3种赤霉素合成抑制剂对蓖麻株高和开花的影响

代梦媛，高 梅，郭丽芬，李文昌

（云南省农业科学院经济作物研究所，云南昆明650205）

赤霉素（Gibberellin，GAs）是一种参与植物中多个发育过程的必要植物激素，包括种子萌发、茎伸长、叶扩张、毛状体发育、花粉成熟和开花的诱导[1]。自20世纪60年代“绿色革命”以来，发现的控制矮秆性状的基因都与赤霉素的合成和作用有关[2]。赤霉素合成抑制剂是一类植物生长延缓剂，通过作用于GA生物合成，降低体内GA积累，从而减轻GA的作用，依据作用位置和方式不同分为4个类群[3]，其中，缩节胺和矮壮素属于嗡类化合物，主要作用于GA生物合成早期，抑制内-贝壳杉烯合成相关酶活性[4-5]；多效唑属于含氮杂环化合物，通过抑制内－贝壳杉烯氧化酶活性，进而阻断赤霉素的前体内－贝壳杉烯氧化为内－贝壳杉烯酸[6]。多效唑、缩节胺、矮壮素等被广泛应用于农业作物和园艺植物中，对降低植株高度、促进植株形态紧实、提高作物产量等具有重要作用[7-10]。

蓖麻（Ricinus communisL.）是大戟科1年生或多年生草本植物，世界十大不可食用油料作物之一，作为一种重要工业原料，种子油可生产尼龙，也可用作生物柴油[11-12]。蓖麻是分枝型作物，冠幅较宽，多数品种植株高大，种植密度小，其成为限制产量的因素之一[13]。矮化蓖麻品系或者抑制蓖麻生长过盛的栽培管理方式都是改善种植密度、提高产量的有效方法，同时矮化作物株高也是实现作物机械化收获的前提条件[14-15]。

本研究使用3种赤霉素合成抑制剂对蓖麻进行叶面喷施处理，旨在了解多效唑、矮壮素、缩节胺对蓖麻营养生长及生殖生长的影响，并找出抑制蓖麻生长的最佳药剂及对应浓度，为进一步研究植物生长调节剂赤霉素及其合成抑制剂在调控蓖麻株高、性别分化中的作用机制奠定基础。

1 材料和方法

1.1 材料和试剂

试验蓖麻材料选用云南省农业科学院经济作物研究所选育的植株高大的蓖麻品种滇蓖2号。供试药剂多效唑 PP333（97%）、矮壮素 CCC（98%）、缩节胺DPF（98%）皆购于金坛茂盛精细化工公司，分析纯甲醇购于利安隆博华（天津）医药化学有限公司（用于溶解多效唑）。

1.2 试验方法

1.2.1 试验材料种植 试验地设在云南省农业科学院经济作物研究所富民县基地，北纬25°11′46″，东经 102°31′50″，海拔 1 734 m，试验土壤为沙壤土，肥力中等。2017年3月31日播种于育苗盘中（穴规格50 mm×50 mm×70 mm），每穴2粒种子，出苗后将长势一致的蓖麻幼苗移栽到试验地中，行距1 m，株距1 m，7月1日定苗，每穴1株。

1.2.2 试验材料处理 蓖麻生长到7～8片真叶时进行第1次叶面喷施药剂处理，喷施剂量以叶滴药为准（每次喷施皆以此为准），3种药剂分别设定各处理浓度：多效唑PP333为100，300，500 mg/L；缩节胺DPF为 100，300，500mg/L；矮壮素CCC 为 500，1 000，2 000 mg/L，共9个处理，对照以清水喷施。喷施次数共4次：7月11日、7月19日、7月25日、8月3日，最后一次喷施为现蕾初期，每次喷施时间均在10：00—11：00（喷施前后 4 h 内不能有降雨）。试验采用随机区组设计，每个处理设3个重复，每个重复5株蓖麻。

1.2.3 蓖麻性状观测 观测统计样本包括所有处理的蓖麻植株，即每种处理15株，分别于8月3日（现蕾初期，以对照组生育期为准），9月1日（开花期），10月31日（主穗成熟期）测量蓖麻株高，成熟期同时观测蓖麻主穗位高、主茎节数、主茎粗、有效分枝数以及主茎节长（主穗位高/主茎节数）。记录每种处理及对照的现蕾期、开花期，时间以1/2植株现蕾、开花为准。每个处理随机选取3株主穗花序，分别统计雌花数和雄花数，取平均数。

