En studie genomfördes 2021 för att observera effekterna av behandlingar med exogen gibberellinsyra3 (GA3) och 6-bensylaminopurin (BAP) på tillväxt och blomställningsinitiering av Phalaenopsis och för att avgöra om hormonella applikationer kan ersätta lågtemperaturexponering för blomövergång.
Orkideen Phalaenopsis Queen Beer 'Mantefon'-kloner behandlades utan hormoner (kontroll), GA3 100 mg/L, GA3 200 mg/L, BAP 100 mg/L och 100 mg/L + BAP 100 mg/L med bladspray. Behandlingarna utfördes vid 28 °C för vegetativ tillväxt respektive 20 °C för forcering. Vid 28 °C av vegetativ temperatur inducerade inte alla exogena hormonbehandlingar blomställningsinitiering, men sidoskott observerades hos BAP-behandlade växter även om denna växt är en monopodial orkidé. GA3 ökade signifikant bladlängden och minskade bladbredden och ökade följaktligen förhållandet längd:bredd (L:W) jämfört med kontrollen och enbart BAP. Trenden växte när GA3-koncentrationen ökade. Dessutom ökade GA3 skaftlängden och minskade skaftdiametern. Vid 20 °C forceringstemperatur svarade L:W-förhållandet på liknande sätt som 28 °C i GA3-behandlingar, men bladstorleken var mindre än för kontrollen eller enbart BAP. BAP accelererade blomställningsuppkomsten och ökade signifikant antalet blomställningar, medan GA3 och GA3 + BAP fördröjde blomställningsuppkomsten något. GA3 främjade avsevärt utveckling av nya blad vid 20 °C av forceringstillstånd. Dessa resultat indikerade att cytokinin var associerat med brott av axillära vegetativa och blomställningsmeristemer och exogen GA3-spray förbättrade inte blomställningsinitieringen i Phalaenopsis. Även om exogen hormonell applicering inte ersatte exponering vid låg temperatur, visade den en möjlighet att främja tillväxt och blomställningsinitiering.
Phalaenopsis är en monopodial orkidé och omfattar cirka 60–70 arter [1]. Phalaenopsis har unika blomformer och färger med lång blomningstid. Det finns många generiska hybrider (t.ex. Doritaenopsis; Phalaenopsis x Doritis) med olika variationer i blommor [2]. På grund av dessa egenskaper är Phalaenopsis en av de mest populära blomsterodlingsgrödorna i hela världen och odlas kommersiellt i många länder.
Växter uppfattar miljöförändringar, som i sin tur orsakar deras blommiga övergång. Temperaturen är en viktig miljöfaktor hos många arter och Phalaenopsis-blomställningsinitieringen styrs också huvudsakligen av exponering för temperaturfall. Även om Phalaenopsis härstammar från tropiska och subtropiska områden [3], kräver vanliga hybrider i detta släkte flera veckor av en förlängd period under 25 °C för blomställningsinitiering, medan temperaturer över 28 °C förhindrar blommövergången [4]. Exponering för relativt låg temperatur från hög temperatur möjliggör kontroll av blomningstid och odling året runt. Phalaenopsis har meristem som kan utvecklas till blomställningar i stjälken vid basen av varje blad [5]. Dessa meristem har eko-dvala, vilket kan elimineras genom lågtemperaturexponering [6,7]. Växthormoner spelar viktiga roller i många utvecklingsprocesser inklusive morfogenes, dvala, blomning, etc. [8,9,10]. Bland växthormoner är gibberellinsyror (GA) involverade i bultning av vernaliseringskrävande eller långdagsväxter [11,12], och DELLA-medierad GA-signalering är välkänd [13]. I Phalaenopsis ökar GA-innehållet i blomställningar samtidigt under blomställningsutvecklingen och exogen GA-injektion kan inducera blomprimordia vid vegetativ hög temperatur, vilket normalt hämmar blominduktion [14,15,16]. GA-injektionen inducerar dock inte blomställningsinitiering [17]. Huang et al. [18] hänvisade till att GA-vägen kan spela en roll för att reglera blomställningsinitiering i transkriptomisk analys. En annan studie observerade dock inte uppregleringar i transkription av gener relaterade till GA-biosyntes vid tvingande temperatur [19]. Således är GA:s roll som en nyckelregulator i Phalaenopsis-floral övergång fortfarande oklart, inklusive huruvida det kan inducera blomställningsinitiering utan exponering vid låg temperatur.
