生长调节剂对南方红豆杉大孢子叶球和内源激素的影响

（中国林业科学研究院 亚热带林业实验中心，江西 分宜 336600）

开花结果晚、种子数量少是造成实生树育种周期长的主要原因，在实生苗处于生理转变期时，外施植物生长调节剂等栽培措施可以有效促进林木开花结实[1]。植物生长调节剂通过改变植物体内内源激素的变化、调控相关基因的表达，进而影响植物的开花结果[2]。喷施矮壮素，改变了光皮树Swida wilsoniana内源激素IAA、GA、ZR 和ABA的相对含量，抑制新枝营养生长、促进花芽分化，提高花芽分化率[3]。多效唑处理花芽分化前期的鸡嘴荔Litchi chinensis，明显降低植株体内内源激素IAA 和GA3的含量，提高ABA 和ZT 的含量[4]，多效唑处理西洋杜鹃花Rhododendron hybridum后，内源激素则表现为GA3、ZT 和IAA 含量降低，ABA 含量升高，花期推迟[5]。不同植物对不同生长调节剂的响应不同，针对不同树种的各自需求，开展植物生长调节剂的筛选研究很有必要。

南方红豆杉Taxus chinensisvar.mairei，隶属于红豆杉科红豆杉属，为我国Ⅰ级保护植物，是亚热带地区特色的针叶珍贵用材树种，亦是重要的药用和观赏树种。目前，关于南方红豆杉的研究，主要集中在药学药理、种群与群落结构、遗传改良与种苗繁育以及人工林培育等方面[6-12]。在研究中发现，南方红豆杉结实期较晚，一般7～8 a 才开始进入结果初期，且雌雄异株，种子产量低，休眠期长[13]，这些问题严重制约了南方红豆杉优良种质材料的推广应用，急需通过合适的调控措施促进其大小孢子数量、种子产量和质量。因此，通过植物生长调节剂调控南方红豆杉的开花结实，对于优化栽培方式、提高种子产量具有非常重要的实践意义。

以13年生南方红豆杉雌株为研究对象，选用3 种常用的促进开花结实的生长调节剂，通过设置不同质量浓度梯度进行叶面喷施处理，统计各处理下南方红豆杉生殖枝比例和大孢子叶球数量，结合各处理对南方红豆杉叶片内源激素含量的动态影响，分析在不同生长调节剂处理下的生殖生长和激素含量变化，为南方红豆杉的繁殖栽培和定向培育提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验基地位于江西省新余市分宜县操场乡衡陂村速丰林场，属典型的亚热带季风型湿润气候，年平均气温18.5 ℃，年平均降水量1 643.6 mm，全年无霜期310 d，土壤类型为黄红壤。基地内的南方红豆杉，种源为江西全南县。2007年12月在苗圃内种植2年生种子苗，2013年4月移栽于试验盆内（径85 cm），种植后每年进行正常抚育管理。2017年12月选择生长良好、挂果均匀、无病虫害的南方红豆杉雌株进行挂牌，以备试验使用。

1.2 试验设计与布置

2018年7月24日、8月9日、8月23日，选用3 种类型的植物生长调节剂，各设置3 个质量浓度梯度，连续3 次对挂牌南方红豆杉幼树进行叶面喷施处理，以清水作为对照（CK），共10 个处理（详见表1）。因南方红豆杉雌株在8月下旬当年生枝条叶腋处可以分化出营养芽和生殖芽，直至翌年开花受精结果[14]，因此本试验选择在 7—8月进行叶面喷施处理。考虑到枝条和芽的发育进程不是完全同步，且因每年气候变化而具有时差性，所以连续喷施3 次[15-16]。试验采用单因素试验设计，每个处理设3 个重复，每个重复6 株。各处理分别添加0.5%的吐温-20，增加试剂的表面黏着度。喷施量以树冠滴水为止，且处理后3 d内未遇阴雨天气。

