赤霉素 (GA1) 是赤霉素類植物激素（Gibberellins，簡稱 GAs）家族中最早被發(fā)現(xiàn)且生理活性核心的成員之一，屬于四環(huán)二萜類化合物，廣泛存在于高等植物（尤其是單子葉植物）、部分藻類及真菌中，是調(diào)控植物莖稈生長、種子萌發(fā)等關(guān)鍵生理過程的核心信號分子。

從化學(xué)結(jié)構(gòu)來看，GA1 的分子骨架同樣以 “赤霉烷" 為核心（含 A、B、C、D 四個(gè)環(huán)），分子式為 C??H??O?，分子量為 332.39。與同家族的 GA5、GA4 相比，GA1 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在 A 環(huán)和 C13 位均帶有羥基（-OH）——A 環(huán)羥基決定其基礎(chǔ)活性，C13 位羥基則使其在單子葉植物中的活性顯著高于其他亞型。在植物體內(nèi)，GA1 的合成以 GA12 為前體，經(jīng) GA53、GA44 等中間產(chǎn)物，通過 “早期 13 - 羥化途徑" 生成，是多數(shù)單子葉植物（如水稻、小麥、玉米）體內(nèi)最主要的活性赤霉素，主要在莖尖分生組織、根尖及發(fā)育中的胚乳中合成，通過木質(zhì)部向上運(yùn)輸至莖稈，或通過韌皮部運(yùn)輸至種子，調(diào)控特定生理過程。

赤霉素家族雖包含 130 余種成員，但 GA1 與 GA4、GA5 并列為 “三大核心活性赤霉素"，且 GA1 的活性具有明顯的 “物種特異性"：在單子葉作物中，GA1 的活性遠(yuǎn)高于 GA5，是調(diào)控莖稈伸長的 “主導(dǎo)激素"；而在部分雙子葉植物（如豌豆、擬南芥）中，GA1 與 GA4 協(xié)同發(fā)揮作用，共同維持植物生長平衡。此外，GA1 的半衰期較短（約 24 小時(shí)），在植物體內(nèi)會快速被氧化為無活性的 GA8，通過這種 “合成 - 降解平衡"，精準(zhǔn)調(diào)控其體內(nèi)濃度，避免生理功能紊亂。

生理功能

GA1 的生理功能圍繞 “調(diào)控植物縱向生長、種子發(fā)育及逆境適應(yīng)" 展開，尤其在單子葉作物的莖稈發(fā)育、倒伏抗性及種子萌發(fā)中發(fā)揮不可替代的作用，具體可概括為以下四點(diǎn)：

1. 調(diào)控單子葉作物莖稈伸長，決定株高與倒伏抗性

這是 GA1 最核心且研究最充分的生理功能。在水稻、小麥、玉米等單子葉作物中，莖稈的縱向生長（節(jié)間伸長）幾乎*依賴 GA1 的調(diào)控：一方面，GA1 可激活莖稈細(xì)胞內(nèi)的 “擴(kuò)張蛋白" 和 “木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶"，前者破壞細(xì)胞壁纖維素微纖絲間的氫鍵，使細(xì)胞壁松弛，為細(xì)胞吸水膨脹提供空間；后者則通過修飾細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)細(xì)胞壁的延展性，進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞伸長。另一方面，GA1 能上調(diào)細(xì)胞周期蛋白（如 Cyclin D3）的表達(dá)，加速細(xì)胞從 G1 期向 S 期過渡，促進(jìn)細(xì)胞分裂，增加節(jié)間細(xì)胞的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)莖稈的縱向生長。

GA1 的濃度直接決定作物的株高與倒伏抗性：當(dāng) GA1 合成過多（如水稻 “惡苗病" 病菌分泌 GA1 類似物）時(shí)，會導(dǎo)致莖稈過度伸長，節(jié)間細(xì)弱，抗倒伏能力顯著下降；而 GA1 合成不足（如小麥 “矮化突變體"）時(shí)，莖稈矮小，雖抗倒伏但可能影響光合效率和結(jié)實(shí)率。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過調(diào)控 GA1 含量可實(shí)現(xiàn) “理想株型" 培育 —— 例如，水稻 “半矮化品種" 的培育，正是通過降低 GA1 的合成量，使株高控制在 80-100cm，既保證抗倒伏能力，又不影響產(chǎn)量。