Cytokinin (CK) anses också fungera som en stimulans för blommig övergång [20]. I raps (Brassica napus) observerades en ökning av CK-nivåer i reproduktiva växter jämfört med vegetativa växter [21]. CK främjade också blomningen via transkriptionell aktivering av en paralog av FLOWERING LOCUS T (FT), TVILLINGSSYSTER AV FT (TSF), i Arabidopsis [22]. Hos Dendrobium nobile orkidé kan exogen CK-behandling inducera blomställningsinitiering utan vernalisering [23]. CK:er förblev i aktiva former under tvingande tillstånd, medan CK:er i blad omvandlades från aktiva till inaktiva glukosidformer vid vegetativ hög temperatur i Phalaenopsis [24]. Exogen 6-bensylaminopurin (BAP) spray under en lågtemperaturexponering accelererade blomställningsuppkomsten och ökade antalet blomställningar [25,26], och blomställningslängden minskade med ökande BAP-koncentrationer [27]. CKs kan också användas i kallusbildning och skottregenerering för vegetativ förökning från blomställningar i Phalaenopsis [28,29,30]. Såvitt vi vet finns det dock inga data som verifierar om exogen CK-behandling kan ersätta lågtemperaturkrav vid Phalaenopsis-floral transition.
Lång odlingstid och ett kylbehov för blomställningsinitiering kräver höga produktionskostnader vid Phalaenopsis-produktion. Alternativa tekniker som ersätter temperaturinducerad blomomvandling kan spara energikostnader och förbättra produktionshastigheten i Phalaenopsis [6,31]. Växthormoner och dess syntetiska föreningar har använts i stor utsträckning inom trädgårdsindustrin under lång tid. Användningen av föreningarna kan ge insikter i vidareutveckling inom Phalaenopsis-odling. Men, som nämnts ovan, finns det en brist på information om rollerna för GA och CK i Phalaenopsis. Dessutom har effekterna av dessa hormoner på tillväxtegenskaper under en vegetativ period inte diskuterats ännu. I denna studie besprutades GA3 och BAP under vegetativa och tvingande förhållanden för att observera deras effekter på tillväxten och blomställningsinitieringen av Phalaenopsis och för att avgöra om den exogena hormonella appliceringen kan ersätta lågtemperaturkrav i blomövergång.
Material och metoder
Växtmaterial och tillväxtförhållanden
Femton månader gamla Phalaenopsis Queen Beer 'Mantefon'-kloner transplanterade i 10 cm (ungefär 500 ml volym) plastkrukor fyllda med 100 % sphagnummossa köptes från en kommersiell odlare (Samhyeon Orchid Farm, Goyang, Korea). För att förhindra för tidig blomning acklimatiserades dessa växter under fyra veckor i miljökontrollerade tillväxtkammare (HB-301MP; Hanbaek Scientific Co., Bucheon, Korea). Temperatur och relativ fuktighet hölls vid 28 ± 1 °C respektive 60 % ± 10 %. Fotoperioden var 12 timmar med 130 ± 10 µmol·m−2·s−1 fotosyntetisk fotonflödestäthet (PPFD) tillhandahållen av 250 W metallhalogenlampor (Han Young Electrics Co., Gwangju, Korea). Växter gödslades en gång i veckan med ett vattenlösligt gödningsmedel (elektrisk ledningsförmåga 0,8 mS·cm−1, Hyponex professional 20N-20P-20K; Hyponex Japan, Osaka, Japan) genom handdroppsbevattning. Vid slutet av acklimatiseringsperioden var medelväxtspännvidden 27,1 cm med 5–6 fullt utvecklade blad.