表1 试验设计方案Table 1 Design of plant growth regulator experiments

1.3 样品采集与处理

2018年8月8日、8月22日、9月5日、9月28日采集叶片样品。随机选取各处理3 株南方红豆杉作为固定采样植株，用高枝剪剪取树冠阳面、中层、外围的标准枝，摘取一年生枝上饱满、无病虫害的叶片混合均匀，锡纸包装，液氮速冻，干冰保温带回实验室，-70 ℃冰箱内储藏备用。因南方红豆杉果实主要分布在自冠底至冠顶的1/3～2/3 处、树冠外层且自东南西北依次减少[17]。因此，本试验中选取的南方红豆杉标准枝均为阳面、中层、外围的枝条。

1.4 野外统计测量

2019年3月，在南方红豆杉即将开花，可明显统计大孢子叶球的时候，调查各处理生殖枝比例和大孢子叶球的数量。生殖枝比例采用标准枝的统计方法：选择各处理内未采摘过叶片样品的植株，剪取阳面、中层、外围的一条标准枝，统计一年生着生大孢子叶球的枝条和所有枝条的数量，并进行百分比计算。从标准枝上随机选取5 条一年生的着生大孢子叶球的枝条，统计其大孢子叶球的数量。

1.5 内源激素的测定

内源激素IAA、ABA、GA3和ZR 的含量采用酶联免疫吸附法（ELISA）测定[18]，试剂盒由中国农业大学农学与生物技术学院提供。

1.6 数据处理

试验数据采用Excel 2016 和SPSS 21.0 进行方差分析和均值的多重比较。

2 结果与分析

2.1 生长调节剂对南方红豆杉生殖枝比例和大孢子叶球数量的影响

方差分析结果表明，不同生长调节剂处理南方红豆杉雌株后，大孢子叶球数量差异显著（P＜0.05，图1-A），生殖枝比例差异不显著（P＞0.05，图1-B）。各生长调节剂处理中，P3、C3、N1 处理的大孢子叶球数量比对照显著增加了14.88%、16.02%和35.69%（图1-A）。生殖枝比例差异虽不显著，但从均值来看与大孢子叶球数量具有类似的趋势，生殖枝比例和大孢子叶球数量均在P3、C3 和N1 处理时，达到最高值，且在各处理梯度中，随着多效唑和矮壮素使用质量浓度的增加而增加，随着复硝酚钠使用质量浓度的增加而有所降低（图1）。

图1 不同生长调节剂对南方红豆杉生殖生长的影响Fig.1 Effects of different plant growth regulators on reproductive growth of T.chinensis var.mairei

2.2 生长调节剂对南方红豆杉内源激素的影响

2.2.1 生长调节剂对南方红豆杉叶片ZR 含量的影响

不同生长调节剂处理对南方红豆杉不同时期叶片中内源激素ZR 含量的影响均达显著水平（P＜0.05，图2）。在8月上旬和下旬，各处理间ZR 含量显著低于对照处理；在9月上旬，除P1 处理外，其余处理间ZR 含量显著高于对照；在9月下旬，P1、N2、N3 处理显著高于对照，P2、P3、C1、C2、C3 处理则显著低于对照（图2）。南方红豆杉叶片ZR 含量在对照处理中呈现先降低后升高的趋势，在9月上旬时达到最低值。与对照相比，P3、C3、N1 处理的南方红豆杉叶片中ZR 含量呈现先升高后降低的趋势，均在9月上旬时达到高峰值，分别比对照显著增加了36.63%、15.14%和21.02%（图2）。

2.2.2 生长调节剂对南方红豆杉叶片IAA 含量的影响

不同生长调节剂处理对不同时期南方红豆杉叶片中IAA 含量的影响差异显著（P＜0.05，图3）。在8月上旬，除P1、N3 和N2 处理外，各处理间IAA 含量显著低于对照处理；在8月下旬和9月上旬时，分别除C3 和P2 处理外，IAA 含量在各处理间显著低于对照；在9月下旬，C3 处理显著低于对照，其余处理（除P3 外）则显著高于对照（图3）。

南方红豆杉叶片中IAA 含量在对照处理中呈现先升高后降低的趋势，在9月上旬时达到最高峰。与对照相比，P3 和N1 处理的IAA 含量呈现先降低后升高的趋势，C3 处理则表现为先升高后降低再升高，三者均在9月上旬时达到最低值，分别比对照处理降低了50.10%、49.33%和57.49%（图3）。

图2 不同生长调节剂对南方红豆杉ZR 含量的影响Fig.2 Effects of different plant growth regulators on the content of ZR in T.chinensis var.mairei