2. 促進(jìn)種子萌發(fā)，打破休眠并調(diào)控萌發(fā)速率

GA1 是種子萌發(fā)過程中的 “關(guān)鍵啟動信號"，尤其在單子葉作物種子（如小麥、大麥）中，其作用機(jī)制與胚乳的 “糊粉層" 密切相關(guān)：種子吸水后，胚合成并分泌 GA1，GA1 通過擴(kuò)散進(jìn)入糊粉層細(xì)胞，激活 “α- 淀粉酶"“β- 淀粉酶"“蛋白酶" 等水解酶的基因表達(dá)；這些水解酶分泌到胚乳中，將淀粉分解為葡萄糖，蛋白質(zhì)分解為氨基酸，為胚的生長（胚根伸長、胚芽突破種皮）提供能量和營養(yǎng)。

此外，GA1 還能打破種子的 “休眠壁壘"：對于因低溫、干旱導(dǎo)致休眠的種子（如小麥越冬后的種子），GA1 可通過下調(diào) “脫落酸（ABA）受體基因" 的表達(dá)，降低種子對 ABA 的敏感性（ABA 是抑制萌發(fā)的激素），從而解除休眠，促進(jìn)萌發(fā)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，小麥、玉米播種前噴施低濃度 GA1，可顯著提高種子在低溫、干旱條件下的萌發(fā)率，縮短萌發(fā)時(shí)間，確保苗齊苗壯。

3. 調(diào)控葉片發(fā)育與光合效率

GA1 對植物葉片的形態(tài)建成和光合效率具有重要調(diào)控作用。在單子葉作物中，GA1 可促進(jìn)葉片的縱向伸長（葉片變長），增加葉片的受光面積；同時(shí)，GA1 能延緩葉片的衰老 —— 通過抑制葉片中 “葉綠素酶" 和 “蛋白酶" 的活性，減少葉綠素降解和蛋白質(zhì)流失，延長葉片的功能期（光合功能可持續(xù)時(shí)間）。例如，在小麥灌漿期，GA1 含量較高的植株，旗葉（最上部葉片，對灌漿貢獻(xiàn)最大）的葉綠素含量下降緩慢，光合速率維持在較高水平，可顯著提高灌漿效率，增加千粒重。

在雙子葉植物中，GA1 的作用略有不同：它可調(diào)控葉片的 “開展角度"，例如在豌豆中，GA1 可促進(jìn)葉柄伸長，使葉片開展更充分，避免葉片相互遮擋，提升群體的光合效率。此外，GA1 還能促進(jìn)葉片中 “Rubisco 酶"（光合碳同化的關(guān)鍵酶）的合成，直接提升葉片的光合能力。

4. 參與逆境響應(yīng)，平衡生長與脅迫耐受性

與 GA5 類似，GA1 也能通過調(diào)節(jié)自身含量及與其他激素的平衡，參與植物對逆境（如低溫、鹽脅迫、病蟲害）的響應(yīng)，但作用機(jī)制具有 “雙向性"：

在低溫脅迫下，植物體內(nèi) GA1 的合成會暫時(shí)減少（通過抑制 GA1 合成關(guān)鍵酶 “GA3 氧化酶" 的活性），同時(shí) ABA 含量升高。這種 “GA1/ABA 比值下降" 的狀態(tài)，可使植物進(jìn)入 “抗凍模式"—— 一方面，GA1 減少導(dǎo)致莖稈伸長受抑，植株生長緩慢，減少能量消耗；另一方面，GA1 可通過上調(diào) “冷響應(yīng)基因"（如小麥的 TaCOR14b 基因）的表達(dá)，促進(jìn)脯氨酸、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，增強(qiáng)細(xì)胞的抗凍能力，避免低溫導(dǎo)致的細(xì)胞結(jié)冰損傷。

在鹽脅迫下，GA1 的作用呈現(xiàn) “濃度依賴性"：輕度鹽脅迫時(shí)，GA1 含量適度升高，通過促進(jìn)根系生長（增加根長和根表面積），提升根系對水分和養(yǎng)分的吸收能力，緩解鹽脅迫導(dǎo)致的 “生理干旱"；

