外源赤霉素(GA3)對萬壽菊花農(nóng)藝性狀及葉黃素含量影響

郭 豪，呂興娜，穆京妹，2，王 浩，未俊豐，任亞峰，高 偉，3*

（1.晨光生物科技集團(tuán)股份有限公司，河北 邯鄲 056000；2.河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056038；3.河北省天然色素技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 邯鄲 056000）

0 引言

萬壽菊(Tagetes erectaL.)為菊科萬壽菊屬，一年生草本植物，原產(chǎn)于墨西哥高海拔地區(qū)，目前在中國及世界多地均有栽培［1］。萬壽菊花為頭狀花序單生，頂花先開放，花大且花期長，其不僅是園林造景的重要植物，同時也是天然類胡蘿卜素的主要來源之一。萬壽菊花以葉黃素為主，其他類胡蘿卜素較少，橙色萬壽菊花花瓣中含有的葉黃素占總類胡蘿卜素的90%以上［2］，是工業(yè)上提取分離葉黃素的理想原料，已被業(yè)界廣泛用于生產(chǎn)食品著色劑或添加劑［3-4］。晨光生物科技集團(tuán)股份有限公司研制開發(fā)的葉黃素工業(yè)化提取技術(shù)，目前已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平［5］。

赤霉素是5大植物激素之一，是一種高效、廣譜性生長調(diào)節(jié)劑。赤霉素對作物的形態(tài)、生理、產(chǎn)量及品質(zhì)均有不同程度的影響［6-9］。在目前發(fā)現(xiàn)的136種赤霉素當(dāng)中，以GA3的活性最強［10］。同時，GA3在農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)活動中應(yīng)用較多，常用于增產(chǎn)增收，提高生產(chǎn)效益［11-12］。近期的研究發(fā)現(xiàn)，赤霉素可對植物體色素的積累產(chǎn)生影響，其中對花青素［13］和類胡蘿卜素［14］影響較大。GA3處理后的非洲菊舌狀花的類胡蘿卜素含量較對照顯著升高［15］，也對木薯中的類胡蘿卜素的積累有促進(jìn)效果［16］。然而，關(guān)于赤霉素對萬壽菊花中葉黃素含量的影響鮮見報道，對于赤霉素噴施的最佳時期及最適濃度的研究也相對缺乏。我國多個省份雖然已經(jīng)實現(xiàn)了萬壽菊的規(guī)?；N植［17］，但萬壽菊的產(chǎn)量和葉黃素含量仍有很大的提升空間?；诖?，本研究在萬壽菊不同發(fā)育時期噴施不同濃度的赤霉素，并分析其對萬壽菊鮮花產(chǎn)量、葉黃素含量的影響，以期為高色素萬壽菊的栽培管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為萬壽菊純系品種TeMb1，由晨光生物科技集團(tuán)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種基地(113°50′24″E，36°45′36″N，海拔為980 m)進(jìn)行試驗。供試萬壽菊種子播種于穴盤（32孔）基質(zhì)中（草炭∶珍珠巖∶蛭石=3∶1∶1）。待幼苗長至12～15 cm，移栽至溫室大棚。移栽行距50 cm，株距40～45 cm，錯位對空移栽，待花芽分化后，挑選整齊一致的植株進(jìn)行試驗。每個處理45株，3次重復(fù)。

1.2 試驗處理

赤霉素GA3(CAS:77-06-5)購自北京索萊寶科技有限公司。于2022年9月16日(萬壽菊頂花現(xiàn)蕾期(圖1A)和9月26日(頂花盛開期(圖1B)分別噴施100 mg/L(T1)、400 mg/L(T2)、700 mg/L(T3)和1000 mg/L(T4)等4個不同濃度赤霉素，并以噴施清水作為對照(CK)，在萬壽菊花側(cè)枝盛開期［15］(2020年10月6日)進(jìn)行農(nóng)藝性狀及生理指標(biāo)的測定。

