外源赤霉素(GA3)对万寿菊花农艺性状及叶黄素含量影响

郭 豪，吕兴娜，穆京妹，2，王 浩，未俊丰，任亚峰，高 伟，3*

（1.晨光生物科技集团股份有限公司，河北 邯郸 056000；2.河北工程大学，河北 邯郸 056038；3.河北省天然色素技术创新中心，河北 邯郸 056000）

0 引言

万寿菊(Tagetes erectaL.)为菊科万寿菊属，一年生草本植物，原产于墨西哥高海拔地区，目前在中国及世界多地均有栽培［1］。万寿菊花为头状花序单生，顶花先开放，花大且花期长，其不仅是园林造景的重要植物，同时也是天然类胡萝卜素的主要来源之一。万寿菊花以叶黄素为主，其他类胡萝卜素较少，橙色万寿菊花花瓣中含有的叶黄素占总类胡萝卜素的90%以上［2］，是工业上提取分离叶黄素的理想原料，已被业界广泛用于生产食品着色剂或添加剂［3-4］。晨光生物科技集团股份有限公司研制开发的叶黄素工业化提取技术，目前已经达到国际先进水平［5］。

赤霉素是5大植物激素之一，是一种高效、广谱性生长调节剂。赤霉素对作物的形态、生理、产量及品质均有不同程度的影响［6-9］。在目前发现的136种赤霉素当中，以GA3的活性最强［10］。同时，GA3在农业的生产活动中应用较多，常用于增产增收，提高生产效益［11-12］。近期的研究发现，赤霉素可对植物体色素的积累产生影响，其中对花青素［13］和类胡萝卜素［14］影响较大。GA3处理后的非洲菊舌状花的类胡萝卜素含量较对照显著升高［15］，也对木薯中的类胡萝卜素的积累有促进效果［16］。然而，关于赤霉素对万寿菊花中叶黄素含量的影响鲜见报道，对于赤霉素喷施的最佳时期及最适浓度的研究也相对缺乏。我国多个省份虽然已经实现了万寿菊的规模化种植［17］，但万寿菊的产量和叶黄素含量仍有很大的提升空间。基于此，本研究在万寿菊不同发育时期喷施不同浓度的赤霉素，并分析其对万寿菊鲜花产量、叶黄素含量的影响，以期为高色素万寿菊的栽培管理提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为万寿菊纯系品种TeMb1，由晨光生物科技集团股份有限公司提供。于2022年5月—2022年10月在河北省武安市育种基地(113°50′24″E，36°45′36″N，海拔为980 m)进行试验。供试万寿菊种子播种于穴盘（32孔）基质中（草炭∶珍珠岩∶蛭石=3∶1∶1）。待幼苗长至12～15 cm，移栽至温室大棚。移栽行距50 cm，株距40～45 cm，错位对空移栽，待花芽分化后，挑选整齐一致的植株进行试验。每个处理45株，3次重复。

1.2 试验处理

赤霉素GA3(CAS:77-06-5)购自北京索莱宝科技有限公司。于2022年9月16日(万寿菊顶花现蕾期(图1A)和9月26日(顶花盛开期(图1B)分别喷施100 mg/L(T1)、400 mg/L(T2)、700 mg/L(T3)和1000 mg/L(T4)等4个不同浓度赤霉素，并以喷施清水作为对照(CK)，在万寿菊花侧枝盛开期［15］(2020年10月6日)进行农艺性状及生理指标的测定。

图1 不同生育时期喷施GA3的万寿菊

1.3 测定指标及方法

1.3.1 形态指标 在万寿菊侧枝盛开期测定不同浓度处理的花朵农艺性状，测定指标包括：花柄长、花朵直径、花朵鲜/干重和单株产量。用直尺测定花柄长和花朵直径。用天平称量花朵鲜重后，105 ℃高温15 min，75 ℃烘干至恒重后测量干重。单株产量的计算公式为：

1.3.2 叶黄素含量的测定 万寿菊花叶黄素含量根据Burgos等［18-19］的方法采用分光光度计进行测定，具体步骤为：取0.5 g万寿菊花烘干样本，放入100 mL容量瓶内；56 ℃水浴加热皂化20 min，保证液温降至室温；向容量瓶中加入30 mL抽提溶剂(正己烷∶无水乙醇∶丙酮∶甲苯=10∶6∶7∶7，混合摇匀)、10%硫酸钠水溶液至刻度，避光静止1 h直至溶液分层。取2 mL上层液至100 mL容量瓶中，加入抽提溶剂定容至刻度。分光光度计用抽提溶剂做参比，在474 nm处测定其吸光度。叶黄素的计算公式为：