重度鹽脅迫時(shí)，GA1 含量顯著下降，與 ABA 協(xié)同抑制地上部生長，將養(yǎng)分優(yōu)先分配給根系和生殖器官，確保植物的生存和繁殖。此外，GA1 還能通過促進(jìn) “抗氧化酶"（如 SOD、POD）的活性，清除鹽脅迫產(chǎn)生的活性氧，減少細(xì)胞膜的脂質(zhì)過氧化損傷。

GA1 與 GA5 同屬赤霉素家族，化學(xué)結(jié)構(gòu)相似（均為四環(huán)二萜類），因此茁彩生物采用與 GA5 檢測原理一致的 “高效液相色譜（HPLC）法"，但通過優(yōu)化色譜條件（如流動相比例、檢測波長），實(shí)現(xiàn) GA1 的特異性分離與定量，具體過程可分為以下四步：

1. 樣品前處理：提取與純化 GA1

植物樣品中 GA1 的含量極低（通常為 ng/g 級），且含有葉綠素、多糖、脂質(zhì)、其他赤霉素（如 GA8、GA4）等雜質(zhì)，需通過前處理實(shí)現(xiàn) GA1 的富集與純化，步驟與 GA5 類似，但需注意 GA1 的穩(wěn)定性（對光和氧化更敏感）：

提取：將樣品（如水稻莖尖、小麥種子）冷凍干燥后研磨成粉末，加入預(yù)冷的 “80% 甲醇水溶液（含 0.1% 甲酸 + 0.01% 抗壞血酸）"，抗壞血酸可進(jìn)一步抑制 GA1 的氧化；在 4℃避光條件下振蕩提取 24-36 小時(shí)（GA1 在植物組織中結(jié)合更緊密，需延長提取時(shí)間），確保 GA1 充分溶解。

脫脂與除雜：提取液經(jīng) 8000×g 離心 15 分鐘，取上清液，加入正己烷（體積比 1:1）進(jìn)行液 - 液萃取，去除脂質(zhì)類雜質(zhì)；隨后通過 “固相萃取柱（SPE 柱）" 純化 —— 采用 “C18-SPE 柱 + NH2-SPE 柱" 串聯(lián)，先通過 C18 柱吸附 GA1（去除水溶性雜質(zhì)），再通過 NH2 柱進(jìn)一步去除酸性雜質(zhì)（如有機(jī)酸），最后用 “60% 甲醇水溶液（含 0.05% 甲酸）" 洗脫 GA1，收集洗脫液。

濃縮與定容：洗脫液用氮?dú)猓?0℃以下）緩慢吹干（避免高溫導(dǎo)致 GA1 降解），加入少量 HPLC 流動相溶解，過 0.22μm 有機(jī)相濾膜，得到待測樣品溶液。

前處理的關(guān)鍵在于 “低溫、避光、抗氧劑保護(hù)"，防止 GA1 在提取過程中被氧化為無活性的 GA8，確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2. HPLC 色譜分離：基于結(jié)構(gòu)差異實(shí)現(xiàn) GA1 特異性分離

茁彩生物采用反相 C18 色譜柱（如 Waters XBridge C18，4.6×250mm，5μm），通過優(yōu)化流動相梯度，實(shí)現(xiàn) GA1 與其他赤霉素（如 GA4、GA5、GA8）及雜質(zhì)的*分離：

流動相組成：采用 “乙腈（A 相）-0.1% 甲酸水溶液（B 相）"（乙腈比甲醇對 GA1 的洗脫選擇性更強(qiáng)），梯度洗脫程序?yàn)椋撼跏茧A段 A 相 25%、B 相 75%，維持 5 分鐘；隨后在 18 分鐘內(nèi)將 A 相升至 75%、B 相降至 25%；維持 4 分鐘后，快速回到初始比例平衡色譜柱（2 分鐘）。

色譜條件：柱溫控制在 35℃（GA1 在 35℃下色譜峰形更對稱），流速 1.0mL/min，進(jìn)樣量 10μL。在該條件下，GA1 的保留時(shí)間（Rt）通常為 10-12 分鐘，與 GA4（Rt≈8.5 分鐘）、GA5（Rt≈13.5 分鐘）、GA8（Rt≈15 分鐘）的保留時(shí)間差異顯著，可實(shí)現(xiàn)*分離，避免交叉干擾。

