GA4对铁皮石斛生长、品质及内源激素的影响

摘要：为探究新型赤霉素GA4对铁皮石斛生长发育的调节作用，设置不同浓度GA4处理组，以GA3为阳性对照，清水为空白对照，测定了GA4对铁皮石斛生长、品质相关指标的影响，并以高效液相色谱法测定其生长素（IAA）、赤霉酸（GA3）、玉米素（ZT）这3种内源激素的含量。结果表明：采收期铁皮石斛的株高、株粗、生物量、石斛多糖含量与总量均随施用GA4浓度的升高而增大，GA4 40与GA4 80对铁皮石斛采收期生长与品质的影响最为显著。除株高外，GA4 20与GA4 40处理组其他指标均显著高于同浓度GA3阳性对照与空白对照。相关性分析表明，株粗与生物量是影响铁皮石斛品质的关键生长指标。外源喷施GA4显著影响铁皮石斛IAA、GA3、ZT含量，药后100 d 3种内源激素含量均大幅上升，且显著高于阳性与空白对照。GA4可能是通过调节内源激素打破夏季休眠，引起植株二次生长，从而促进铁皮石斛生长并提高品质。研究结果可为GA4的开发利用提供参考。

关键词：GA4；铁皮石斛；生长；品质；内源激素

中图分类号：S567.239文献标志码：A文章编号：0253−2301（2024）08−0023−07

DOI：10.13651/j.cnki.fjnykj.2024.08.003

韩欣欣，樊炎迪，陈杰，等.GA4对铁皮石斛生长、品质及内源激素的影响[J].福建农业科技，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）是一类具有高度生理活性，同时对非靶标生物与环境安全的天然植物生长调节剂[1]，与乙烯、脱落酸、细胞分裂素和生长素并称五大激素[2，3]。至今已发现不同结构赤霉素136种，根据发现顺序先后将其命名为GA1、GA2……GA136，统称为赤霉素类（GAs）[4]。目前市场上应用最广泛的是GA3，但其在打破植物休眠时会造成胚轴过度生长，降低植株抗倒伏性，同时还会促进表皮细胞迅速生长，致使角质层变薄，果实容易长斑破裂。随着研究的深入，新型赤霉素GA4以其较高的活性与独特的优势倍受关注，主要表现在可打破休眠但不引发胚轴生长，促进植物花芽分化、提前开花、提高坐果率，并能增强水果表皮角质层韧性，预防褐斑病等[5−7]。

铁皮石斛Dendrobium offcinale为兰科Orchi-daceae石斛属草本植物[8]，因其重要的药用价值与保健功能而倍受关注，石斛多糖具有抗炎、降血糖和抗肿瘤等作用，是反映铁皮石斛品质的重要指标[9]。由于野生石斛不易授粉、自然繁殖困难，致使野生资源严重短缺[10]。目前组织培养铁皮石斛无性繁殖技术已较为成熟，但移栽后生长缓慢，因此生产上迫切需要提高栽培效率与品质[11]。GA4在促进植物生长、细胞分裂和伸长方面具有显著促进作用，但对铁皮石斛的影响目前尚不明确。本研究探究不同浓度GA4对铁皮石斛在采收期间生长及品质指标的具体影响，筛选出效果最为显著的处理方案，进一步测定在该处理下铁皮石斛的株高增长量及其内源激素在整个生长周期中的动态变化情况，并分析内源激素与生长、品质指标的相关性，以期为GA4的开发利用提供参考。

1材料与方法

1.1供试材料

两年生铁皮石斛种苗，购自杭州震亨生物科技有限公司，将其移栽至盆中，在基地温室内种植管理至生长正常后用于试验。

1.2主要试剂

GA4、GA3可溶性粉剂，来自浙江省钱江生物化学股份有限公司。乙腈、甲醇为HPLC级；二氯甲烷、异丙醇、盐酸、磷酸二氢钾、稀磷酸为AR级；IAA、GA3、ZT标准品，纯度大于95%。以上试剂均购自浙江卡尔生物技术有限公司。磷酸缓冲液（pH=3.0）：称取磷酸二氢钾6.8 g，加水900 mL，用稀磷酸调节pH值为3.0，定容至1 000 mL，现配现用。

