Hormonal regulation of stem-derived bulblet development in Lilium davidii var. unicolor cultivated in a peat-perlite substrate

doi:10.11686/cyxb2025167

Abstract

Abstract:

The aim of this work was to explore the effects of the cultivation substrate on bulb proliferation of Lanzhou lily （Lilium davidii var. unicolor） and to clarify its hormonal regulation mechanisms. Lanzhou lily plants were grown in two substrates： pure sandy loam soil （CK） and a mixture of peat and perlite at a 1∶1 ratio （T₁）. During the experiment， growth indices of Lanzhou lily were measured， and the endogenous hormone contents in developing bulblets were detected by ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry （UPLC-MS/MS）. The results show that the T₁ treatment significantly promoted the growth of Lanzhou lily. At the flowering stage （June 15）， compared with the plants in CK， those in the T₁ treatment showed 13.5% greater plant height （41.47 cm vs. 36.53 cm） and 22.6% greater stem diameter （7.97 mm vs. 6.50 mm）. The number of bulblets was significantly higher in the T₁ treatment than in CK. The contents of methyl jasmonate （4.76 ng·g^-1）， N6-isopentenyladenine （0.63 ng·g^-1）， and gibberellin （GA） A12 aldehyde （3.04 ng·g^-1） were significantly higher in plants in the T₁ treatment than in those in the CK （1.90， 0.30， and 0.90 ng·g^-1， respectively）（P<0.05）. The contents of tryptamine （1.69 ng·g^-1） and salicylic acid-2-O-β-glucoside （229.71 ng·g^-1） were significantly lower in plants in the T₁ treatment than in those in the CK （3.54 and 530.19 ng·g^-1， respectively）（P<0.05）. Metabolic pathway analysis indicated that the differentially accumulated hormones were mainly enriched in 20 pathways including plant hormone signal transduction and diterpenoid biosynthesis. Among the metabolites of these pathways， GA A12 aldehyde and N6-isopentenyladenine were identified as potential key regulatory nodes in bulb development. The results of this study confirmed that the peat∶perlite=1∶1 substrate significantly promoted the proliferation of Lanzhou lily caudex bulblets （P<0.05） by regulating the synthesis and transport of cytokinin， gibberellin， and jasmonic acid. These findings provide a theoretical basis for the large-scale production of Lanzhou lily bulblets.

Key words: Lilium davidii var. unicolor, cultivation substrates, cauline bulblets, endogenous hormones

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Figures/Tables 7

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处理Treatment	基质配比Substrate ratio
CK	纯沙壤土Pure sandy loam
T₁	泥炭∶珍珠岩=1∶1 Peat∶perlite=1∶1

处理Treatment	基质配比Substrate ratio
CK	纯沙壤土Pure sandy loam
T₁	泥炭∶珍珠岩=1∶1 Peat∶perlite=1∶1