分離機(jī)制仍基于 “疏水作用"：GA1 分子中的四環(huán)骨架（疏水基團(tuán)）與 C18 色譜柱固定相結(jié)合，而流動相中的乙腈通過競爭結(jié)合，減弱 GA1 與固定相的相互作用；由于 GA1 的羥基數(shù)量（2 個(gè)）多于 GA4（1 個(gè)）、少于 GA8（3 個(gè)），其疏水性介于兩者之間，因此保留時(shí)間處于中間位置，實(shí)現(xiàn)特異性分離。

3. 檢測器定量：紫外吸收法精準(zhǔn)測定 GA1 含量

GA1 分子中的共軛雙鍵（四環(huán)中的 C=C 鍵）在紫外光區(qū)具有特征吸收，茁彩生物采用二極管陣列檢測器（DAD） ，在208nm波長下檢測 GA1 的吸光值（GA1 在 208nm 處有最大吸收，摩爾吸光系數(shù)約為 1.3×10? L?mmol?1?cm?1），定量過程如下：

定性確認(rèn)：GA1 從色譜柱洗脫后，DAD 記錄其 “紫外吸收光譜"（200-400nm），GA1 的特征吸收峰為 208nm 和 235nm（肩峰），通過與 GA1 標(biāo)準(zhǔn)品的吸收光譜比對，可確認(rèn)樣品中 GA1 的真實(shí)性，避免雜質(zhì)峰干擾。

定量計(jì)算：根據(jù) GA1 色譜峰的 “峰面積" 進(jìn)行定量 —— 配置 5 個(gè)濃度梯度的 GA1 標(biāo)準(zhǔn)品（0.1ng/mL、0.5ng/mL、1ng/mL、5ng/mL、10ng/mL），分別進(jìn)樣檢測，繪制 “濃度 - 峰面積" 標(biāo)準(zhǔn)曲線（R2≥0.999）；待測樣品進(jìn)樣后，根據(jù)其 GA1 色譜峰的峰面積，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得對應(yīng)的濃度。

與 GA5 檢測相比，GA1 的檢測波長略低（GA5 為 210nm），這是由于 GA1 的 C13 位羥基增加了分子的極性，導(dǎo)致其最大吸收波長略有藍(lán)移，需通過調(diào)整波長提升檢測靈敏度。

4. 結(jié)果計(jì)算：GA1 含量的最終換算

GA1 的含量通常以 “ng/g 鮮重" 或 “ng/g 干重" 表示，計(jì)算步驟與 GA5 一致，具體如下：

第一步：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線查得待測樣品溶液中 GA1 的濃度（c，單位：ng/mL）；

第二步：計(jì)算樣品中 GA1 的總質(zhì)量（m）：m = c × V × D（V 為待測樣品溶液定容體積，單位：mL；D 為前處理稀釋倍數(shù)，包括提取溶劑體積 / 樣品質(zhì)量、SPE 洗脫濃縮倍數(shù)）；

第三步：計(jì)算樣品中 GA1 的含量（C）：C = m / M（M 為樣品初始質(zhì)量，單位：g；鮮重樣品需測定含水量，換算為干重以消除水分干擾）。

示例：取 2g 鮮重水稻莖尖樣品，冷凍干燥后質(zhì)量為 0.2g，經(jīng)提取、純化后定容至 1mL，標(biāo)準(zhǔn)曲線查得濃度為 2ng/mL，稀釋倍數(shù)為 20，則 GA1 含量 = 2ng/mL × 1mL × 20 / 0.2g = 200ng/g 干重。

這種檢測方法的優(yōu)勢在于：

高特異性：通過優(yōu)化流動相和色譜柱，實(shí)現(xiàn) GA1 與其他赤霉素及雜質(zhì)的*分離，結(jié)合紫外光譜比對，定性準(zhǔn)確性達(dá) 99% 以上；

高靈敏度：檢測限低至 0.05ng/mL，可準(zhǔn)確檢測單子葉作物中 ng/g 級的 GA1（如小麥莖稈中 GA1 含量通常為 5-50ng/g 干重）；

高重復(fù)性：保留時(shí)間和峰面積的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）小于 3%，結(jié)果穩(wěn)定可靠；

適用性廣：可用于水稻、小麥、玉米等單子葉作物的莖稈、種子、葉片，及豌豆、擬南芥等雙子葉植物的組織樣品，也可用于植物激素制劑中 GA1 含量的檢測，為作物育種（株高調(diào)控）、種子萌發(fā)研究及農(nóng)藥殘留檢測提供關(guān)鍵技術(shù)支持。