1.3最适GA4浓度筛选

1.3.1不同浓度GA4溶液配制共设8个试验组：用GA4可溶性粉剂配制浓度为5、10、20、40、80 mg·L−1的GA4水溶液（以下简称GA4 5、GA4 10、GA4 20、GA4 40、GA4 80），作为处理组；用GA3可溶性粉剂配制含量为20、40 mg·L−1（以下简称GA3 20、GA3 40）的GA3水溶液作为阳性对照组；清水作为空白对照组（记为CK）。

1.3.2赤霉素喷施处理将以上7种溶液与清水分别于2021年3月8日、4月8日、5月8日喷施于铁皮石斛种苗叶片上，以叶面湿润但不滴水为度。每组45盆铁皮石斛，每盆60株。做好浇水等日常管理直至采收。

1.3.3生长与品质指标测定在2021年9月28日铁皮石斛采收期，每组随机选取20株铁皮石斛采集全株，直尺测量株高、游标卡尺测量株粗、电子天平称量鲜重得出生物量，获得生长指标。

在每株铁皮石斛中分别采集1个新生枝条，80℃烘30 min后55℃烘干至恒重，用于测定石斛多糖含量。参照《中国药典》（一部）精确称取样品0.3 g，加水200 mL，水浴回流2 h，过滤，滤液定容至250 mL。精确量取5 mL溶液于50 mL离心管中，加无水乙醇25 mL，摇匀，4℃冰箱冷藏1 h，4 000 r·min−1离心20 min，弃上清液。沉淀加80%乙醇20 mL，4 000 r·min−1离心20 min，弃去上清液，重复2次。沉淀加热水溶解，定容至50 mL。精确吸取1 mL水溶液至试管中，冰浴中加入5%苯酚溶液1 mL、浓硫酸溶液5 mL，摇匀后静置5 min。100℃水浴15 min，迅速冷却至室温，488 nm波长下测定吸光值。重复3次。代入标准曲线回归方程计算石斛多糖含量，获得品质指标。

比较各试验组的生长与品质指标，筛选出最适GA4浓度用于后续实验。

1.4最适浓度GA4对株高增长量动态变化的影响

以筛选得到的最适GA4浓度为试验组、清水为对照组，按照1.3.2的方法于2022年3月8日、4月8日、5月8日喷施并做好管理。每组随机选取20株做好标记。在铁皮石斛生长期，从2022年5月8日至9月8日，在3次施药后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测定标记的20株铁皮石斛株高。同时每组从这20株之外分别随机采集20个新生枝条，立即放入液氮中速冻2～3 min，−80℃超低温冰箱保存，用于内源激素含量测定。

株高增长量由公式（1）计算。

Δh=h1-h0（1）式中Δh：株高增长量；h1：处理后株高；h0：处理前株高。

1.5最适浓度GA4对内源激素动态变化的影响

1.5.1样品制备参考李华[12]的方法，称取200 mg由1.4方法得到的冷冻铁皮石斛样品，液氮研磨后转移到15 mL EP管中，加入2 mL异丙醇∶水∶盐酸=2∶1∶0.002（V/V）的溶液，4℃、100 r·min−1振荡1 h后加入1 mL二氯甲烷，同样条件再振荡1 h。接着4℃、10 000 r·min−1离心5 min，取下层清液用氮吹仪吹干，加入1 mL 80%甲醇溶液溶解样品。C18小柱（500 mg、3 mL）用6 mL甲醇活化，6 mL 80%甲醇平衡。样品过柱，1 mL 80%甲醇洗脱，洗脱液用氮吹仪吹干后加入500µL甲醇溶解，过0.22µm滤膜至上样瓶中待测。

1.5.2标准品配制用甲醇配制1 000 mg·L−1生长素（IAA）、赤霉酸（GA3）、玉米素（ZT）3种激素标准母液，稀释成50、25、12.5、6.25、3.125 mg·L−1浓度梯度的标准溶液，过0.22μm滤膜至上样瓶中待测。

