GA4對鐵皮石斛生長、品質及內源激素的影響

摘要：為探究新型赤霉素GA4對鐵皮石斛生長發育的調節作用，設置不同濃度GA4處理組，以GA3為陽性對照，清水為空白對照，測定了GA4對鐵皮石斛生長、品質相關指標的影響，并以高效液相色譜法測定其生長素（IAA）、赤霉酸（GA3）、玉米素（ZT）這3種內源激素的含量。結果表明：采收期鐵皮石斛的株高、株粗、生物量、石斛多糖含量與總量均隨施用GA4濃度的升高而增大，GA4 40與GA4 80對鐵皮石斛采收期生長與品質的影響最為顯著。除株高外，GA4 20與GA4 40處理組其他指標均顯著高于同濃度GA3陽性對照與空白對照。相關性分析表明，株粗與生物量是影響鐵皮石斛品質的關鍵生長指標。外源噴施GA4顯著影響鐵皮石斛IAA、GA3、ZT含量，藥后100 d 3種內源激素含量均大幅上升，且顯著高于陽性與空白對照。GA4可能是通過調節內源激素打破夏季休眠，引起植株二次生長，從而促進鐵皮石斛生長并提高品質。研究結果可為GA4的開發利用提供參考。

關鍵詞：GA4；鐵皮石斛；生長；品質；內源激素

中圖分類號：S567.239文獻標志碼：A文章編號：0253?2301（2024）08?0023?07

DOI：10.13651/j.cnki.fjnykj.2024.08.003

韓欣欣，樊炎迪，陳杰，等.GA4對鐵皮石斛生長、品質及內源激素的影響[J].福建農業科技，2024，55（8）：23?29.

Effects of GA4 on Growth，Quality and Endogenous Hormones of Dendrobium officinale

HAN Xin-xin1，FAN Yan-di2?，CHEN Jie1，YUAN Jing1＊，LIN Hai-ping1*

（1.Collaborative Innovation Center of Zhejiang Green Pesticide，Zhejiang A&F University，Hangzhou，Zhejiang311300，China;

2.Zhengzhou Loyal Biology Co.，Ltd，Zhengzhou，Henan 450000，China）

Abstract：In order to explore the regulating effect of the new type of gibberellin GA4 on the growth and developmentof Dendrobium offcinale，the treatment groups with different concentrations of GA4 were set up，with GA3 as thepositive control and clean water as the blank control.The effects of GA4 on the growth and quality of Dendrobiumoffcinale were determined，and the contents of the three endogenous hormones，such as the auxin（IAA），gibberic acid（GA3）and zeatin（ZT）were determined by using the high performance liquid chromatography.The results showed that the plant height，plant diameter，biomass，polysaccharide content and total content of Dendrobium offcinale increasedwith the increase of GA4 concentration.GA4 40 and GA4 80 had the most significant effects on the growth and qualityof Dendrobium offcinale during the harvest period.Except for the plant height，the other indexes in the treatmentgroups of GA4 20 and GA4 40 were significantly higher than those in the positive control with the same concentrationof GA3 and blank control.The correlation analysis showed that the plant diameter and biomass were the key growthindicators affecting the quality of Dendrobium offcinale.The exogenous spraying of GA4 could significantly affect the contents ofIAA，GA3 and ZT in Dendrobium offcinale.The contents of these three endogenous hormones increased significantly after 100 days of the treatment，and were significantly higher than those in the positive and blank controls.GA4 may break the summer dormancy by regulating the endogenous hormones，causing the secondary growth of plants，thereby promoting the growth and quality of Dendrobium offcinale.The results could provide references for the development and utilization of GA4.