Exogen GA3- och BAP-behandling under vegetativt tillstånd
Efter acklimatisering behandlades växter med fem olika experimentella kombinationer: inga hormoner (destillerat vatten; kontroll), GA3 (Duchefa Biochemie, Haarlem, Nederländerna) 100 mg/L, GA3 200 mg/L, BAP (6-Benzylaminopurine, Duchefa Biochemie) , Haarlem, Nederländerna) 100 mg/L och GA3 100 mg/L + BAP 100 mg/L. Strax före bladspray blandades 5 ml GA3- och BAP-lösningar lösta i 100 % etanol respektive 1 M NaOH med destillerat vatten och 0,1 % Tween-20 (P1379, Sigma-Aldrich Korea Ltd., Yongin, Korea). Varje planta fick 20–25 ml av varje lösning och lösningarna behandlades två gånger med en veckas intervall. Det var tre replikationer per varje behandling och varje replikation innehöll fem plantor. Efter behandling placerades plantorna i en 28°C tillväxtkammare (medeltemperatur 28,4°C) under 15 veckor. Alla andra odlingsförhållanden hölls på samma nivåer som under acklimatiseringsperioden. Helt randomiserad design användes i detta experiment.
Exogen GA3- och BAP-behandling under tvingande tillstånd
Behandlingslösningar och -metoder var desamma som beskrivs i avsnitt 2.2. Efter behandling placerades plantorna i en 20°C tillväxtkammare (medeltemperatur 19,5°C) under 15 veckor. Det var tre replikationer per varje behandling och varje replikation innehöll fem plantor. Alla andra odlingsförhållanden hölls på samma nivåer som under acklimatiseringsperioden. Helt randomiserad design användes i detta experiment.
Efter 15 veckor vid 28 °C (vegetativt tillstånd), antal nya blad (löv längre än 0,5 cm som utvecklats efter behandlingar), längd och bredd på det översta mogna bladet, stjälklängd och diameter samt procent av plantorna med synlig blomställning (VI, blomstjälk längre än 0,5 cm) mättes och förhållandet mellan bladlängd (L) och bredd (W) (L:W-förhållande) beräknades. Under 20 °C tvingande förhållanden mättes antalet nya blad, längd och bredd på det översta mogna bladet, förhållandet mellan bladlängd och bredd samt procent av plantorna med VI efter 15 veckors temperaturbehandling, och dagarna till VI och antalet VI räknades också varje dag under experimentperioden. Statistisk analys utfördes med användning av variansanalys (ANOVA) i SAS (Windows version 9.3; SAS Institute Inc., Cary, NC, USA). En jämförelse av parametrar bland behandlingsgrupper utfördes med Tukeys ärligt signifikanta skillnad (HSD) test för att utvärdera tillväxt- och blomningsegenskaperna med α = 0,05 som tröskel för statistisk signifikans. Grafmodulanalyser utfördes med SigmaPlot mjukvaruversion 10.0 (Systat Software, Inc., Chicago, IL, USA).
Resultat
Tillväxtsvar genom exogen GA3- och BAP-behandling.
Under det vegetativa tillståndet på 28 °C ökade GA3 signifikant bladlängden (p < 0,001) och minskade bladbredden (p < 0,001) (tabell 1). Följaktligen ökade ett L:W-förhållande (p < 0,001) jämfört med inget hormon och enbart BAP. På liknande sätt ökade och minskade stamlängden (p < 0,001) och diametern (p < 0,001) av de exogena GA3-behandlingarna. När GA3-koncentrationen ökade, ökade L:W-förhållandet signifikant. När parametrarna jämfördes mellan växter utan hormon och enbart BAP fanns ingen signifikant skillnad, även om bladlängden var något kortare i BAP-behandlade växter. Den blandade behandlingen av GA3 och BAP gav ett minskat L:W-förhållande och stamlängd men också ökad bladbredd och stamdiameter jämfört med GA3-behandlingarna. BAP-behandlingen inducerade också laterala skott som uppstod från axillära meristem (Figur 1). Av plantorna hade 68,3 % ett eller två sidoskott. Inga andra behandlingar resulterade i sidoskott. Även om bladlängden (p < 0,05) och bredden (p < 0,001) var kortare i GA3-behandlingar än utan hormonet och enbart BAP, ökade L:W-förhållandet (p < 0,01) fortfarande något under 20 °C forceringstillståndet. , liknande resultaten under 28 °C vegetativt tillstånd.
Bild:Tillväxt och blomställningsuppkomst av Phalaenopsis Queen Beer 'Mantefon'-växter behandlade med exogen gibberellinsyra3 (GA3) och 6-bensylaminopurin (BAP) vid antingen 28 °C (vegetativt tillstånd) eller 20 °C (tvingande tillstånd) i 15 veckor . Kontroll: inga hormoner; GA100: GA3 100 mg/L; GA200: GA3 200 mg/L; GA100 + BAP100: GA3 100 mg/L + BAP 100 mg/L; BAP100: BAP 100 mg/L. Cirkel och pilar indikerar sidoskott respektive blomställningar.