类型Type	激素Hormone	处理Treatment	含量Content （ng·g^-1）	T₁ vs. CK
生长素 Auxin	色胺 Tryptamine	T₁	1.69±0.12b	下调 Down
	色胺 Tryptamine	CK	3.54±0.23a	下调 Down
	3-吲哚乙酰胺 3-indole acetamide	T₁	8.08±0.36b	下调 Down
	3-吲哚乙酰胺 3-indole acetamide	CK	26.08±1.30a	下调 Down
	吲哚-3-甲酸 Indole-3-carboxylic acid	T₁	5.99±0.38b	下调 Down
	吲哚-3-甲酸 Indole-3-carboxylic acid	CK	14.70±1.01a	下调 Down
	3-吲哚丙酸 3-indolepropionic acid	T₁	-	下调 Down
	3-吲哚丙酸 3-indolepropionic acid	CK	5.02±0.27	下调 Down
	1-O-吲哚-3-基乙酰基葡萄糖 1-O-indol-3-ylacetylglucose	T₁	6.16±0.15b	下调 Down
	1-O-吲哚-3-基乙酰基葡萄糖 1-O-indol-3-ylacetylglucose	CK	34.12±1.28a	下调 Down
细胞分裂素 Cytokinins	异戊烯腺嘌呤核苷 N6-isopentenyladenosine	T₁	0.51±0.02a	上调 Up
	异戊烯腺嘌呤核苷 N6-isopentenyladenosine	CK	0.23±0.01b	上调 Up
	N6-异戊烯腺嘌呤 N6-isopentenyladenine	T₁	0.63±0.08a	上调 Up
	N6-异戊烯腺嘌呤 N6-isopentenyladenine	CK	0.30±0.08b	上调 Up
	4-［（9H-嘌呤-6-基氨基）甲基］苯酚 4-［（9H-purin-6-ylamino） methyl］phenol	T₁	0.28±0.04	上调 Up
	4-［（9H-嘌呤-6-基氨基）甲基］苯酚 4-［（9H-purin-6-ylamino） methyl］phenol	CK	-	上调 Up
	双氢玉米核苷-O-糖苷 Dihydrozeatin-O-glucoside riboside	T₁	0.10±0.01b	下调 Down
	双氢玉米核苷-O-糖苷 Dihydrozeatin-O-glucoside riboside	CK	0.36±0.04a	下调 Down
	异戊烯腺嘌呤-7-葡萄糖苷 N6-isopentenyl-adenine-7-glucoside	T₁	-	下调 Down
	异戊烯腺嘌呤-7-葡萄糖苷 N6-isopentenyl-adenine-7-glucoside	CK	0.27±0.03	下调 Down
茉莉酸 Jsmonates acid	茉莉酸-异亮氨酸 Jasmonoyl-L-isoleucine	T₁	2.14±0.19a	上调 Up
	茉莉酸-异亮氨酸 Jasmonoyl-L-isoleucine	CK	0.87±0.40b	上调 Up
	茉莉酸甲酯 Methyl jasmonate	T₁	4.76±0.13a	上调 Up
	茉莉酸甲酯 Methyl jasmonate	CK	1.90±0.09b	上调 Up
	氧化戊烯基环戊烷丁酸 3-oxo-2-［2-（Z）-pentenyl］ cyclopentane-1-butyric acid	T₁	12.01±1.13a	上调 Up
		CK	3.56±0.36b	上调 Up
	12-羟基茉莉酸 12-hydroxyjasmonic acid	T₁	54.98±1.18	上调 Up
	12-羟基茉莉酸 12-hydroxyjasmonic acid	CK	-	上调 Up
赤霉素 Gibberellins	赤霉素6 Gibberellin 6	T₁	19.68±1.29b	下调 Down
	赤霉素6 Gibberellin 6	CK	120.77±10.44a	下调 Down
	赤霉素34 Gibberellin 34	T₁	49.35±2.76a	上调 Up
	赤霉素34 Gibberellin 34	CK	4.14±0.28b	上调 Up
	赤霉素A12醛 Gibberellin A12 aldehyde	T₁	3.04±0.53a	上调 Up
	赤霉素A12醛 Gibberellin A12 aldehyde	CK	0.90±0.09b	上调 Up
水杨酸 Salicylic acid	水杨酸-2-O-β-葡萄糖苷 Salicylic acid 2-O-β-glucoside	T₁	229.71±10.35b	下调 Down
	水杨酸-2-O-β-葡萄糖苷 Salicylic acid 2-O-β-glucoside	CK	530.19±10.51a	下调 Down
	L-苯丙氨酸 L-phenylalanine	T₁	5980.20±438.41b	下调 Down
	L-苯丙氨酸 L-phenylalanine	CK	12365.00±739.02a	下调 Down
脱落酸 Abscisic acid	脱落酸葡萄糖酯 Abscisic acid-glucosyl ester	T₁	23.56±1.80b	下调 Down
脱落酸 Abscisic acid	脱落酸葡萄糖酯 Abscisic acid-glucosyl ester	CK	67.74±1.35a	下调 Down
乙烯类 Ethylene	1-氨基环丙烷羧酸 1-aminocyclopropanecarboxylic acid	T₁	1.73±0.07b	下调 Down
乙烯类 Ethylene	1-氨基环丙烷羧酸 1-aminocyclopropanecarboxylic acid	CK	4.18±0.65a	下调 Down