式（2）中，x为叶黄素含量，A474表示吸光度，K表示稀释倍数；0.211864为消光系数，即50/236，M表示试样的质量(g)。

单株叶黄素产量的计算公式为：

1.4 数据分析

应用Microsoft Excel 2013、SPSS 19.0软件进行数据相关性分析，使用邓肯氏检验法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 顶花现蕾期喷施GA3对万寿菊花农艺性状的影响

由图2可知，在万寿菊顶花现蕾期喷施不同浓度GA3对万寿菊花影响显著，其中以T3和T4处理的效果最为明显；提高GA3的喷施浓度，花柄长度显著增长，花蕾大小及饱满程度明显降低(图2A)，在万寿菊侧枝盛开期，花朵变小，重量减轻(图2B)。性状统计分析发现(表1)，花柄长度随着GA3浓度升高，呈先升高后降低的变化趋势，在T3处理后达到最大值，与CK相比增加了58.77%且差异显著；花朵直径、单花鲜/干重和单株产量均随着GA3浓度的升高而逐渐降低，在T4处理达到最小值，且与CK相比，花朵直径、单花鲜/干重和单株产量分别降低16.20%、27.89%、26.79%和25.00%。顶花现蕾期喷施不同浓度赤霉素对花朵性状、产量均有不同程度的抑制作用，以T4处理的抑制效果最显著。

表1 顶花现蕾期喷施GA3对万寿菊花农艺性状的影响

图2 顶花现蕾期喷施GA3万寿菊花的形态特征

2.2 顶花盛开期喷施GA3对万寿菊花农艺性状的影响

在顶花盛开期喷施不同浓度GA3，花柄长度和花型大小从形态学上观察与CK相比无明显差异(图3)。农艺性状统计分析发现(表2)，不同浓度GA3喷施后的万寿菊花的花柄长度、花朵直径和单花干重与CK相比的差异不显著；单花鲜重与CK相比均有不同程度地降低，在T3处理达到最小值，且与CK相比下降了9.09%；万寿菊的单株产量在T3处理达到最大值，与CK相比升高9.63%。因此，T3处理可能有利于万寿菊提前开放，使侧枝盛开期花朵数量增多，使得单株产量明显增加。

表2 顶花盛开期喷施GA3对万寿菊花农艺性状的影响

图3 顶花盛开期喷施GA3万寿菊花的形态特征

2.3 不同时期喷施GA3对万寿菊花叶黄素含量的影响

由表3 可知，喷施不同浓度GA3后，万寿菊花叶黄素含量均有显著的提高，且在不同时期喷施表现出不同的变化趋势；在顶花现蕾期喷施，万寿菊花叶黄素含量在T1和T4处理出现2 个峰值，与CK 相比分别升高23.42%和26.58%；在顶花盛开期喷施，万寿菊花的叶黄素含量呈先升高后降低的变化趋势，在T2处理后达到峰值，T4处理次之，与CK 相比分别升高37.11%和31.10%。因此，顶花现蕾期和盛开期喷施GA3均能促进叶黄素含量在万寿菊花中的积累，且在盛开期喷施叶黄素含量的增幅最大。

表3 不同时期喷施GA3对万寿菊花叶黄素的含量变化g/kg

2.4 不同时期喷施GA3对万寿菊花单株叶黄素产量的影响

由表4可知，顶花现蕾期喷施GA3的单株叶黄素产量在T1处理达到峰值，且与CK相比显著升高13.73%，但在T3和T4处理后，单株叶黄素产量与CK相比分别降低了9.80%和5.88%；顶花盛开期喷施不同浓度GA3后，单株叶黄素产量表现出不同的变化趋势，T2～T4处理后的单株产量均有明显升高，与CK相比分别提升了32.20%、42.37%和25.42%。不同时期喷施GA3对单株叶黄素产量的影响差异显著，顶花盛开期喷施GA3对单株叶黄素产量提高的水平显著高于顶花现蕾期喷施，其中以T3处理的效果最佳。

表4 不同时期喷施GA3对万寿菊盛开期单株叶黄素的产量变化 g

2.5 万寿菊各指标相关性分析

为了解不同时期喷施GA3万寿菊花各指标间的相互关系，分别对顶花现蕾期和顶花盛开期花朵性状指标进行相关性分析。由表5可知，顶花现蕾期喷施的花朵直径与单花鲜重(r=0.988)、单株产量(r=0.993)和单花干重(r=0.897)呈显著或极显著正相关；单株产量与单花鲜重(r=0.994)和单花干重(r=0.909)呈显著或极显著正相关；单花鲜重和单花干重(r=0.931)呈显著正相关；花柄长与单花鲜重(r=-0.899)和单花干重(r=-0.906)均呈显著负相关。顶花现蕾期喷施GA3，花朵鲜/干重和直径均与单株产量呈正相关，与花柄长度呈负相关，可见花柄伸长会降低花朵的直径及鲜/干重，从而影响单株产量。各指标与叶黄素含量的相关性不显著。因此，在该时期喷GA3不利于单株叶黄素产量的积累。