1.5.3液相色谱法测定内源激素含量C18色谱柱（250 mm×46 mm，5µm）；流动相：甲醇（A）∶乙腈（B）∶磷酸缓冲液（C）=20∶20∶60；等度洗脱；流速：1 mL·min−1；柱温：35℃;进样量20µL；测定时间30 min；IAA、GA3与ZT的检测波长分别为201、210与254 nm。重复3次。根据标准曲线方程计算IAA、GA3、ZT含量。

1.6数据分析

采用EXCEL 2019及SPSS 20统计试验数据，进行单因素方差与相关性分析。

2结果与分析

2.1标准曲线回归方程

由表1可知，石斛多糖、生长素、赤霉酸、玉米素的标准曲线都为线性，且回归系数均在0.99以上，说明该方法可行，可用于后续试验。

2.2最适GA4浓度筛选结果

由表2可知，除GA4 80的石斛多糖含量与总量外，采收期铁皮石斛的株高、株粗、生物量、石斛多糖含量与总量均随施用GA4浓度的升高而增大，因此喷施GA4 40与GA4 80对铁皮石斛采收期生长与品质的影响最为显著，但这两个浓度之间的差异并不显著，因此选择这两个处理组进一步开展后续研究。

2.3最适浓度GA4处理下生长和品质指标的相关性

由表3、表4可知，GA4 40和GA4 80处理下石斛多糖含量与株粗呈极显著相关，相关系数分别为0.539、0.664；石斛多糖总量则与株高、株粗、生物量以及石斛多糖含量均呈极显著相关，其中与生物量的相关性最密切，相关系数达0.990和0.911。表明株粗与生物量是影响铁皮石斛品质的关键生长指标。

2.4最适浓度GA4对株高增长量动态变化的影响

为进一步探究GA4在铁皮石斛整个生长周期中的作用，对GA4 40与GA4 80这两个最适浓度处理下铁皮石斛从20～120 d的株高增长量进行了测定与分析，结果见图1。由图1可知，喷施GA440与GA4 80的铁皮石斛株高增长量显著大于对照。药后20 d到60 d，所有处理组株高增长量都随时间显著降低，且均在60 d时降至最低。随后，对照组出现小幅短时回升后回落，GA4处理组则出现大幅与较长时间回升后下降。进入7月，随着气温的升高，铁皮石斛会进入夏季休眠，GA4可能打破休眠促进了二次生长。因此GA4处理后80 d与100 d株高增长量显著大于对照，可能正是7～8月二次快速生长造成了GA4处理组植株显著高于对照组。

2.5最适浓度GA4对内源激素含量动态变化规律的影响

2.5.1最适浓度GA4对IAA含量动态变化规律的影响由图2可见，施药后20、40、60 d，GA4处理组铁皮石斛IAA含量显著低于对照组，但60 d后急速上升，100 d时达最大值。GA4 40处理80 d后与GA4 40、GA4 80处理100 d后，IAA含量均显著高于对照组，这与图1铁皮石斛二次生长时间基本一致。表明外施GA4 60 d后造成内源IAA急速上升可能是打破铁皮石斛夏季休眠，造成二次生长的原因之一。

2.5.2最适浓度GA4对内源GA3含量动态变化规律的影响由图3可知，GA4 40与GA4 80处理组铁皮石斛内源GA3含量在药后40 d与100 d时达到较高水平，且显著高于对照组。这一规律也与铁皮石斛株高增长量随时间变化趋势一致，由此推测在最适浓度GA4作用下，内源激素GA3含量在施药后100 d的大幅增高可能也是导致植株夏季休眠被打破，出现二次生长的原因。

2.5.3最适浓度GA4对ZT含量动态变化规律的影响由图4表明，与内源激素IAA、GA3含量随时间动态变化规律相似，GA4 40与GA4 80处理100 d后，ZT含量大幅回升至最大值，显著高于对照。进一步表明外施GA4能在7月至8月提高铁皮石斛玉米素水平，从而打破夏季休眠，促进植株二次生长。由于ZT的作用是促进菌株矮化与增粗，施药40 d与120d后GA4处理组ZT含量显著低于对照组，因此GA4很好地兼顾了植株的伸长与增粗。

