外源GA4/7对红松提早结实影响

摘要：红松具有很长的营养生长阶段，为了促进红松营养生长向生殖生长转化，提早提前结实，本研究在辽宁省草河口15年红松林场内里，从2015年7月12日到9月初，利用不同浓度的GA4/7茎干输液方式注入红松树体茎干内。结果表明：7月12日GA4/7静点注射树体25mg 株-1GA4/7对15年红松实生树提前促进结实作用，较对照提前提高20%，其他时间效果不明显。GA4/7使用促进了红松提前结实，虽然效果微小，但至少指明了方向。

关键词：红松；GA4/7；植物激素; 营养生长；生殖生长;结实

Exogenous GA4/7 effect on the early strengthening of Pinus koraiensis

Liu dianhui，han ruilong， Xue tianyu ，Shi Shaolin

（1.School of Life Sciences and A＆F，Qiqihar University Qiqihar 161006; ）

Abstract： Korean pine has a long vegetative growth stage. In order to promote the transformation of vegetative growth of Korean pine to reproductive growth and make early growth， the red pinGn97mcCqC6foe7kj1+AavA==e trunk was injected with GA4/7 stem infusion method for 15 years in Caohekou， Liaoning Province from July 12 to early September 2015. The results showed that 25mg strain， static-1 GA4/7injected into GA4/7on July 12 promoted the fruiting effect of 15 years， which increased by 20% earlier than the control， and the effect of the results was not obvious in other times. GA4/7promoted the red pine early strong， although small effect， but at least indicated the direction.

Key words：Pinus koraiensis;GA4/7;plant hormones；vegetative growth；reproductive growth；fruiting.

基金项目：黑龙江省基金（HL2021C082）

第一作者：刘殿辉，高级实验师，研究方向：森林培育

通讯作者：史绍林，博士，副教授，研究方向：森林培育

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红松（Pinus koraiensis）是温带地带性顶极群落阔叶红松林的建群种。是我国及东亚地区极其重要的优质珍贵用材树种和坚果树种。红松具有很长的营养生长阶段。在育种研究中，对于那些处于长期营养生长（非开花期）的树种，通过改变生长环境、改变生长方式（如嫁接）、或刺激开花的方式来缩短营养生长期，增加单位时间内的遗传增益，减少树木幼龄期的长度[1，2]。同样，红松雌球果的发育经历超过了三个生长季节。在这么长的生长发育期内，除了受自身遗传因子的决定外，外部如温度、光照、水分等诸多因子也以不同方式综合影响着雌球果的的生长发育。植物内源激素对环境条件改变响应的灵敏性及在植物生命活动中起着重要的调节功能[3，4]，为了获得提前结实或者增加结实，目前关于红松已经有多种增加结实的措施[5-7]，其中也有利用植物激素提前结实、增加雌球果的试验措施。某些研究已经证明外源生长调节剂能够增加雌花及球果的的数量[8，9]，但是众多的结果不理想、不一致，目前没有公开的文献表明推广使用何种激素有效，对于到底哪种生长调节剂、多大剂量能促进提前结实，具体在什么时间使用外源生长调节剂，其机理尚无突破性进展。我们之前的研究发现成熟红松不同部位顶芽内源激素在红松花芽分化期间（7月中旬至8月中旬）波动最为活跃，我们推测不同部位枝条顶芽内源激素剧烈的变化与红松花芽分化有关，若在这时间段进行人工调控，使用外源植物生长调节剂来促进红松营养生长与生殖生长的转化、增加结实可能是最有效的。

长期以来，赤霉素一直被人们认为是促进植物开花的关键信号——“开花素”赤霉素能够整合多种内源和外源信号传递途径，共同调控从营养生长向生殖生长的转变[10]。国外研究发现，在赤霉素中缺少极性的GA4、GA7等比多极性的GA3、GA更有效[11，13]。我们在总结前人在其他针叶树基础上，利用GA4/7，采用树体输液法，尝试促进红松提前开花结实，本研究的目的是探讨通过外源生长调节GA4/7的外施，促进红松从营养生长向生殖生长转化，增加结实。因此研究目的有：1）外源GA4/7能否促进红松开花结实，2）外源GA4/7能否增加红松结实量。