图3 不同生长调节剂对南方红豆杉IAA 含量的影响Fig.3 Effects of different plant growth regulators on the content of IAA in T.chinensis var.mairei

2.2.3 生长调节剂对南方红豆杉叶片GA3 含量的影响

不同时期南方红豆杉叶片中GA3含量对不同生长调节剂的响应差异显著（P＜0.05，图4）。在8月上旬和下旬，各处理间GA3含量均显著低于对照处理；在9月上旬，除P3、C1 和N3 外，各处理间GA3含量显著低于对照；在9月下旬，除P1 和N3 处理外，其余处理GA3含量也显著低于对照（图4）。

对照处理的GA3含量表现为先降低后升高的趋势，在9月上旬达到最低值。与对照相比，P3和C3 总体表现先升后降的趋势，在9月上旬，达到最大值；N1 表现为持续升高的趋势，但仍然显著低于对照处理（图4）。

图4 不同生长调节剂对南方红豆杉GA3 含量的影响Fig.4 Effects of different plant growth regulators on the content of GA3 in T.chinensis var.mairei

2.2.4 生长调节剂对南方红豆杉叶片ABA 含量的影响

不同生长调节剂对不同时期南方红豆杉叶片中ABA 含量的影响差异显著（P＜0.05，图5）。在8月上旬和下旬，P3 和N1 处理叶片的ABA 含量分别显著高于对照，其余各处理显著低于对照或差异不明显；在9月上旬，P1、P3、C2 处理ABA 含量显著高于对照，P2、C1、N1、N2、N3则与之相反；在9月下旬，P1、C3、N1 处理显著高于对照，P2、P3、C1、C2、N3 则显著低于对照（图5）。

叶片中ABA 含量在对照处理中，随着采样时间的推进呈现降低的趋势。与对照相比，P3 处理的ABA 含量先降后升再降，在8月上旬和9月上旬，ABA 含量分别比对照显著增加了7.55%和8.16%；C3 处理表现持续升高的趋势，在9月下旬，ABA 含量比对照显著增加了19.40%；N1 处理则表现为先升后降再升，在8月下旬和9月下旬，ABA 含量分别比对照显著增加了8.59%和7.30%（图5）。

图5 不同生长调节剂对南方红豆杉ABA 含量的影响Fig.5 Effects of different plant growth regulators on the content of ABA in T.chinensis var.mairei

2.3 生长调节剂对南方红豆杉内源激素比值的影响

2.3.1 生长调节剂对南方红豆杉叶片ABA/IAA 的影响

不同生长调节剂处理对不同时期南方红豆杉叶片中ABA/IAA 比值的影响差异显著（P＜0.05，图6）。在8月上旬时，P2 和P3 处理的ABA/IAA 比值显著高于对照处理，P1、C1、N1、N2、N3处理显著低于对照处理；在8月下旬，P3、N1、N2 处理的ABA/IAA 显著高于对照，P1、C1、C2、C3、N3 则显著低于对照；在9月上旬，除了P2、N2 处理外，其余各处理间ABA/IAA 均显著高于对照处理；在9月下旬，C3 处理的ABA/IAA显著高于对照，其余处理（除N1、N2 外）显著低于对照（图6）。

图6 不同生长调节剂对南方红豆杉ABA/IAA 的影响Fig.6 Effects of different plant growth regulators on ABA/IAA in T.chinensis var.mairei

在对照处理中，叶片中ABA/IAA 表现先降低后升高的趋势，在9月上旬，达到最低值。与对照相比，P3表现持续降低的趋势，在前三次取样时，ABA/IAA 分别比对照显著增加了81.75%、79.85%和116.76%；C3 呈现先降后升的趋势，在后两次取样时，ABA/IAA 分别比对照增加了142.06%和59.95%；N1 呈现先升后降的趋势，在8月下旬和9月上旬分别比对照显著增加了12.59%和76.17%（图6）。

