赤霉素 (GA5) 是赤霉素類植物激素（Gibberellins，簡稱 GAs）家族中的重要成員，屬于四環(huán)二萜類化合物，廣泛存在于高等植物、藻類及部分真菌中，是調(diào)控植物生長發(fā)育的關(guān)鍵信號分子之一。

從化學(xué)結(jié)構(gòu)來看，GA5 的分子骨架由 4 個環(huán)（A、B、C、D 環(huán)）組成，核心結(jié)構(gòu)為 “赤霉烷"，其分子 formula 為 C??H??O?，分子量為 316.39。與其他赤霉素（如 GA3、GA4）相比，GA5 的結(jié)構(gòu)特點是在 A 環(huán)上具有特定的羥基（-OH）取代位點，且缺乏 C13 位的羥基，這一結(jié)構(gòu)差異使其在生理活性、靶組織特異性上與其他 GA 亞型存在顯著區(qū)別。在植物體內(nèi)，GA5 通常由 GA12（赤霉素合成的關(guān)鍵前體）經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)（如羥化、氧化）合成，主要在根尖、莖尖、幼嫩葉片及發(fā)育中的種子等代謝活躍部位合成，通過木質(zhì)部或韌皮部運輸?shù)阶饔貌课?，調(diào)控特定生理過程。

值得注意的是，赤霉素家族包含 130 余種成員，但僅少數(shù)（如 GA1、GA3、GA4、GA5）具有顯著生理活性，其余多為無活性的前體或代謝產(chǎn)物。GA5 在雙子葉植物（如擬南芥、豌豆、油菜）中活性較高，而在單子葉植物（如水稻、小麥）中含量較低，其活性受植物種類、組織類型及生長階段的調(diào)控。

生理功能

GA5 的生理功能圍繞 “調(diào)控植物細(xì)胞伸長、分裂及器官發(fā)育" 展開，尤其在雙子葉植物的開花誘導(dǎo)、果實發(fā)育及逆境響應(yīng)中發(fā)揮核心作用，具體可概括為以下四點：

1. 促進(jìn)莖稈伸長與植株拔高

這是 GA5 經(jīng)典的生理功能之一。GA5 通過調(diào)控細(xì)胞的伸長和分裂，促進(jìn)莖稈縱向生長：一方面，它能激活細(xì)胞內(nèi)的 “擴(kuò)張蛋白"（Expansin），破壞細(xì)胞壁的纖維素微纖絲間的連接，使細(xì)胞壁松弛，為細(xì)胞吸水膨脹提供空間；另一方面，GA5 可促進(jìn)細(xì)胞周期相關(guān)基因（如 cyclin 基因）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，增加莖稈細(xì)胞的數(shù)量。

在生產(chǎn)實踐中，GA5 的這一功能被廣泛應(yīng)用于雙子葉作物的 “控旺與拔高"：例如，在油菜種植中，低溫脅迫可能導(dǎo)致油菜莖稈矮小，噴施低濃度 GA5 可促進(jìn)莖稈伸長，避免 “高腳苗" 或 “矮化苗" 的出現(xiàn)；在豌豆、大豆等作物中，GA5 可緩解因光照不足導(dǎo)致的莖稈徒長問題，通過調(diào)控伸長速率，使植株株型更合理，減少倒伏風(fēng)險。此外，GA5 還能打破某些植物的 “蓮座狀生長"（如擬南芥），促進(jìn)抽薹（莖稈從蓮座葉中伸出），為后續(xù)開花結(jié)果奠定基礎(chǔ)。

2. 誘導(dǎo)開花與調(diào)控花期

GA5 是雙子葉植物（尤其是長日照植物）開花誘導(dǎo)的關(guān)鍵調(diào)控因子，其作用機(jī)制與 “春化作用"“光周期信號" 協(xié)同作用，調(diào)控開花相關(guān)基因的表達(dá)。對于需春化的植物（如油菜、甘藍(lán)），低溫春化后，GA5 的合成量會顯著增加，通過激活 “開花整合基因"（如 FT 基因、SOC1 基因），促進(jìn)莖尖分生組織從 “營養(yǎng)生長型" 向 “生殖生長型" 轉(zhuǎn)變，啟動花芽分化；對于長日照植物（如擬南芥），長日照條件會誘導(dǎo)葉片合成 GA5，GA5 通過韌皮部運輸?shù)角o尖，與光周期信號（如 CO 蛋白）協(xié)同，加速開花進(jìn)程。