Key words：GA4；Dendrobium offcinale；Growth；Quality；Endogenous hormones

赤霉素（gibberellins，GA）是一類具有高度生理活性，同時對非靶標生物與環境安全的天然植物生長調節劑[1]，與乙烯、脫落酸、細胞分裂素和生長素并稱五大激素[2，3]。至今已發現不同結構赤霉素136種，根據發現順序先后將其命名為GA1、GA2……GA136，統稱為赤霉素類（GAs）[4]。目前市場上應用最廣泛的是GA3，但其在打破植物休眠時會造成胚軸過度生長，降低植株抗倒伏性，同時還會促進表皮細胞迅速生長，致使角質層變薄，果實容易長斑破裂。隨著研究的深入，新型赤霉素GA4以其較高的活性與獨特的優勢倍受關注，主要表現在可打破休眠但不引發胚軸生長，促進植物花芽分化、提前開花、提高坐果率，并能增強水果表皮角質層韌性，預防褐斑病等[5?7]。

鐵皮石斛Dendrobium offcinale為蘭科Orchi-daceae石斛屬草本植物[8]，因其重要的藥用價值與保健功能而倍受關注，石斛多糖具有抗炎、降血糖和抗腫瘤等作用，是反映鐵皮石斛品質的重要指標[9]。由于野生石斛不易授粉、自然繁殖困難，致使野生資源嚴重短缺[10]。目前組織培養鐵皮石斛無性繁殖技術已較為成熟，但移栽后生長緩慢，因此生產上迫切需要提高栽培效率與品質[11]。GA4在促進植物生長、細胞分裂和伸長方面具有顯著促進作用，但對鐵皮石斛的影響目前尚不明確。本研究探究不同濃度GA4對鐵皮石斛在采收期間生長及品質指標的具體影響，篩選出效果最為顯著的處理方案，進一步測定在該處理下鐵皮石斛的株高增長量及其內源激素在整個生長周期中的動態變化情況，并分析內源激素與生長、品質指標的相關性，以期為GA4的開發利用提供參考。

1材料與方法

1.1供試材料

兩年生鐵皮石斛種苗，購自杭州震亨生物科技有限公司，將其移栽至盆中，在基地溫室內種植管理至生長正常后用于試驗。

1.2主要試劑

GA4、GA3可溶性粉劑，來自浙江省錢江生物化學股份有限公司。乙腈、甲醇為HPLC級；二氯甲烷、異丙醇、鹽酸、磷酸二氫鉀、稀磷酸為AR級；IAA、GA3、ZT標準品，純度大于95%。以上試劑均購自浙江卡爾生物技術有限公司。磷酸緩沖液（pH=3.0）：稱取磷酸二氫鉀6.8 g，加水900 mL，用稀磷酸調節pH值為3.0，定容至1 000 mL，現配現用。

1.3最適GA4濃度篩選

1.3.1不同濃度GA4溶液配制共設8個試驗組：用GA4可溶性粉劑配制濃度為5、10、20、40、80 mg·L?1的GA4水溶液（以下簡稱GA4 5、GA4 10、GA4 20、GA4 40、GA4 80），作為處理組；用GA3可溶性粉劑配制含量為20、40 mg·L?1（以下簡稱GA3 20、GA3 40）的GA3水溶液作為陽性對照組；清水作為空白對照組（記為CK）。

1.3.2赤霉素噴施處理將以上7種溶液與清水分別于2021年3月8日、4月8日、5月8日噴施于鐵皮石斛種苗葉片上，以葉面濕潤但不滴水為度。每組45盆鐵皮石斛，每盆60株。做好澆水等日常管理直至采收。

1.3.3生長與品質指標測定在2021年9月28日鐵皮石斛采收期，每組隨機選取20株鐵皮石斛采集全株，直尺測量株高、游標卡尺測量株粗、電子天平稱量鮮重得出生物量，獲得生長指標。