2.3.2 生长调节剂对南方红豆杉叶片ABA/GA3 的影响

不同生长调节剂处理对不同时期南方红豆杉叶片中ABA/GA3比值的影响差异显著（P＜0.05，图7）。在8月上旬，N2 和N3 处理的ABA/GA3显著低于对照处理，其余处理（除P1 外）间ABA/GA3显著高于对照；在8月下旬，除了P1、P2、N3 处理外，其余处理ABA/GA3均显著高于对照；在9月上旬，P1、P3、C2、C3、N1 处理显著高于对照，C1、N2、N3 则显著低于对照；在9月下旬，P1、P2、C3、N1、N2 显著高于对照，P3、C1、C2、N3 显著低于对照。

对照处理中ABA/GA3表现为先升后降。与对照相比，P3 处理的ABA/GA3呈现降低的趋势，在前三次取样时，ABA/GA3分别比对照显著增加了91.18、%52.87%和8.72%；C3 处理基本表现升高的趋势，分别比对照显著增加了30.58%、8.31%、35.25%和59.24%；N1 处理则表现先升后降的趋势，但仍然高于对照处理，分别比对照显著增加了21.80%、50.04%、11.26%和14.20%（图7）。

图7 不同生长调节剂对南方红豆杉ABA/GA3 的影响Fig.7 Effects of different plant growth regulators on ABA/GA3 in T.chinensis var.mairei

2.3.3 生长调节剂对南方红豆杉叶片ZR/IAA 的影响

不同生长调节剂处理对不同时期南方红豆杉叶片中ZR/IAA 比值的影响差异显著（P＜0.05，图8）。在8月上旬和下旬时，P3 处理的ZR/IAA显著高于对照处理，其余处理显著低于对照或差异不显著；在9月上旬时，各处理间ZR/IAA 均显著高于对照处理；在9月下旬时，C3 处理显著高于对照，其余各处理（除N2 和N3 外）显著低于对照（图8）。

在对照处理中，ZR/IAA 表现先降低后升高的趋势。与对照相比，P3、C3 和N1 处理的 ZR/IAA 均表现为先升高后降低，在9月上旬时达到峰值；P3 处理在前三次取样时，分别比对照显著增加了10.96%、29.95%和173.83%；C3 处理在后两次取样时，分别比对照显著增加了171.08%和22.18%。N1 处理在9月上旬比对照显著增加了138.93%（图8）。

2.3.4 生长调节剂对南方红豆杉叶片ZR/GA3 的影响

不同生长调节剂处理对不同时期南方红豆杉叶片中ZR/GA3比值的影响差异显著（P＜0.05，图9）。在8月上 旬，P2、P3、C1、C2 处理 的ZR/GA3显著高于对照，N2、N3 显著低于对照；在8月下旬，P3、C1、C2、C3、N1、N2 处理显著高于对照，P1、N3 显著低于对照；在9月上旬，除C1 外，其余各处理均显著高于对照；在9月下旬，P1、C3、N2、N3 显著高于对照；C1、C2 显著低于对照（图9）。

由图9可以看出，对照变化较为平稳。与对照相比，P3、C3 和N1 处理的ZR/GA3均表现先升后降的趋势，在9月上旬，达到最高峰；P3 处理在前三次取样时，分别比对照增加了16.74%、10.47%和37.23%；C3 处理在后两次取样时，分别比对照增加了51.33%和21.62%；N1 处理在8月下旬和9月上旬时，分别比对照显著增加了21.60%和51.16%（图9）。

图8 不同生长调节剂对南方红豆杉ZR/IAA 的影响Fig.8 Effects of different plant growth regulators on ZR/IAA in T.chinensis var.mairei

图9 不同生长调节剂对南方红豆杉ZR/GA3 的影响Fig.9 Effects of different plant growth regulators on ZR/GA3 in T.chinensis var.mairei

3 结论与讨论

叶面喷施1 500 mg·L-1多效唑、450 mg·L-1矮壮素和2 000 mg·L-1复硝酚钠可以有效促进南方红豆杉大孢子叶球的数量，在生殖枝比例中也有类似规律。多效唑对南方红豆杉雌株的影响与对芒果Mangifera indica和小桐子Jatropha curcas等树种的研究结果一致，喷施多效唑可以有效促进二者的花枝比例、花序数量、单个花序的总花数以及雌花比例[19-20]。喷施矮壮素的作用与在荔枝和光皮树中的研究结果类似，2 000 mg·L-140%矮壮素有效缩短荔枝花穗和诱导雌花发育，300 mg·L-1矮壮素显著促进光皮树的花芽分化[3,21]。复硝酚钠的作用与在库尔勒香梨Pyrus brestschneideri中的研究结果一致，可以有效促进库尔勒香梨的生殖生长[22]。多效唑、矮壮素、复硝酚钠对南方红豆杉雌株的促进效果与以上树种的研究结果基本一致，但最佳质量浓度略有差异，这可能是不同树种的原因造成的。