类型Type	激素Hormone	处理Treatment	含量Content （ng·g^-1）	T₁ vs. CK
生长素 Auxin	色胺 Tryptamine	T₁	1.69±0.12b	下调 Down
	色胺 Tryptamine	CK	3.54±0.23a	下调 Down
	3-吲哚乙酰胺 3-indole acetamide	T₁	8.08±0.36b	下调 Down
	3-吲哚乙酰胺 3-indole acetamide	CK	26.08±1.30a	下调 Down
	吲哚-3-甲酸 Indole-3-carboxylic acid	T₁	5.99±0.38b	下调 Down
	吲哚-3-甲酸 Indole-3-carboxylic acid	CK	14.70±1.01a	下调 Down
	3-吲哚丙酸 3-indolepropionic acid	T₁	-	下调 Down
	3-吲哚丙酸 3-indolepropionic acid	CK	5.02±0.27	下调 Down
	1-O-吲哚-3-基乙酰基葡萄糖 1-O-indol-3-ylacetylglucose	T₁	6.16±0.15b	下调 Down
	1-O-吲哚-3-基乙酰基葡萄糖 1-O-indol-3-ylacetylglucose	CK	34.12±1.28a	下调 Down
细胞分裂素 Cytokinins	异戊烯腺嘌呤核苷 N6-isopentenyladenosine	T₁	0.51±0.02a	上调 Up
	异戊烯腺嘌呤核苷 N6-isopentenyladenosine	CK	0.23±0.01b	上调 Up
	N6-异戊烯腺嘌呤 N6-isopentenyladenine	T₁	0.63±0.08a	上调 Up
	N6-异戊烯腺嘌呤 N6-isopentenyladenine	CK	0.30±0.08b	上调 Up
	4-［（9H-嘌呤-6-基氨基）甲基］苯酚 4-［（9H-purin-6-ylamino） methyl］phenol	T₁	0.28±0.04	上调 Up
	4-［（9H-嘌呤-6-基氨基）甲基］苯酚 4-［（9H-purin-6-ylamino） methyl］phenol	CK	-	上调 Up
	双氢玉米核苷-O-糖苷 Dihydrozeatin-O-glucoside riboside	T₁	0.10±0.01b	下调 Down
	双氢玉米核苷-O-糖苷 Dihydrozeatin-O-glucoside riboside	CK	0.36±0.04a	下调 Down
	异戊烯腺嘌呤-7-葡萄糖苷 N6-isopentenyl-adenine-7-glucoside	T₁	-	下调 Down
	异戊烯腺嘌呤-7-葡萄糖苷 N6-isopentenyl-adenine-7-glucoside	CK	0.27±0.03	下调 Down
茉莉酸 Jsmonates acid	茉莉酸-异亮氨酸 Jasmonoyl-L-isoleucine	T₁	2.14±0.19a	上调 Up
	茉莉酸-异亮氨酸 Jasmonoyl-L-isoleucine	CK	0.87±0.40b	上调 Up
	茉莉酸甲酯 Methyl jasmonate	T₁	4.76±0.13a	上调 Up
	茉莉酸甲酯 Methyl jasmonate	CK	1.90±0.09b	上调 Up
	氧化戊烯基环戊烷丁酸 3-oxo-2-［2-（Z）-pentenyl］ cyclopentane-1-butyric acid	T₁	12.01±1.13a	上调 Up
		CK	3.56±0.36b	上调 Up
	12-羟基茉莉酸 12-hydroxyjasmonic acid	T₁	54.98±1.18	上调 Up
	12-羟基茉莉酸 12-hydroxyjasmonic acid	CK	-	上调 Up
赤霉素 Gibberellins	赤霉素6 Gibberellin 6	T₁	19.68±1.29b	下调 Down
	赤霉素6 Gibberellin 6	CK	120.77±10.44a	下调 Down
	赤霉素34 Gibberellin 34	T₁	49.35±2.76a	上调 Up
	赤霉素34 Gibberellin 34	CK	4.14±0.28b	上调 Up
	赤霉素A12醛 Gibberellin A12 aldehyde	T₁	3.04±0.53a	上调 Up
	赤霉素A12醛 Gibberellin A12 aldehyde	CK	0.90±0.09b	上调 Up
水杨酸 Salicylic acid	水杨酸-2-O-β-葡萄糖苷 Salicylic acid 2-O-β-glucoside	T₁	229.71±10.35b	下调 Down
	水杨酸-2-O-β-葡萄糖苷 Salicylic acid 2-O-β-glucoside	CK	530.19±10.51a	下调 Down
	L-苯丙氨酸 L-phenylalanine	T₁	5980.20±438.41b	下调 Down
	L-苯丙氨酸 L-phenylalanine	CK	12365.00±739.02a	下调 Down
脱落酸 Abscisic acid	脱落酸葡萄糖酯 Abscisic acid-glucosyl ester	T₁	23.56±1.80b	下调 Down
脱落酸 Abscisic acid	脱落酸葡萄糖酯 Abscisic acid-glucosyl ester	CK	67.74±1.35a	下调 Down
乙烯类 Ethylene	1-氨基环丙烷羧酸 1-aminocyclopropanecarboxylic acid	T₁	1.73±0.07b	下调 Down
乙烯类 Ethylene	1-氨基环丙烷羧酸 1-aminocyclopropanecarboxylic acid	CK	4.18±0.65a	下调 Down