2 结果与分析

2.1 赤霉素合成抑制剂对蓖麻营养生长的影响

2.1.1 赤霉素合成抑制剂对不同时期蓖麻生长的影响 如图1所示，缩节胺处理剂量达300 mg/L以上时，蓖麻的株高开始极显著降低，500 mg/L处理剂量的抑制作用可以维持到主穗成熟期；矮壮素对蓖麻株高没有明显抑制作用，而且主穗成熟期时3个处理剂量的蓖麻植株都高于对照组；多效唑对株高的矮化作用相对于其他2种药剂更加明显，而且当剂量高于300 mg/L时，蓖麻矮化性状维持时间较长，尤其500 mg/L剂量几乎是不可逆的矮化处理，低浓度多效唑（100 mg/L）处理的矮化性状到生长进行到开花期以后逐渐恢复正常株高。

多效唑对降低蓖麻株高具有显著的作用，处理后的植株性状相比于对照植株存在除株高外更明显的差异。图2所示为蓖麻现蕾初期，多效唑处理后蓖麻植株短矮紧实，顶端节间缩短，蓖麻叶片颜色加深呈深绿色，分枝生长滞后。以上明显的表型变化在矮壮素处理的蓖麻植株中没有发现，在缩节胺500 mg/L处理的蓖麻植株中发现2株，而其在开花期到成熟期时表型又恢复正常。

2.1.2 赤霉素合成抑制剂对蓖麻营养生长其他特征的影响 滇蓖2号在云南省种植表现出良好的宿生特性，主穗完熟期到第2年春季，由于气温偏低，植株生长缓慢，所以，主穗完熟期测量的营养生长相关性状可以准确反映第1年的生物量积累情况。

由表1可知，与对照组相比，缩节胺（剂量≥300 mg/L）、矮壮素、多效唑处理后蓖麻植株的主穗位高均显著降低，主茎节长也有明显的缩短，特别是多效唑300 mg/L和多效唑500 mg/L处理的主穗位高和主茎节长分别是65.33，2.94 cm和53.36，2.43 cm，还不到对照组（142.7，6.04 cm）的 1/2；缩节胺和矮壮素对蓖麻分枝数和主茎粗的影响不明显，而多效唑500 mg/L处理导致蓖麻分枝数极显著减少，同时主茎粗也显著降低。

表1 缩节胺、矮壮素、多效唑不同浓度处理对蓖麻株高相关农艺性状的影响

2.2 赤霉素合成抑制剂对蓖麻开花的影响

从表2可以看出，缩节胺、矮壮素、多效唑处理后蓖麻的现蕾期和开花期相对于对照组推迟了1～7 d，其中，多效唑处理推迟时间最长，达7 d。正常情况下（对照组）滇蓖2号主穗的雌花数和雄花数分别为307，38，多效唑处理以后主穗雌花数和雄花数分别为 41，154（100 mg/L），17，139（300 mg/L），23，164（500 mg/L），且不同剂量间无显著差异。本研究首次发现，多效唑处理蓖麻可以大幅度增加主穗花序中雄花的数量，而缩节胺和矮壮素处理后的主穗雌雄花比例与对照组间无明显差异（图3），后期观察多效唑处理后的分枝花序（图4）雌雄花比例恢复正常。以上研究表明，赤霉素合成抑制剂处理蓖麻可推迟营养生长向生殖生长的过渡，且多效唑有诱导雄花发生的作用，一旦多效唑作用消失，诱导作用也终止。