1材料与方法

1.1试验设置与方法

试验区位于辽宁省草河口林场小龙爪沟南坡中部，坡度大约20度。红松树龄15年，纯林，造林密度4m×4m，成条状从坡底到坡顶栽植，个别开始结实（＜3%）。

随机在样地中选择大小基本一致的15年生实生苗进行茎干树体输液试验，试验红松树胸径为70±13 mm。生长调节剂用50 mg·L-1、500 mg·L-1、5000mg·L-1含量的GA4/7。GA4/7 购自浙江钱江生物化学股份有限公司，GA4/7 混合物纯度

92.3%，GA4和 GA7的质量比约为 1.4：1，GA4/7用少量的75%乙醇溶解后用蒸馏水稀释至所需倍数，从2015年7月12日开始，试验分4次，每隔2周，选择晴朗的天气进行，每个试验10个重复。每袋溶液为500ml（即每袋含GA4/7含量分别为25mg 、250mg、2500mg），使用专用树体输液器将配制好的溶液输入树体，营养吊袋与软管相连，每根软管下面两个插口，在树干中部45度角向下用电钻钻6mm直径的小孔，小孔深度约5cm-6cm（图1）生长调节剂液流速按照500ml·12h-1的标准进行。输入液体后观察输液孔3min-5min，观察是否有积液渗出，无积液现象方可离开，当液体输完后关闭输液器开关，拔出针头，用糊状面粉封住孔口。

1.2 数据分析

计数资料以频率进行描述，采用X2检验分析。非连续变量相关性分析采用 Spearman 分析法，P＜0.05 表示差异有统计学意义。

2.结果与分析

外施生长调节剂后，第二年秋通过最直观的观察小球果的方法观测，观测内容为分两部分：一是外源GA4/7能否缩短林分结实，二是外源GA4/7能否否增加林分结实数量。

2.1外源GA4+7对红松提前结实的影响

不同时间、不同含量GA4/7对红松提前结实率影响复杂（表1）。7 月 12 日最有效。

经过χ2分层卡方检验（表2），7月12日用GA4/7溶液树体注射时，不同含量GA4/7之间差异显著（p=0.014＜0.05）。当注射含量25mg时对提前结实最有效，结实率为70%，而注射含量250mg时结实率40%，对照中结实率为40%，注射含量2500mg时结实率0%。8月3日用GA4/7溶液树体注射时，不同含量GA4/7之间差异不显著（p=0.06＞0.05）。当注射含量25mg时结实率为50%，注射含量250mg时结实率30%，对照中结实率为40%，而注射含量2500mg时同样结实率0%。8月15日时，不同含量GA4/7之间差异不显著（p=0.939＞0.05）。当注射含量25mg时结实率为50%，而注射含量250mg时结实率40%，照中结实率为40%，注射含量500mg时结实率同样0%。9月1日时，不同含量GA4/7之间差异不显著（P=0.226＞0.05）。当注射含量25mg时结实率为40%，注射含量250mg时结实率40%，对照中结实率为40%，而注射含量500mg时结实率10%。

因此，7月12日用GA4/7溶液树体注射时，注射GA4/7含量为25mg能促进结实，较对照提高30%的比率，相反，GA4/7含量为500mg株时结实率为0-10%之间，较对照大大降级，可能过量GA4/7可能逆转红松营养生长向生殖生长的转化。

表2卡方检验结果

2.2外源GA4+7对红松结实量的影响

不同时间、不同含量GA4/7对红松增加结实量情况叶比较复杂（表3）。不同时间注射GA4/7对结实量差异不显著（P＞0.05），不同含量GA4/7对结实量差异显著（P＜0.05），时间、含量两变量交互作用对结实量差异不显著（P＞0.05），对照平均单株产雌球果1.3个，产雌球果最多的是8月15日，使用25mgGA4/7时平均单株产雌球果4.4个，其次是8月3日，使用25mgGA4/7时平均单株产雌球果3.1个，再次才是7月12日，使用25mgGA4/7时平均单株产雌球果2.3个，产雌球果最少的为250mg GA4/7时，产雌球果量为0，单株产量中，8月15日注射的有1单株产雌球果14个，8月3日注射的1单株产雌球果12个。因此由于单株变异量太大，结实量无统计学意义，下次应在改进激素配方技术上加大试验次数增加样本数量。

表3：GA4/7对红松增加结实量情况

3结论与讨论：

缩短结实周期、提高种子产量的传统方法包括对母树的生理条件进行处理，从而促进开花。物理措施主要包括对地上部分进行截顶、修枝、剪短、刻芽、拉枝或对地下部分修剪、滴灌、施肥、限制等，也有些通过综合管理以增强每个处理的效果[12]。