此外，GA5 還能調(diào)控花期的整齊度：在花卉種植中（如康乃馨、月季），噴施 GA5 可促進(jìn)花芽同步分化，減少花期差異，使植株集中開花，提升觀賞價值；而在油菜、大豆等油料作物中，GA5 可緩解因逆境（如高溫、干旱）導(dǎo)致的 “開花延遲"，確?；ㄆ谂c傳粉期匹配，提高結(jié)實率。

3. 促進(jìn)果實發(fā)育與種子萌發(fā)

GA5 在果實發(fā)育的 “細(xì)胞膨大期" 和種子萌發(fā)過程中發(fā)揮重要作用。在果實發(fā)育階段，GA5 主要通過以下途徑促進(jìn)果實膨大：一是促進(jìn)果肉細(xì)胞的伸長和分裂，增加果實的體積；二是調(diào)控 “生長素響應(yīng)基因" 的表達(dá)，與生長素（IAA）協(xié)同作用，維持果實的生長極性，避免果實畸形；三是抑制果實過早脫落，通過下調(diào) “脫落酸（ABA）合成基因" 的表達(dá)，減少 ABA 含量，延緩離層形成。例如，在豌豆、菜豆等豆科作物中，GA5 可促進(jìn)豆莢的伸長和種子的發(fā)育，增加單莢粒數(shù)和粒重；在草莓、番茄等漿果類作物中，GA5 可促進(jìn)果實著色前的細(xì)胞膨大，提升果實的單果重。

在種子萌發(fā)過程中，GA5 的核心作用是打破種子休眠，促進(jìn)胚的生長：它能激活種子內(nèi)的 “α- 淀粉酶"“蛋白酶" 等水解酶的合成，這些酶可分解胚乳中的淀粉、蛋白質(zhì)等儲存物質(zhì)，為胚的萌發(fā)提供能量和營養(yǎng)；同時，GA5 還能促進(jìn)胚根、胚芽的伸長，加速種子突破種皮，提高萌發(fā)率。例如，在油菜種子萌發(fā)中，低溫或干旱會導(dǎo)致種子休眠加深，外源施加 GA5 可顯著提高萌發(fā)率，縮短萌發(fā)時間。

4. 參與逆境響應(yīng)與脅迫耐受性調(diào)控

近年來研究發(fā)現(xiàn)，GA5 不僅調(diào)控植物的正常生長發(fā)育，還能參與植物對逆境（如低溫、鹽脅迫、干旱）的響應(yīng)，通過調(diào)節(jié)自身含量及與其他激素（如 ABA、乙烯）的平衡，提升植物的脅迫耐受性。

在低溫脅迫下，植物體內(nèi) GA5 的合成會暫時下調(diào)，而 ABA 含量升高，這種 “GA5/ABA 比值降低" 的狀態(tài)可促進(jìn)植物進(jìn)入 “抗凍準(zhǔn)備"：一方面，GA5 含量下降會抑制莖稈伸長，減少植株的水分流失和低溫暴露面積；另一方面，GA5 可通過調(diào)控 “冷響應(yīng)基因"（如 COR 基因、RD 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)的合成，增強(qiáng)細(xì)胞的抗凍能力。例如，在擬南芥中，GA5 合成突變體（ga5-1）的低溫耐受性顯著高于野生型，而外源施加 GA5 會降低其抗凍性，證明 GA5 在低溫響應(yīng)中起 “負(fù)調(diào)控" 作用。

在鹽脅迫和干旱脅迫下，GA5 的作用更為復(fù)雜：輕度脅迫時，GA5 含量適度升高，通過促進(jìn)根系生長，增加根系吸水面積，提升植物的水分和養(yǎng)分吸收能力；重度脅迫時，GA5 含量下降，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，GA5 還能通過清除活性氧（如促進(jìn) SOD、POD 等抗氧化酶的活性），減少脅迫導(dǎo)致的氧化損傷，保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性。

茁彩生物利用 GA5 的 “化學(xué)結(jié)構(gòu)特異性" 和 “色譜行為差異"，建立了基于高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）的 GA5 含量檢測方法，核心原理是通過色譜柱分離樣品中的 GA5，結(jié)合紫外檢測器或二極管陣列檢測器（DAD）定量檢測，具體過程可分為以下四步：