圖1 不同生育時期噴施GA3的萬壽菊

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 形態(tài)指標(biāo) 在萬壽菊側(cè)枝盛開期測定不同濃度處理的花朵農(nóng)藝性狀，測定指標(biāo)包括：花柄長、花朵直徑、花朵鮮/干重和單株產(chǎn)量。用直尺測定花柄長和花朵直徑。用天平稱量花朵鮮重后，105 ℃高溫15 min，75 ℃烘干至恒重后測量干重。單株產(chǎn)量的計算公式為：

1.3.2 葉黃素含量的測定 萬壽菊花葉黃素含量根據(jù)Burgos等［18-19］的方法采用分光光度計進(jìn)行測定，具體步驟為：取0.5 g萬壽菊花烘干樣本，放入100 mL容量瓶內(nèi)；56 ℃水浴加熱皂化20 min，保證液溫降至室溫；向容量瓶中加入30 mL抽提溶劑(正己烷∶無水乙醇∶丙酮∶甲苯=10∶6∶7∶7，混合搖勻)、10%硫酸鈉水溶液至刻度，避光靜止1 h直至溶液分層。取2 mL上層液至100 mL容量瓶中，加入抽提溶劑定容至刻度。分光光度計用抽提溶劑做參比，在474 nm處測定其吸光度。葉黃素的計算公式為：

式（2）中，x為葉黃素含量，A474表示吸光度，K表示稀釋倍數(shù)；0.211864為消光系數(shù)，即50/236，M表示試樣的質(zhì)量(g)。

單株葉黃素產(chǎn)量的計算公式為：

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Microsoft Excel 2013、SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，使用鄧肯氏檢驗法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 頂花現(xiàn)蕾期噴施GA3對萬壽菊花農(nóng)藝性狀的影響

由圖2可知，在萬壽菊頂花現(xiàn)蕾期噴施不同濃度GA3對萬壽菊花影響顯著，其中以T3和T4處理的效果最為明顯；提高GA3的噴施濃度，花柄長度顯著增長，花蕾大小及飽滿程度明顯降低(圖2A)，在萬壽菊側(cè)枝盛開期，花朵變小，重量減輕(圖2B)。性狀統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)(表1)，花柄長度隨著GA3濃度升高，呈先升高后降低的變化趨勢，在T3處理后達(dá)到最大值，與CK相比增加了58.77%且差異顯著；花朵直徑、單花鮮/干重和單株產(chǎn)量均隨著GA3濃度的升高而逐漸降低，在T4處理達(dá)到最小值，且與CK相比，花朵直徑、單花鮮/干重和單株產(chǎn)量分別降低16.20%、27.89%、26.79%和25.00%。頂花現(xiàn)蕾期噴施不同濃度赤霉素對花朵性狀、產(chǎn)量均有不同程度的抑制作用，以T4處理的抑制效果最顯著。

表1 頂花現(xiàn)蕾期噴施GA3對萬壽菊花農(nóng)藝性狀的影響

圖2 頂花現(xiàn)蕾期噴施GA3萬壽菊花的形態(tài)特征

2.2 頂花盛開期噴施GA3對萬壽菊花農(nóng)藝性狀的影響

在頂花盛開期噴施不同濃度GA3，花柄長度和花型大小從形態(tài)學(xué)上觀察與CK相比無明顯差異(圖3)。農(nóng)藝性狀統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)(表2)，不同濃度GA3噴施后的萬壽菊花的花柄長度、花朵直徑和單花干重與CK相比的差異不顯著；單花鮮重與CK相比均有不同程度地降低，在T3處理達(dá)到最小值，且與CK相比下降了9.09%；萬壽菊的單株產(chǎn)量在T3處理達(dá)到最大值，與CK相比升高9.63%。因此，T3處理可能有利于萬壽菊提前開放，使側(cè)枝盛開期花朵數(shù)量增多，使得單株產(chǎn)量明顯增加。