与对照相比，1 500 mg·L-1多效唑、450 mg·L-1矮壮素和2 000 mg·L-1复硝酚钠可以显著促进不同时期南方红豆杉雌株叶片中ZR 和ABA 含量，降低IAA 和GA 含量。其中，以上处理均在9月上旬，显著增加了叶片中ZR 含量，同时显著降低IAA 含量；叶片中GA 含量在四次取样时（除450 mg·L-1矮壮素在9月上旬外），均显著低于对照；1 500 mg·L-1多效唑显著增加了8月上旬和9月上旬叶片中ABA 含量，450 mg·L-1矮壮素持续升高，显著增加9月下旬时ABA 含量，2 000 mg·L-1复硝酚钠显著增加了8月下旬和9月下旬时ABA 含量。生长调节剂处理可以有效改变南方红豆杉叶片中IAA、ABA、GA、ZR 含量的变化，可能是其促进植株开花的原因。这与荔枝的研究结果一致，叶面喷施多效唑，提高植物体内ABA、ZR 含量，降低GA3、IAA 含量，从而促进妃子笑荔枝花芽分化和孕育[23]。

与对照相比，1 500 mg·L-1多效唑、450 mg·L-1矮壮素和2 000 mg·L-1复硝酚钠显著升高了不同时期南方红豆杉雌株叶片中ABA/IAA、ABA/GA、ZR/IAA、ZR/GA 比值。其中，1 500 mg·L-1多效唑显著升高了前三次取样时ABA/IAA、ABA/GA3、ZR/IAA、ZR/GA3比值；450 mg·L-1矮壮素显著增加了后两次ABA/IAA、ZR/IAA 和ZR/GA3以及四次取样的ABA/GA3比值；2 000 mg·L-1复硝酚钠则显著增加了8月下旬和9月上旬的ABA/IAA和ZR/GA3，9月上旬的ZR/IAA 和9月下旬的 ABA/GA3比值。合适的植物生长调节剂能够有效促进南方红豆杉雌株叶片中ABA/IAA、ABA/GA、ZR/IAA、ZR/GA 比值的升高，可能是处理能够使南方红豆杉生殖枝和大孢子叶球数量增加的原因，这与较高的ABA/IAA、ABA/GA、ZR/IAA、ZR/GA3比值促进罗汉果Siraitia grosvenorii和簕杜鹃Bougainvillea spectabilis开花的研究结果一致[24-25]。但不同种类植物生长调节剂的促进效果表现的时间段并不相同，这仍需进一步的研究，以便于在生产实践中可以获得更有效地应用。

综上所述，叶面喷施1 500 mg·L-1多效唑、450 mg·L-1矮壮素和2 000 mg·L-1复硝酚钠可以有效促进南方红豆杉大孢子叶球的数量，这可能是由于处理改变了植物体内内源激素的含量和比值，特别是增加了ZR 含量和ABA/IAA、ABA/GA3、ZR/IAA、ZR/GA3比值，降低了IAA 和GA3含量，从而促进南方红豆杉进行生殖生长的原因。在生产中，为促进南方红豆杉雌株大孢子叶球数量，可以参考叶面喷施1 500 mg·L-1多效唑、450 mg·L-1矮壮素和2 000 mg·L-1复硝酚钠，但是后续的种子产量和质量是否有明显的响应效果，还需进一步观测，且最佳质量浓度还有待进一步筛选。此外，本试验只探讨了几种常用植物生长调节剂的作用，考虑到施肥管理[26,27]、修枝环剥[28]等也是调控林木开花结实的重要途径，目前相关的研究正在开展中。

致谢：特别感谢中国林业科学研究院热带林业研究所曾杰研究员、刘小金副研究员，分宜县林业局吴喜昌主任和速丰林场吴东晶场长等工作人员在本论文设计、材料准备和试验实施过程中的支持和帮助！