C3C6	异槲皮苷 Isoquercitrin	4.26	465.1/303	C₁₈H₁₆O₈	C6C3C6
咖啡酸 Caffeic acid	3.25	181/163	C₁₆H₁₄O₆	C6C3	芥子酸 Sinapic acid	4.40	225/207	C₂₁H₂₀O₁₂	C6C3
L-苯丙氨酸 L-phenylalanine	1.69	166/92	C₉H₈O₄

[1]	矫春晶, 李明月, 张鹏. 外源激素浸种与渗透处理对水曲柳种子热休眠的作用[J]. 植物研究, 2023, 43(3): 370-378.
[2]	吴艳, 李赛, 吴可心, 穆立蔷. 基于GC-MS的野生和‘鲁赫’刺蔷薇叶片代谢差异研究[J]. 植物研究, 2022, 42(6): 1070-1078.
[3]	宋莹, 吴可心, 邵文达, 刘昱利, 刘佳, 刘洋, 唐中华. 刺五加和短梗五加叶片初生代谢的发育特异性调控研究[J]. 植物研究, 2022, 42(2): 268-277.
[4]	刘国彬, 廖婷, 王烨, 郭丽琴, 赵今哲, 姚砚武, 曹均. 金塔柏扦插不定根形成与内源激素的调控研究[J]. 植物研究, 2022, 42(2): 278-288.
[5]	刘龙桀, 吴可心, 刁云飞, 李中跃, 穆立蔷. 基于GC-MS分析东北红豆杉野生种与栽培种的代谢差异[J]. 植物研究, 2021, 41(5): 798-806.
[6]	龙伟, 姚小华, 吕乐燕. 基于芽苗砧嫁接油茶砧穗创伤后内源激素动态变化分析[J]. 植物研究, 2021, 41(2): 232-242.
[7]	赵杨静, 唐楠, 唐道城, 张静. 高效液相色谱法测定郁金香鳞茎中3种内源激素[J]. 植物研究, 2021, 41(1): 130-137.
[8]	刘智媛, 曾丽, 杜习武, 彭勇政, 陶懿伟, 李雨清, 秦俊. 藤本月季“安吉拉”花芽分化形态结构及内源激素变化研究[J]. 植物研究, 2021, 41(1): 37-43.
[9]	智慧, 艾丹, 吴可心, 郭云, 徐明远, 唐中华. 基于GC-MS代谢组学技术委陵菜与星毛委陵菜的初生代谢比较研究[J]. 植物研究, 2020, 40(5): 718-727.
[10]	王宁, 董莹莹, 袁美丽, 王亚楠, 曾胜蕴. 温水浸种对杜仲种子萌发过程中保护酶活性及内源激素含量变化的影响[J]. 植物研究, 2020, 40(4): 523-529.
[11]	王玥琳, 徐大平, 杨曾奖, 刘小金, 洪舟, 张宁南. 不同栽培措施对降香黄檀内源激素含量的影响[J]. 植物研究, 2018, 38(5): 688-696.
[12]	陈晨, 邢宝月, 边秀艳, 许思佳, 刘桂丰, 姜静. 转BpCUCt白桦生长特征及内源IAA含量的变化[J]. 植物研究, 2018, 38(4): 506-517.
[13]	尹明华, 邓红根, 蒋妍, 万琳, 吴丽霞, 凌飞, 汪金华. 黄独微型块茎低温离体保存的GC/MS代谢组学分析[J]. 植物研究, 2018, 38(2): 238-246.
[14]	杨柳, 王乐, 谢忠奎, 郭志鸿, 张玉宝. 内源IAA、GA₃调控对百合试管苗生长的影响研究[J]. 植物研究, 2016, 36(5): 760-767.
[15]	刘亚杰；常苹；唐东芹*. 香雪兰切花瓶插过程中内源激素含量变化的研究[J]. 植物研究, 2015, 35(2): 218-224.

东北林下早春植物开花的生理特征研究

Physiological Characteristics of Early Spring Flowering Plants under Northeast Forest

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 6

参考文献 28

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价