在每株鐵皮石斛中分別采集1個新生枝條，80℃烘30 min后55℃烘干至恒重，用于測定石斛多糖含量。參照《中國藥典》（一部）精確稱取樣品0.3 g，加水200 mL，水浴回流2 h，過濾，濾液定容至250 mL。精確量取5 mL溶液于50 mL離心管中，加無水乙醇25 mL，搖勻，4℃冰箱冷藏1 h，4 000 r·min?1離心20 min，棄上清液。沉淀加80%乙醇20 mL，4 000 r·min?1離心20 min，棄去上清液，重復2次。沉淀加熱水溶解，定容至50 mL。精確吸取1 mL水溶液至試管中，冰浴中加入5%苯酚溶液1 mL、濃硫酸溶液5 mL，搖勻后靜置5 min。100℃水浴15 min，迅速冷卻至室溫，488 nm波長下測定吸光值。重復3次。代入標準曲線回歸方程計算石斛多糖含量，獲得品質指標。

比較各試驗組的生長與品質指標，篩選出最適GA4濃度用于后續實驗。

1.4最適濃度GA4對株高增長量動態變化的影響

以篩選得到的最適GA4濃度為試驗組、清水為對照組，按照1.3.2的方法于2022年3月8日、4月8日、5月8日噴施并做好管理。每組隨機選取20株做好標記。在鐵皮石斛生長期，從2022年5月8日至9月8日，在3次施藥后20 d（5月28日）、40 d（6月18日）、60 d（7月8日）、80 d（7月28日）、100 d（8月18日）、120 d（9月8日），即每隔20 d測定標記的20株鐵皮石斛株高。同時每組從這20株之外分別隨機采集20個新生枝條，立即放入液氮中速凍2～3 min，?80℃超低溫冰箱保存，用于內源激素含量測定。

株高增長量由公式（1）計算。

Δh=h1-h0（1）式中Δh：株高增長量；h1：處理后株高；h0：處理前株高。

1.5最適濃度GA4對內源激素動態變化的影響

1.5.1樣品制備參考李華[12]的方法，稱取200 mg由1.4方法得到的冷凍鐵皮石斛樣品，液氮研磨后轉移到15 mL EP管中，加入2 mL異丙醇∶水∶鹽酸=2∶1∶0.002（V/V）的溶液，4℃、100 r·min?1振蕩1 h后加入1 mL二氯甲烷，同樣條件再振蕩1 h。接著4℃、10 000 r·min?1離心5 min，取下層清液用氮吹儀吹干，加入1 mL 80%甲醇溶液溶解樣品。C18小柱（500 mg、3 mL）用6 mL甲醇活化，6 mL 80%甲醇平衡。樣品過柱，1 mL 80%甲醇洗脫，洗脫液用氮吹儀吹干后加入500μL甲醇溶解，過0.22μm濾膜至上樣瓶中待測。

1.5.2標準品配制用甲醇配制1 000 mg·L?1生長素（IAA）、赤霉酸（GA3）、玉米素（ZT）3種激素標準母液，稀釋成50、25、12.5、6.25、3.125 mg·L?1濃度梯度的標準溶液，過0.22μm濾膜至上樣瓶中待測。

1.5.3液相色譜法測定內源激素含量C18色譜柱（250 mm×46 mm，5μm）；流動相：甲醇（A）∶乙腈（B）∶磷酸緩沖液（C）=20∶20∶60；等度洗脫；流速：1 mL·min?1；柱溫：35℃;進樣量20μL；測定時間30 min；IAA、GA3與ZT的檢測波長分別為201、210與254 nm。重復3次。根據標準曲線方程計算IAA、GA3、ZT含量。

1.6數據分析

采用EXCEL 2019及SPSS 20統計試驗數據，進行單因素方差與相關性分析。

2結果與分析

2.1標準曲線回歸方程

由表1可知，石斛多糖、生長素、赤霉酸、玉米素的標準曲線都為線性，且回歸系數均在0.99以上，說明該方法可行，可用于后續試驗。

2.2最適GA4濃度篩選結果

由表2可知，除GA4 80的石斛多糖含量與總量外，采收期鐵皮石斛的株高、株粗、生物量、石斛多糖含量與總量均隨施用GA4濃度的升高而增大，因此噴施GA4 40與GA4 80對鐵皮石斛采收期生長與品質的影響最為顯著，但這兩個濃度之間的差異并不顯著，因此選擇這兩個處理組進一步開展后續研究。