Slutsats
Jämfört med behandlingar utan hormon eller enbart BAP under det vegetativa tillståndet på 28 °C, ökade GA3 ett L:W-förhållande genom att öka bladlängden och minska bladbredden. Med tanke på GA:s roll i vegetativ förlängning [8], är dessa resultat lätt att förstå. I vår tidigare studie minskade en exogen paclobutrazol, en anti-GA, bladlängden i Phalaenopsis [32]. Stamtillväxt visade också liknande svar. GA3 ökade skaftlängden men minskade stamdiametern. Men när GA3 och BAP användes tillsammans försvagades GA3-effekterna avsevärt, även om L:W-förhållandet för växter med GA3 + BAP fortfarande var högre än för växter som behandlats med inget hormon eller enbart BAP. GA och cytokinin (CK) anses normalt vara hormoner som främjar växttillväxt, men dessa hormoner visade ibland antagonistiska effekter på olika utvecklingsprocesser [33]. I tomat, till exempel, fanns det en negativ interaktion i hypokotyl förlängning mellan plantor behandlade med GA och BAP [34].
Alla exogena hormonbehandlingar ökade antalet nya löv. En onormal ökning av blad- och stamlängd med GA3 är dock inte önskvärd i Phalaenopsis. I tidigare studier visade mogna Phalaenopsis-växter generellt ett L:W-förhållande under 3,0 [35,36]. Å andra sidan ökade BAP antalet nya blad utan någon signifikant skillnad i bladform (tabell 1). Ökningen av bladantal genom exogen BAP-behandling har rapporterats i många växter, inklusive Dendrobium och Epipremnum [37,38]. CK-brist transgena tobaksplantor visade minskande bladantal [39]. Intressant nog observerades en synergistisk effekt i GA3 + BAP-behandling jämfört med GA3 eller enbart BAP. Även om det inte fanns någon betydelse var ökningen med cirka 0,9 i antalet nya blad en anmärkningsvärd skillnad, med tanke på Phalaenopsis-växternas långsamma tillväxt. Eftersom Phalaenopsis utvecklar blomställningsmeristem vid basen av varje blad i stjälken [5], är antalet nya blad en viktig indikator för vegetativ tillväxt. Exogen hormonapplikation har ännu inte använts för kommersiell produktion av Phalaenopsis, men de tillväxtfrämjande effekterna av en balanserad användning av GA och CK kan ge nya insikter om förbättring av Phalaenopsis-odlingen.
Jämfört med behandlingar utan hormon eller enbart BAP under det vegetativa tillståndet på 28 °C, ökade GA3 ett L:W-förhållande genom att öka bladlängden och minska bladbredden. Med tanke på GA:s roll i vegetativ förlängning [8], är dessa resultat lätt att förstå. I vår tidigare studie minskade en exogen paclobutrazol, en anti-GA, bladlängden i Phalaenopsis [32]. Stamtillväxt visade också liknande svar. GA3 ökade skaftlängden men minskade stamdiametern. Men när GA3 och BAP används tillsammans försvagades GA3-effekterna avsevärt, även om L:W-förhållandet för växter med GA3 + BAP fortfarande var högre än för växter som behandlats med inget hormon eller enbart BAP. GA och cytokinin (CK) anses normalt vara hormoner som främjar växttillväxt, men dessa hormoner visade ibland antagonistiska effekter på olika utvecklingsprocesser [33]. I tomat, till exempel, fanns det en negativ interaktion i hypokotyl förlängning mellan plantor behandlade med GA och 6-Benzylaminopurine
Alla exogena hormonbehandlingar ökade antalet nya löv. En onormal ökning av blad- och stamlängd med GA3 är dock inte önskvärd i Phalaenopsis. I tidigare studier visade mogna Phalaenopsis-växter generellt ett L:W-förhållande under 3,0 [35,36]. Å andra sidan ökade antalet BAP nya blad utan någon betydande skillnad i bladform (tabell 1). Ökningen av bladantal genom exogen BAP-behandling har rapporterats i många växter, inklusive Dendrobium och Epipremnum [37,38]. CK-bristgena tobaksplantor visade minskande bladantal [39]. Intressant nog observerades en synergistisk effekt i GA3 + BAP-behandling jämfört med GA3 eller enbart BAP. Även om det inte fanns någon betydelse var ökningen med cirka 0,9 i antalet nya blad och anmärkningsvärd skillnad, med tanke på Phalaenopsis-växternas långsamma tillväxt. Eftersom Phalaenopsis utvecklar blomställningsmeristem vid basen av varje blad i stjälken [5], är antalet nya blad en viktig indikator för vegetativ tillväxt. Exogen hormonapplikation har ännu inte använts för kommersiell produktion av Phalaenopsis, men de tillväxtfrämjande effekterna av en balanserad användning av GA och CK kan ge nya insikter om förbättring av Phalaenopsis-odlingen.