表2 頂花盛開期噴施GA3對萬壽菊花農(nóng)藝性狀的影響

圖3 頂花盛開期噴施GA3萬壽菊花的形態(tài)特征

2.3 不同時期噴施GA3對萬壽菊花葉黃素含量的影響

由表3 可知，噴施不同濃度GA3后，萬壽菊花葉黃素含量均有顯著的提高，且在不同時期噴施表現(xiàn)出不同的變化趨勢；在頂花現(xiàn)蕾期噴施，萬壽菊花葉黃素含量在T1和T4處理出現(xiàn)2 個峰值，與CK 相比分別升高23.42%和26.58%；在頂花盛開期噴施，萬壽菊花的葉黃素含量呈先升高后降低的變化趨勢，在T2處理后達(dá)到峰值，T4處理次之，與CK 相比分別升高37.11%和31.10%。因此，頂花現(xiàn)蕾期和盛開期噴施GA3均能促進(jìn)葉黃素含量在萬壽菊花中的積累，且在盛開期噴施葉黃素含量的增幅最大。

表3 不同時期噴施GA3對萬壽菊花葉黃素的含量變化g/kg

2.4 不同時期噴施GA3對萬壽菊花單株葉黃素產(chǎn)量的影響

由表4可知，頂花現(xiàn)蕾期噴施GA3的單株葉黃素產(chǎn)量在T1處理達(dá)到峰值，且與CK相比顯著升高13.73%，但在T3和T4處理后，單株葉黃素產(chǎn)量與CK相比分別降低了9.80%和5.88%；頂花盛開期噴施不同濃度GA3后，單株葉黃素產(chǎn)量表現(xiàn)出不同的變化趨勢，T2～T4處理后的單株產(chǎn)量均有明顯升高，與CK相比分別提升了32.20%、42.37%和25.42%。不同時期噴施GA3對單株葉黃素產(chǎn)量的影響差異顯著，頂花盛開期噴施GA3對單株葉黃素產(chǎn)量提高的水平顯著高于頂花現(xiàn)蕾期噴施，其中以T3處理的效果最佳。

表4 不同時期噴施GA3對萬壽菊盛開期單株葉黃素的產(chǎn)量變化 g

2.5 萬壽菊各指標(biāo)相關(guān)性分析

為了解不同時期噴施GA3萬壽菊花各指標(biāo)間的相互關(guān)系，分別對頂花現(xiàn)蕾期和頂花盛開期花朵性狀指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。由表5可知，頂花現(xiàn)蕾期噴施的花朵直徑與單花鮮重(r=0.988)、單株產(chǎn)量(r=0.993)和單花干重(r=0.897)呈顯著或極顯著正相關(guān)；單株產(chǎn)量與單花鮮重(r=0.994)和單花干重(r=0.909)呈顯著或極顯著正相關(guān)；單花鮮重和單花干重(r=0.931)呈顯著正相關(guān)；花柄長與單花鮮重(r=-0.899)和單花干重(r=-0.906)均呈顯著負(fù)相關(guān)。頂花現(xiàn)蕾期噴施GA3，花朵鮮/干重和直徑均與單株產(chǎn)量呈正相關(guān)，與花柄長度呈負(fù)相關(guān)，可見花柄伸長會降低花朵的直徑及鮮/干重，從而影響單株產(chǎn)量。各指標(biāo)與葉黃素含量的相關(guān)性不顯著。因此，在該時期噴GA3不利于單株葉黃素產(chǎn)量的積累。

表5 頂花現(xiàn)蕾期噴施各指標(biāo)相關(guān)性分析

由表6可知，頂花盛開期噴施GA3時，花朵直徑與單花干重(r=0.934)呈顯著正相關(guān)；花柄長與單花鮮重(r=-0.974)呈極顯著負(fù)相關(guān)；單株葉黃素產(chǎn)量與葉黃素含量(r=0.903)和花柄長(r=0.887)呈顯著正相關(guān)性?；ū扉L雖然減輕了單花重量，但總產(chǎn)量的增加可能與第一輪鮮花的數(shù)量有關(guān)。因此，在頂花盛開期噴施GA3有利于單株葉黃素產(chǎn)量的增加。