2.3最適濃度GA4處理下生長和品質指標的相關性

由表3、表4可知，GA4 40和GA4 80處理下石斛多糖含量與株粗呈極顯著相關，相關系數分別為0.539、0.664；石斛多糖總量則與株高、株粗、生物量以及石斛多糖含量均呈極顯著相關，其中與生物量的相關性最密切，相關系數達0.990和0.911。表明株粗與生物量是影響鐵皮石斛品質的關鍵生長指標。

2.4最適濃度GA4對株高增長量動態變化的影響

為進一步探究GA4在鐵皮石斛整個生長周期中的作用，對GA4 40與GA4 80這兩個最適濃度處理下鐵皮石斛從20～120 d的株高增長量進行了測定與分析，結果見圖1。由圖1可知，噴施GA440與GA4 80的鐵皮石斛株高增長量顯著大于對照。藥后20 d到60 d，所有處理組株高增長量都隨時間顯著降低，且均在60 d時降至最低。隨后，對照組出現小幅短時回升后回落，GA4處理組則出現大幅與較長時間回升后下降。進入7月，隨著氣溫的升高，鐵皮石斛會進入夏季休眠，GA4可能打破休眠促進了二次生長。因此GA4處理后80 d與100 d株高增長量顯著大于對照，可能正是7～8月二次快速生長造成了GA4處理組植株顯著高于對照組。

2.5最適濃度GA4對內源激素含量動態變化規律的影響

2.5.1最適濃度GA4對IAA含量動態變化規律的影響由圖2可見，施藥后20、40、60 d，GA4處理組鐵皮石斛IAA含量顯著低于對照組，但60 d后急速上升，100 d時達最大值。GA4 40處理80 d后與GA4 40、GA4 80處理100 d后，IAA含量均顯著高于對照組，這與圖1鐵皮石斛二次生長時間基本一致。表明外施GA4 60 d后造成內源IAA急速上升可能是打破鐵皮石斛夏季休眠，造成二次生長的原因之一。

2.5.2最適濃度GA4對內源GA3含量動態變化規律的影響由圖3可知，GA4 40與GA4 80處理組鐵皮石斛內源GA3含量在藥后40 d與100 d時達到較高水平，且顯著高于對照組。這一規律也與鐵皮石斛株高增長量隨時間變化趨勢一致，由此推測在最適濃度GA4作用下，內源激素GA3含量在施藥后100 d的大幅增高可能也是導致植株夏季休眠被打破，出現二次生長的原因。

2.5.3最適濃度GA4對ZT含量動態變化規律的影響由圖4表明，與內源激素IAA、GA3含量隨時間動態變化規律相似，GA4 40與GA4 80處理100 d后，ZT含量大幅回升至最大值，顯著高于對照。進一步表明外施GA4能在7月至8月提高鐵皮石斛玉米素水平，從而打破夏季休眠，促進植株二次生長。由于ZT的作用是促進菌株矮化與增粗，施藥40 d與120d后GA4處理組ZT含量顯著低于對照組，因此GA4很好地兼顧了植株的伸長與增粗。

3討論與結論

赤霉素作為植物生長調節劑，主要生理功能有促進生長、打破休眠、影響內源激素等[13]。蔡婭等[14]以香花油菜Camellia osmantha為研究對象，通過外施赤霉素，發現各濃度處理均能促進春梢伸長、增加節間長度，且赤霉素濃度越高效果越顯著。本研究發現，除GA4 80處理組的石斛多糖含量外，采收期鐵皮石斛生長與品質指標均隨GA4施用濃度的升高而增大，且多數顯著高于空白對照組，這一結果與文獻結果一致。但是GA4 80處理組的石斛多糖含量顯著低于GA4 20與GA4 40處理組，與空白對照差異不顯著，出現這一反常規律是因為在GA4 80作用下，鐵皮石斛株高、株粗與生物量均有很大程度提高，石斛多糖質量的提高趕不上生物量增大的幅度，因此稀釋了每克樣品中的石斛多糖含量，但每株樣品的石斛多糖總量隨GA4施用濃度的升高具有顯著增大的趨勢。

