亚精胺与茉莉酸甲酯调控黄瓜性别表达及生理响应的季节依赖性研究

《BMC Plant Biology》：Possible involvement of spermidine and methyl jasmonate on sex expression and some physiological responses of cucumber

本研究针对黄瓜生产中因雄花比例过高导致产量低下的问题，探讨了外源亚精胺（Spd）和茉莉酸甲酯（Mj）对黄瓜性别表达、生理特性及果实品质的调控作用。研究发现0.75 mmol/L Spd处理可使秋季雌雄花比例提升246%，产量增加125%，并通过增强叶绿素含量和抗氧化能力显著改善植株生理状态，为黄瓜栽培的激素调控提供了新策略。

　　

在黄瓜种植领域，一个长期困扰生产者的难题是植株的性别表达失衡——过高的雄花比例直接导致坐果率降低，严重影响产量。这种单性结实的作物其花器官分化受到遗传、环境和激素因素的三重调控，其中乙烯和赤霉素的拮抗作用尤为关键。传统栽培技术往往难以精准调控这一复杂过程，特别是在季节性气候变化显著的地区，春季和秋季的光照、温度差异会进一步放大性别表达的不稳定性。

为破解这一难题，Akhbarfar等研究人员在《BMC Plant Biology》上发表了最新研究成果，系统评估了两种植物生长调节剂——亚精胺（Spermidine，Spd）和茉莉酸甲酯（Methyl jasmonate，Mj）在不同季节条件下对黄瓜性别表达和生理响应的调控效果。研究团队采用完全随机区组设计，在春秋两季分别对黄瓜品种"Rashid"进行叶面喷施处理，设置Spd（0.25、0.5、0.75 mmol/L）和Mj（0.1、0.25、0.5 mmol/L）不同浓度梯度，以蒸馏水处理作为对照。关键实验技术包括花期性状统计、光合色素含量测定（采用分光光度法计算叶绿素a、b和总量）、抗氧化能力评估（DPPH自由基清除法）、果实品质分析（硬度计和折光仪测定）以及多元统计方法（主成分分析和相关性分析）。

生长调节剂处理对春秋季黄瓜雌雄花数量及比例的影响

研究表明，Spd处理显著提高了雌花比例，其中0.75 mmol/L浓度在秋季效果最为突出。该处理使雌雄花比例提升246%，雌花数量显著增加而雄花数量减少。这种性别转换效应与Spd增强乙烯信号通路密切相关，其通过调控CsACO2（ACC氧化酶基因）和CsETR（乙烯受体基因）等关键基因表达，促进雌花器官分化。相比之下，Mj处理对性别表达的调控效果较弱，可能与茉莉酸途径和乙烯途径的拮抗作用有关。

生长调节剂处理对初花时间和开花节位的影响

Spd 0.75 mmol/L处理在秋季显著缩短了初花时间，提前了开花进程。这种促花效应与Spd上调开花整合基因MdFT（开花位点T）和MdSOC1（开花抑制因子）表达有关，加速了花芽分化的启动。季节比较发现，春季开花整体晚于秋季，这与春季较低的温度和光照条件抑制花芽分化相一致。

生长调节剂处理对果实产量和抗氧化能力的影响

秋季施用Spd 0.75 mmol/L使黄瓜产量提高125%，这与雌花比例增加直接相关。同时，该处理显著提升了植株的抗氧化能力，DPPH自由基清除率明显增高。Spd通过维持细胞膜完整性和减少活性氧积累，增强了植物的氧化应激耐受性，为高产提供了生理基础。

生长调节剂处理对果实硬度和可溶性固形物的影响

春季果实硬度普遍高于秋季，Spd处理保持了较好的果实硬度，而Mj处理则导致硬度下降。可溶性固形物（TSS）含量在Mj处理下较高，这与Mj增强蔗糖合成酶和转化酶活性，促进糖分积累有关。这种品质指标的差异反映了两种调节剂不同的作用机制。

生长调节剂处理对叶绿素含量的影响

Spd 0.75 mmol/L处理显著提高了叶绿素a、b和总叶绿素含量，这种效应在春秋两季均保持一致。Spd通过其抗氧化特性保护叶绿体膜完整性，延缓叶绿素降解，从而增强光合作用效率。叶绿素含量与花数量呈正相关，证实了光合作用对生殖生长的支撑作用。

多元统计分析进一步验证了上述发现。主成分分析显示产量和抗氧化能力受生长调节剂影响最大，而桑基图表明Spd 0.75 mmol/L在秋季对这两个指标的改善作用最为显著。相关性分析证实了雌花数量与产量呈正相关，雄花数量与产量呈负相关，揭示了性别表达调控对产量的直接影响。

本研究通过系统解析Spd和Mj对黄瓜性别表达的调控机制，证实了0.75 mmol/L Spd在秋季应用可最大程度优化雌雄花比例和产量形成。这一发现不仅为黄瓜栽培提供了具体的激素管理策略，更深化了对植物多胺-乙烯-茉莉酸信号网络互作的理解。季节特异性效应的揭示强调了环境因素在激素调控中的重要性，为不同气候条件下的精准农业提供了理论依据。该研究建立的激素-季节-生理响应模型对葫芦科作物乃至其他单性结实作物的生殖调控具有重要参考价值。