Exogen BAP-behandling vid 28 °C vegetativ temperatur inducerade inte heller initiering av blomställning (Figur 1). Under vegetativa högtemperaturförhållanden omvandlades CK från aktiva till inaktiva former i Phalaenopsis [24]. Eftersom flera veckor av en förlängd forceringsperiod krävs för blomställningsinitiering, skulle verkan av exogent BAP inte vara tillräckligt länge. Å andra sidan, i Dendrobium, som på liknande sätt kräver lågtemperaturexponering för blommig övergång, kan exogen CK inducera blomställningsinitiering [23]. Därför är det nödvändigt att avgöra om substitution av lågtemperaturexponering är möjlig genom upprepade BAP-behandlingar.
Å andra sidan observerades sidoskott i BAP-behandlade växter under vegetativt tillstånd (Figur 1). Underhåll av skottets apikala meristem regleras normalt av en överhörning mellan auxin och CK [54]. CK är direkt involverad i utväxten av axillära knoppar [55], och auxin hämmar utvecklingen av axillära knoppar genom att undertrycka CK-biosyntesen [56]. Phalaenopsis utvecklar två knoppprimordier vid varje nod under vegetativ tillväxtperiod: den ena kan differentieras till blomställning och den andra till vegetativ knopp [5]. De nyutvecklade skotten kan skiljas från den vegetativa knoppen genom BAP-behandlingen.
Till skillnad från andra sympodiala orkidéer som Cymbidium, Oncidium, etc., är Phalaenopsis en monopodial orkidé. Enstam har en begränsning i att producera många blomställningar. Eftersom antalet blomställningar är en viktig indikator på kommersiell kvalitet i produktionen av Phalaenopsis, kan flera skott öka dess trädgårdsvärde med potentialen att göra många blomställningar. Såvitt vi vet har inga data publicerats om induktion av flera skott genom exogen CK-behandling under en vegetativ odlingsperiod. Därför, utifrån resultaten av denna studie, krävs ytterligare forskning för att identifiera den detaljerade metoden för produktion av Phalaenopsis med flera skott.
Så har Gibberellinsyra & 6-Benzylaminopurine effekt?
I denna studie observerade vi effekterna av exogen applicering av GA3 och BAP på bladutveckling och på förändringar av blad- och stamformer i Phalaenopsis. Intressant nog inducerade BAP utvecklingen av sidoskott även om denna växt är en monopodial orkidé. Även om den exogena hormonella appliceringen vid vegetativ hög temperatur inte kunde ersätta en lågtemperaturexponering i blomövergång, accelererade BAP-behandling under tvingande förhållanden blomställningsuppkomsten och ökade antalet blomställningar. Dessa fynd kan vara till hjälp för att använda de tillväxtfrämjande hormonerna på Phalaenopsis-produktion av hög kvalitet.
(Detta är en Svensk autoöversättning av publikationen.) Författarbidrag K.S.K. och H.B.L. utformade och utformade studien. H.B.L. och N.H.I. genomförde experimenten. H.B.L. och S.K.A. analyserade uppgifterna. Alla författare bidrog till datatolkning. H.B.L. skrev manuskriptet. K.S.K. gav vägledning om hela studien och förbättrade manuskriptet. Alla författare har läst och samtyckt till den publicerade versionen av manuskriptet. Forskning finansierades av National Research Foundation of Korea (NRF) (bidrag nr. NRF-2017R1A2B4009411) Referenslista.
Commentaires