王英等[15]研究發現對大豆矮莖品系外施40 mg·L?1 GA3后，株高、節間長度、頂花序長度比對照組顯著增加，但對大豆主莖莖粗無顯著影響。本研究表明，除株高外，GA3 20與GA3 40處理的鐵皮石斛生長與品質指標與空白對照相比大多差異不顯著，株粗和石斛多糖含量甚至顯著低于空白對照，表明GA3在促進植株縱向顯著伸長的同時，橫向反而顯著變細了，因此不利于抗倒伏。比較GA4與GA3的效果，除株高外，GA4 20與GA4 40處理組其他指標均顯著高于同濃度GA3陽性對照與空白對照，其中GA4對株粗與石斛多糖總量的提高效果最為顯著。可見GA4能同時促進植株縱向伸長與橫向增粗，效果顯著優于GA3。因此對于全株可利用和易倒伏植物，用新型赤霉素GA4代替傳統赤霉酸GA3具有更好的提質增產作用。

鐵皮石斛一年有兩次休眠期，一次是當溫度連續低于10℃時，鐵皮石斛進入冬季休眠；另一次是夏季休眠，7、8月份為南方夏季，溫度高、濕度大，鐵皮石斛不喜高溫高濕的環境，因此進入休眠，待天氣涼爽時再開始生長，休眠嚴重降低了鐵皮石斛產量。由圖1可見，對照組鐵皮石斛株高增長量在60 d時降到最低，此時鐵皮石斛進入夏季休眠；而GA4處理組在60、80與100 d的株高增長量顯著大于對照，說明GA4的施用可能打破了鐵皮石斛的夏季休眠，促進其二次生長。

GA4對鐵皮石斛內源激素IAA、GA3、ZT含量隨時間動態變化規律的影響，說明GA4是通過調節內源激素打破夏季休眠的。內源激素是植物體內重要的活性物質，對植物生長、開花結實和休眠等過程都有重要的調控作用[16?18]。植物主要內源激素有IAA、GA3與ZT等。IAA大多分布在植物生長旺盛的部位，具有促進側根、不定根形成與莖的生長等作用[19?21]；GA3在植物整個生命周期中都起著至關重要的作用，包括種子萌發、莖的伸長、葉片的伸展等[22]；ZT是一類促進細胞分裂、誘導芽的形成并促進其生長的植物激素，主要功能是促進植株矮化、莖稈增粗[23?24]。蔡永萍等[25]研究發現霍山石斛Dendrobium huoshanense、鐵皮石斛D.candidum和銅皮石斛D.moniliforme莖高的生長受內源激素GA3的影響，植物進入休眠期后，內源激素含量處于相對較低的水平。劉思[26]報道施用GA4后，藍莓Vaccinium spp中所含激素IAA、GA3含量與對ZP6rJQ2RndgBmRWEDp80Jg==照組相比有顯著提升，表明外源噴施GA4能通過提高內源激素含量來打破藍莓休眠。本研究得出相似結論，對鐵皮石斛噴施GA4，藥后100 d時GA4處理組的內源激素IAA、GA3、ZT含量均出現大幅度上升，且顯著高于對照組，從而打破夏季休眠，促進植株二次生長，提高鐵皮石斛生長與品質指標。下一步可深入研究GA4對鐵皮石斛內源激素含量影響的作用機制，并探究GA4對鐵皮石斛冬季休眠的影響。

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（責任編輯：柯文輝）