另外一种重要方法为使用外源激素。植物生长调节剂（PGRs）是诱导球果最显著的方法，因其高效、实用而受到科学研究者和林业管理者的青睐。Pharis[13]发现缺乏极性的GA4、GA7、GA9等更有利于雌球花的诱导。目前国内外在有些针叶树种上使用GA4、GA7有效的促进了雌球花的增加或者提前结实[14，15]，但是，在有些针叶树种中发现GA4或GA7是无效的[16]，而其他研究人员[13]在同一物种中观察到GA 4/7的积极作用。这可能是由于使用不当或在不适当的发展阶段使用，或者生长调节剂含量不当造成。激素对雌花或雄花花芽分化的刺激可能不仅取决于处理的类型，而且取决于处理时花芽的发育阶段。相同的处理方法在不同的时间可能会产生不同的结果[16]。确定正确的应用时间首先要确定哪一种阶段对PGR处理最敏感，然而激素在性别决定中的作用机制却知之甚少[17]。有少数研究为植物生长调节剂的外源应用提供了证据[17-18]。无论是雌球果芽还是雄球果芽，都是在初春或初夏的长芽内萌发的，但在这个阶段很难区分。使其在性别决定之前完成，花芽潜在分生组织之中[22-24]。对于许多针叶树来说，GA4/7似乎只有在可见芽分化之前才会促进雌球花，但过早的只会产生雄球花，我们在前人研究基础上从7月中旬开始试验，我们的试验中发现在4次树体输液法注射试验中，只有7月12日对提前结实有效。这与之前的研究相符[22-24]。

PGRs的应用方法有叶面喷施、打顶、膏体、芽注射等，这种方法的优点一是需要小剂量的GA4/7，因为GA4/7价格比较贵，最少剂量能降低单株注射成本，才可能在以后林业生产中应用推广，二是相比针叶喷施可最大限度的减少PGRs对环境的污染。我们使用树体输液法注射红松时发现只有25mg GA4/7对促进红松提前结实有效，尽管这种增长范围不大，但至少是相对最有效的。我们发现当使用500mg GA4/7时处于转化期的红松基本全部未结实，可能高浓度的GA4/7抑制了红松雌花芽的生长甚至有可能抑制了红松营养生长向生殖生长的转化。因此我们认为应用GA4/7的总量必须根据提前根据树体大小来确定外源GA4/7含量或浓度，这是促进雌芽诱导成功的关键因素之一。

之前的研究中，少数研究集中在高产量和低产量克隆体之间的内在生理差异[19-20]。我们的研究中发现红松单株结实在0—14个之间，结实数量差异巨大，因此在用χ2统计结实量时受到影响而导致异常的统计学结果。在今后的研究中应从内源激素角度分析高产量和低产量无性系之间的差异，为稳定高产的红松坚果林培育提供帮助。我们利用GA4/7的促进了红松提前结实，虽然效果微小，但至少指明了方向。我们之前的研究中发现红松中iPA/ZR在红松营养生长与生殖生长转化中具有特殊意义，iPA/ZR可作为判断红松营养生长向生殖转化的标志[25]。今后的研究中我们将继续优化外源PGRs，整合GA4/7和ZR型细胞分裂素等多种生长调节剂促进红松提前结实。

结论

从7月中旬到9月末，研究外源生长调节GA4/7对红松促进雌球果提前结实和提高种子产量的作用，结果表明：只有7月12日，树体静点注射25mg 株-1GA4/7对15年红松实生树提前促进结实作用，较对照提前提高20%的比率，其他时间无效。相反，500mg株-1GA4/7时结实率为0-10%之间，大大低于对照。虽然GA4/7效果微小，但为生长调节剂促进红松提前结实指明了方向。

参考文献：

[1]]Cecich， R.A..AppliedgibberellinA 4/7 increasesovulatestrobili production in accelerated growth jack pine seedlings [J]. Can. J. For.Res，1981，11： 580-585.

[2]Cecich， R.A.， H. Kang and W. Chalupka. Regulation of early flowering in Pinus banksiana [J]. . Tree Physiol. 1994. 14： 275-284.

[3]Bernier G， Havelange A， Houssa C， et al. Physiological signals that induce flowering [J]. Plant Cell， 1993， 5： 1147-1155.