3讨论与结论

赤霉素作为植物生长调节剂，主要生理功能有促进生长、打破休眠、影响内源激素等[13]。蔡娅等[14]以香花油菜Camellia osmantha为研究对象，通过外施赤霉素，发现各浓度处理均能促进春梢伸长、增加节间长度，且赤霉素浓度越高效果越显著。本研究发现，除GA4 80处理组的石斛多糖含量外，采收期铁皮石斛生长与品质指标均随GA4施用浓度的升高而增大，且多数显著高于空白对照组，这一结果与文献结果一致。但是GA4 80处理组的石斛多糖含量显著低于GA4 20与GA4 40处理组，与空白对照差异不显著，出现这一反常规律是因为在GA4 80作用下，铁皮石斛株高、株粗与生物量均有很大程度提高，石斛多糖质量的提高赶不上生物量增大的幅度，因此稀释了每克样品中的石斛多糖含量，但每株样品的石斛多糖总量随GA4施用浓度的升高具有显著增大的趋势。

王英等[15]研究发现对大豆矮茎品系外施40 mg·L−1 GA3后，株高、节间长度、顶花序长度比对照组显著增加，但对大豆主茎茎粗无显著影响。本研究表明，除株高外，GA3 20与GA3 40处理的铁皮石斛生长与品质指标与空白对照相比大多差异不显著，株粗和石斛多糖含量甚至显著低于空白对照，表明GA3在促进植株纵向显著伸长的同时，横向反而显著变细了，因此不利于抗倒伏。比较GA4与GA3的效果，除株高外，GA4 20与GA4 40处理组其他指标均显著高于同浓度GA3阳性对照与空白对照，其中GA4对株粗与石斛多糖总量的提高效果最为显著。可见GA4能同时促进植株纵向伸长与横向增粗，效果显著优于GA3。因此对于全株可利用和易倒伏植物，用新型赤霉素GA4代替传统赤霉酸GA3具有更好的提质增产作用。

铁皮石斛一年有两次休眠期，一次是当温度连续低于10℃时，铁皮石斛进入冬季休眠；另一次是夏季休眠，7、8月份为南方夏季，温度高、湿度大，铁皮石斛不喜高温高湿的环境，因此进入休眠，待天气凉爽时再开始生长，休眠严重降低了铁皮石斛产量。由图1可见，对照组铁皮石斛株高增长量在60 d时降到最低，此时铁皮石斛进入夏季休眠；而GA4处理组在60、80与100 d的株高增长量显著大于对照，说明GA4的施用可能打破了铁皮石斛的夏季休眠，促进其二次生长。

GA4对铁皮石斛内源激素IAA、GA3、ZT含量随时间动态变化规律的影响，说明GA4是通过调节内源激素打破夏季休眠的。内源激素是植物体内重要的活性物质，对植物生长、开花结实和休眠等过程都有重要的调控作用[16−18]。植物主要内源激素有IAA、GA3与ZT等。IAA大多分布在植物生长旺盛的部位，具有促进侧根、不定根形成与茎的生长等作用[19−21]；GA3在植物整个生命周期中都起着至关重要的作用，包括种子萌发、茎的伸长、叶片的伸展等[22]；ZT是一类促进细胞分裂、诱导芽的形成并促进其生长的植物激素，主要功能是促进植株矮化、茎秆增粗[23−24]。蔡永萍等[25]研究发现霍山石斛Dendrobium huoshanense、铁皮石斛D.candidum和铜皮石斛D.moniliforme茎高的生长受内源激素GA3的影响，植物进入休眠期后，内源激素含量处于相对较低的水平。刘思[26]报道施用GA4后，蓝莓Vaccinium spp中所含激素IAA、GA3含量与对ZP6rJQ2RndgBmRWEDp80Jg==照组相比有显著提升，表明外源喷施GA4能通过提高内源激素含量来打破蓝莓休眠。本研究得出相似结论，对铁皮石斛喷施GA4，药后100 d时GA4处理组的内源激素IAA、GA3、ZT含量均出现大幅度上升，且显著高于对照组，从而打破夏季休眠，促进植株二次生长，提高铁皮石斛生长与品质指标。下一步可深入研究GA4对铁皮石斛内源激素含量影响的作用机制，并探究GA4对铁皮石斛冬季休眠的影响。

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（责任编辑：柯文辉）