表2 缩节胺、矮壮素、多效唑不同浓度处理对蓖麻开花的影响

3 讨论与结论

本研究就3种赤霉素合成抑制剂通过叶面喷施处理滇蓖2号植株，结果显示，多效唑对蓖麻株高的矮化作用最显著，且高浓度处理具有不可逆的矮化性质。矮壮素和低浓度缩节胺处理后主穗成熟期株高高于对照，2014年CAMPBELL等[16]研究发现，缩节胺不能降低蓖麻株高，指出GA抑制剂在以往的研究对作物株高影响都有不同的结果。同年，OSWALT等[17]偶然发现，缩节胺对蓖麻株高也有抑制作用，认为大田种植环境条件不可控制，在某种特殊条件下反应才能发生，推测抑制作用不响应包括蓖麻叶片角质层过厚影响对抑制剂的吸收、抑制剂在吸收前被雨水冲走或晒干、抑制剂作用时间短且作用之后环境一旦适宜生长又会获得补偿。2011年，RIGON等[18]研究发现，缩节胺播前浸种可以降低蓖麻株高，且不影响种子萌发、种苗活力和根的生长。王宏伟等[19]用50%矮壮素水剂在蓖麻5～7片真叶期喷施，发现2 000倍溶液可明显降低主穗位高。刘臣等[20]研究指出，主穗位高和主茎节长可以作为蓖麻株高早期选择和预测的间接指标。矮壮素和缩节胺处理蓖麻植株的主穗位高和主茎节长都较对照缩短，可以推断二者都可以抑制早期蓖麻的生长，而短暂的抑制作用在某个环境适宜的生长点获得补偿恢复正常，进而加速生长。研究中发现，高浓度的缩节胺对蓖麻株高的抑制作用显著，并在处理早期表现出矮小紧实的植株形态，毋庸置疑缩节胺限制蓖麻株高生长的作用。本研究使用的矮壮素处理剂量最高是2 000 mg/L，与低浓度500 mg/L作用效果相比几乎无差异，推测由于设定的处理浓度过高而产生反作用。何志彪[21]研究也发现，2 000 mg/L矮壮素喷施蓖麻可以促进蓖麻冠幅生长并提高产量。因此，降低矮壮素浓度处理蓖麻植株对株高影响还有待进一步研究。

植物激素在性别决定中具有重要作用，例如黄瓜中乙烯和生长素都具有促进雌花发育的作用[22-23]，而蓖麻中乙烯及其类似物作用于雌雄同株蓖麻可诱导雄花数量增加[24]。玉米内源GA在性别决定中有雌性化作用，而黄瓜中GA作用是促进雄花发生，GA在不同植物中存在相反的性别决定作用[25]。SHIFRISS[26]用GA喷施蓖麻雌雄同株近交系发现，GA可以显著增加雌花比例。谭美莲等[27]研究发现，100 mg/L GA3处理蓖麻导致雌花率增加，250 mg/L的GA3处理蓖麻雌花率降低。TAN等[28]比较雌雄同株和全雌蓖麻花芽到花序时期的转录组发现，7个激素作用相关基因显著差异表达，同时发现，3～4片真叶期叶芽的GA4水平全雌显著低于雌雄同株，5～7片真叶期全雌中GA4水平显著高于雌雄同株，推测GA与蓖麻性别表达相关，其中，高GA水平促进雌花发育，低GA水平促进雄花发育。本研究中，GA合成抑制剂作用时间在蓖麻7～8片真叶期，多效唑显著抑制GA合成，降低内源GA水平，促进雄花发育。水稻基因芯片研究发现，大量GA调控相关基因涉及到花药发育[29]，在拟南芥和番茄中发现，GA是雄蕊和花托发育必需的激素[30]。本研究首次发现，主穗现蕾前用多效唑喷施雌雄同株（多雌）蓖麻植株可导致主穗花序雄花数量增加，多效唑作为一种赤霉素合成抑制剂可能决定蓖麻性别。丁酰肼也是一种赤霉素合成抑制剂，其作用于蓖麻却导致雌花比例增加[31]，而缩节胺和矮壮素对蓖麻雌雄花分化没有影响，以上3种化合物及多效唑都作用于GA合成的不同步骤中，推测在蓖麻营养生长中抑制赤霉素合成的关键步骤可能是多效唑抑制依赖于细胞色素P450的单加氧酶-贝壳杉烯氧化酶活性，阻止内-贝壳杉烯到内-贝壳杉酸的氧化，也可能是间接影响到ABA、细胞分裂素、乙烯、甾醇、多胺等的代谢作用[3]。宋娟等[32]研究发现，土施多效唑可增加同为大戟科的小桐子单个花序的总花数和雌花比例。多效唑诱导蓖麻雄花的作用是否存在品种差异还有待进一步研究。

多效唑能显著降低蓖麻株高，同时也抑制分枝发育、减少雌花数量，矮秆固然是影响作物产量和品质的重要农艺性状，而分枝数和雌雄花比例也是蓖麻高产良种选育的重要指标，所以，用化控方法降低蓖麻株高还有待进一步优化，而蓖麻矮化丰产栽培的根本还是选育矮秆品种。喷施多效唑能有效提高蓖麻雄花数量，种植管理中通过部分植株喷施多效唑，可以解决全雌或多雌蓖麻品种传粉期同品种花粉来源的问题，对纯化蓖麻育种具有重要意义。本研究结果为蓖麻矮秆性状及赤霉素抑制剂调控性别分化的研究奠定了基础。