表6 頂花盛開期噴施各指標(biāo)相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

3.1 GA3對萬壽菊花農(nóng)藝性狀的影響

植物激素在植物的營養(yǎng)生長、花芽分化、階段轉(zhuǎn)變等生長發(fā)育進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用［20］。其中，赤霉素是營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長的重要調(diào)控因子之一，不同時期噴施GA3的敏感性不同，對抽蕾和開花影響差異較大［21］。本試驗結(jié)果表明：頂花現(xiàn)蕾期和盛開期噴施GA3對萬壽菊花農(nóng)藝性狀的影響不同，頂花現(xiàn)蕾期噴施GA3能夠打破營養(yǎng)生長與生殖生長的平衡，增強營養(yǎng)生長的競爭優(yōu)勢，使得花柄顯著伸長、花朵直徑縮短、花朵鮮/干重降低，且花柄長與花朵直徑、單花鮮/干重和單株產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，赤霉素不僅可以促進(jìn)植物細(xì)胞的伸長，還可以調(diào)節(jié)植株器官的大?。?2-24］，花朵鮮/干重降低可能與花柄的顯著伸長有關(guān)，最終使單株產(chǎn)量降低。頂花盛開期噴施GA3，花柄長、花朵直徑和鮮重與CK相比差異不顯著，但T3處理的單株產(chǎn)量顯著升高，這可能與花期提前有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，外源GA3可以促進(jìn)花芽分化，提前始花期，延長盛花期，在蝴蝶蘭［25］、蘿卜［26］、大白菜［27］和番茄［28］等多種園藝作物中均有報道。

3.2 GA3對萬壽菊花葉黃素的影響

在萬壽菊頂花現(xiàn)蕾期和盛開期噴施GA3，其葉黃素含量均有明顯升高，這可能與類胡蘿卜素合成通路密切相關(guān)。類胡蘿卜素是萬壽菊花的主要呈色物質(zhì)［29］，通過類異戊二烯途徑合成，與葉綠素、赤霉素等共用一個合成前體牻牛兒牻牛兒焦磷酸(GGPP)，GGPP被轉(zhuǎn)化為番茄紅素后由NADPH依賴性番茄紅素-β環(huán)化酶(LCYB)催化形成α-胡蘿卜素(合成葉黃素)［30］。近期在煙草中發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)DcLCYB1在提高類胡蘿卜素積累的同時，出現(xiàn)了煙草節(jié)間變長、生長速度加快、花期提前和生物量增加等現(xiàn)象，赤霉素合成抑制劑處理會抑制DcLCYB1過表達(dá)引起的表型改變［31］。外源GA3處理的非洲菊盛開期類胡蘿卜素含量比對照提高了74.1%［15］，木薯葉片中α-胡蘿卜素含量是對照的1.2倍［16］，進(jìn)一步說明了赤霉素在調(diào)節(jié)葉黃素合成途徑的潛在重要作用［31］。本試驗中也得到相似的結(jié)果，在萬壽菊頂花現(xiàn)蕾期和盛開期噴施GA3，葉黃素含量均有顯著升高，且頂花盛開期葉黃素含量增幅效果明顯優(yōu)于現(xiàn)蕾期。在頂花現(xiàn)蕾期噴施不同濃度GA3，萬壽菊的單株產(chǎn)量均有降低，導(dǎo)致單株葉黃素產(chǎn)量也有所下降，且萬壽菊花的農(nóng)藝性狀與單株葉黃素產(chǎn)量的相關(guān)性較弱，因此該時期噴施GA3不利于單株葉黃素產(chǎn)量提升。頂花盛開期噴施GA3，T3處理單株產(chǎn)量顯著增加，使萬壽菊單株葉黃素產(chǎn)量增幅效果顯著，與CK相比提升了42.37%。

綜上所述，噴施GA3有利于葉黃素在萬壽菊花瓣中的積累，但頂花現(xiàn)蕾期噴施GA3會嚴(yán)重影響單株產(chǎn)量。頂花盛開期噴施GA3與單株葉黃素產(chǎn)量相關(guān)性密切，T3處理(GA3濃度700 mg/L)提高了萬壽菊第一輪單株產(chǎn)量，使得單株葉黃素產(chǎn)量的增幅效果最佳。