表5 顶花现蕾期喷施各指标相关性分析

由表6可知，顶花盛开期喷施GA3时，花朵直径与单花干重(r=0.934)呈显著正相关；花柄长与单花鲜重(r=-0.974)呈极显著负相关；单株叶黄素产量与叶黄素含量(r=0.903)和花柄长(r=0.887)呈显著正相关性。花柄伸长虽然减轻了单花重量，但总产量的增加可能与第一轮鲜花的数量有关。因此，在顶花盛开期喷施GA3有利于单株叶黄素产量的增加。

表6 顶花盛开期喷施各指标相关性分析

3 讨论与结论

3.1 GA3对万寿菊花农艺性状的影响

植物激素在植物的营养生长、花芽分化、阶段转变等生长发育进程中发挥着重要作用［20］。其中，赤霉素是营养生长转向生殖生长的重要调控因子之一，不同时期喷施GA3的敏感性不同，对抽蕾和开花影响差异较大［21］。本试验结果表明：顶花现蕾期和盛开期喷施GA3对万寿菊花农艺性状的影响不同，顶花现蕾期喷施GA3能够打破营养生长与生殖生长的平衡，增强营养生长的竞争优势，使得花柄显著伸长、花朵直径缩短、花朵鲜/干重降低，且花柄长与花朵直径、单花鲜/干重和单株产量呈负相关关系。研究发现，赤霉素不仅可以促进植物细胞的伸长，还可以调节植株器官的大小［22-24］，花朵鲜/干重降低可能与花柄的显著伸长有关，最终使单株产量降低。顶花盛开期喷施GA3，花柄长、花朵直径和鲜重与CK相比差异不显著，但T3处理的单株产量显著升高，这可能与花期提前有关。研究发现，外源GA3可以促进花芽分化，提前始花期，延长盛花期，在蝴蝶兰［25］、萝卜［26］、大白菜［27］和番茄［28］等多种园艺作物中均有报道。

3.2 GA3对万寿菊花叶黄素的影响

在万寿菊顶花现蕾期和盛开期喷施GA3，其叶黄素含量均有明显升高，这可能与类胡萝卜素合成通路密切相关。类胡萝卜素是万寿菊花的主要呈色物质［29］，通过类异戊二烯途径合成，与叶绿素、赤霉素等共用一个合成前体牻牛儿牻牛儿焦磷酸(GGPP)，GGPP被转化为番茄红素后由NADPH依赖性番茄红素-β环化酶(LCYB)催化形成α-胡萝卜素(合成叶黄素)［30］。近期在烟草中发现，过表达DcLCYB1在提高类胡萝卜素积累的同时，出现了烟草节间变长、生长速度加快、花期提前和生物量增加等现象，赤霉素合成抑制剂处理会抑制DcLCYB1过表达引起的表型改变［31］。外源GA3处理的非洲菊盛开期类胡萝卜素含量比对照提高了74.1%［15］，木薯叶片中α-胡萝卜素含量是对照的1.2倍［16］，进一步说明了赤霉素在调节叶黄素合成途径的潜在重要作用［31］。本试验中也得到相似的结果，在万寿菊顶花现蕾期和盛开期喷施GA3，叶黄素含量均有显著升高，且顶花盛开期叶黄素含量增幅效果明显优于现蕾期。在顶花现蕾期喷施不同浓度GA3，万寿菊的单株产量均有降低，导致单株叶黄素产量也有所下降，且万寿菊花的农艺性状与单株叶黄素产量的相关性较弱，因此该时期喷施GA3不利于单株叶黄素产量提升。顶花盛开期喷施GA3，T3处理单株产量显著增加，使万寿菊单株叶黄素产量增幅效果显著，与CK相比提升了42.37%。

综上所述，喷施GA3有利于叶黄素在万寿菊花瓣中的积累，但顶花现蕾期喷施GA3会严重影响单株产量。顶花盛开期喷施GA3与单株叶黄素产量相关性密切，T3处理(GA3浓度700 mg/L)提高了万寿菊第一轮单株产量，使得单株叶黄素产量的增幅效果最佳。