[4]King RW， Moritz T， Evans LT， et al. Regulation of flowering in the long-day grass Lolium temulentum by gibberellins and the FLOWERING LOCUS T gene [J]. Plant Physiol， 2006， 141： 498-507.

[5]王清君，刘立波，王洪学，等.红松松籽经济林培育技术[J]. 中国林副特产，2011， （5）： 60-62.

[6]孙文生，陈晓阳，高琼，等.修剪促进红松无性系种子园母树开花效应研究[J]. 吉林林业科技，2005， 234（6）： 19-22.

[7]崔太淑， 赵哲南， 钱喜令，等.树冠修剪和切根处理对红松母树雌雄球花分化的影响[J]. 吉林林业科技，2012， 41（2）： 7-10.

[8]郭景瑞，周鑫.赤霉素诱导对红松幼树开花结实的影响[J]. 林业勘查设计，2013 （2）：82-83.

[9]孙文生，李凤鸣，王元兴，等.红松果材林培育新技术-赤霉素 GA3+ GA4/7 诱导红松

无性系母树花芽分化研究[J]. 林业实用技术，2014， （9）： 25-27.

[10]许智宏，薛红卫. 植物激素作用的分子机理[M].上海，上海科学技术出版社. 2012， 382 -395.

[11]Marquard RD， Hanover JW.Sexual zonation in the crown of Picea glauca and flowering response to exogenous GA 4/7 [J]. Can J For Res ，1984， S14：27-30.

[12]Ross SD， Bower RC.Promotion of seed production in Douglas-fir grafts by girdling + gibberellin A4/7 stem injection， and effect of retreatment[J]. New Forests 1991，5： 23-34.

[13]Pharis RP. Physiology of gibberellins in relation to floral initiation and early floral differentiation. In： Takahashi N， Phinney BV， MacMillan J （eds） Symposium on 50th anniversary meeting on isolation of gibberellins. Springer [J]. Heidelberg， 1991：pp 166-178.

[14]Almqvist C. Timing of GA4/7 application and the flowering of Pinus sylvestris grafts in the greenhouse [J].Tree Physiol， 2003， 23： 413-418.

[15]Pijut PM. Eastern white pine flowering in response to spray application of gibberellin

A4/7 or procone [J]. NJAF，2002， 19： 68-72.

[16] Beaulieu J， Deslauriers M， Daoust G. Flower induction treatments have no effects on seed traits and transmission of alleles in Picea glauca[J]. Tree Physiol，1998，18： 817-821.

[17] Kong， Lisheng， von Aderkas， et al.Effects of Exogenously Applied Gibberellins and Thidiazuron on Phytohormone Profiles of Long-Shoot Buds and Cone Gender Determination in Lodgepole Pine[J]. Journal of Plant Growth Regulation， 2016，35（1）：172-182.

[18] Wakushima S. Promotion of Female Strobili Flowering and Seed Production in two Japanese Pine Species by 6-Benzylaminopurine （BAP） Paste Application in a Field Seed Orchard[J]. J Plant Grow Regul，2004，23： 135-145.

[19] Moritz T， Philipson J.J， Odén P.C.Quantitation of gibberellins A1， A3， A4， A9 and an A9- conjugate in good- and poor-flowering clones of Sitka spruce （Picea sitchensis） during the period of flower-bud differentiation[J]. Planta，1990，181：538-542.

[20] Odén PC et all. Quantitation of gibberellins A 9， A 1， and A 3 in relation to flower bud differentiation in Picea abies[J]. Scand J For Res，1994，9： 341-346.

[21] Kong L， von Aderkas P， Owen SJ. Comparison of endogenous cytokinins， ABA and metabolites during female cone differentiation in low and high cone producing genotypes of lodgepole pine[J]. Trees，2011， 25：1103–1110.

[22] Owens， J.N. and A.M. Colangeli.Promotion of flowering in western hemlock by gibberellin A4/7 applied at different stages of bud and shoot development[J]. Can. J. For. Res.1989. 19：1051-1058

[23] Eysteinsson， T. and M.S. Greenwood. Promotion of flowering in young Larix laricina grafts by gibberellin A4/7 and root pruning[J].Can. J. For. Res. 1990， 20：1448--1452

[24] Owens， J.N. and A.M. Colangeli. Promotion of flowering in western hemlock by gibberellin A4/7 applied at different stages of bud and shoot development[J].Can.J.For. Res.1989，19：1051-1058.

[25] 史绍林. 红松营养生长与生殖生长转换中植物激素动态研究[D].东北林业大学，2020.