1. 樣品前處理：提取與純化 GA5

植物樣品（如葉片、莖尖、種子）中的 GA5 含量極低（通常為 ng/g 級），且含有大量雜質(zhì)（如葉綠素、多糖、其他激素、脂質(zhì)），需通過前處理去除雜質(zhì)，富集 GA5，具體步驟包括：

提取：將樣品冷凍干燥后研磨成粉末，加入預(yù)冷的提取溶劑（通常為 80% 甲醇水溶液，含 0.1% 甲酸，抑制 GA5 的氧化），在 4℃下避光振蕩提取 24 小時，使 GA5 充分溶解到溶劑中；

脫脂與除雜：將提取液離心（8000×g，15 分鐘），取上清液，加入正己烷進(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，如 C18 柱或 NH2 柱）進(jìn)一步純化，SPE 柱可吸附 GA5，而讓多糖、色素等雜質(zhì)流出，再用洗脫溶劑（如 50% 甲醇水溶液）洗脫 GA5，收集洗脫液；

濃縮與定容：將洗脫液用氮氣吹干，加入少量流動相（HPLC 檢測用溶劑）溶解，過 0.22μm 有機(jī)相濾膜，去除微小顆粒，得到待測樣品溶液，用于 HPLC 檢測。

前處理的關(guān)鍵在于 “低溫、避光、酸性條件"，以防止 GA5 被氧化或降解，確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2. HPLC 色譜分離：基于結(jié)構(gòu)差異實現(xiàn) GA5 分離

HPLC 分離的核心是 “色譜柱的選擇性保留"，茁彩生物通常采用反相 C18 色譜柱（如 Agilent ZORBAX SB-C18，4.6×250mm，5μm），結(jié)合優(yōu)化的流動相體系，實現(xiàn) GA5 與其他雜質(zhì)及赤霉素家族其他成員的分離：

流動相組成：通常為 “甲醇（A 相）-0.1% 甲酸水溶液（B 相）"，采用梯度洗脫程序：初始階段 A 相比例為 30%，B 相為 70%，維持 5 分鐘；隨后在 20 分鐘內(nèi)將 A 相比例升至 80%，B 相降至 20%；最后維持 5 分鐘，再回到初始比例平衡色譜柱。梯度洗脫可通過調(diào)整有機(jī)溶劑比例，改變 GA5 與色譜柱固定相的相互作用（疏水作用），使 GA5 在特定時間內(nèi)被洗脫，避免與其他 GA 亞型（如 GA4、GA3）重疊；

色譜條件：柱溫控制在 30℃（穩(wěn)定色譜柱保留行為），流速為 1.0mL/min，進(jìn)樣量為 10μL。在上述條件下，GA5 的保留時間（Rt）通常為 12-15 分鐘（具體取決于儀器和色譜柱型號），可通過與標(biāo)準(zhǔn)品的保留時間對比，初步定性樣品中的 GA5。

反相 C18 色譜柱的分離機(jī)制是 “疏水作用"：GA5 分子中的疏水基團(tuán)（如四環(huán)骨架）與色譜柱固定相（C18 鏈）發(fā)生疏水相互作用，而流動相中的甲醇可減弱這種相互作用，當(dāng)甲醇比例升高時，GA5 與固定相的結(jié)合力減弱，被洗脫下來，從而實現(xiàn)分離。

3. 檢測器定量：紫外吸收法測定 GA5 含量

GA5 分子中的共軛雙鍵結(jié)構(gòu)（四環(huán)中的 C=C 鍵）在紫外光區(qū)具有特定吸收，茁彩生物采用二極管陣列檢測器（DAD） ，在210nm波長下檢測 GA5 的吸光值（GA5 在 210nm 處有最大吸收，摩爾吸光系數(shù)約為 1.2×10? L?mmol?1?cm?1），具體過程為：

當(dāng) GA5 從色譜柱洗脫出來，進(jìn)入檢測器后，DAD 會記錄 210nm 處的吸光值隨時間的變化，生成 “色譜圖"，其中 GA5 對應(yīng)一個對稱的色譜峰（峰形尖銳，無拖尾）；

根據(jù)色譜峰的 “峰面積"（或峰高）進(jìn)行定量：GA5 的濃度與峰面積呈嚴(yán)格線性關(guān)系（符合朗伯 - 比爾定律），通過測定已知濃度的 GA5 標(biāo)準(zhǔn)品的峰面積，繪制 “濃度 - 峰面積" 標(biāo)準(zhǔn)曲線，再根據(jù)樣品中 GA5 的峰面積，即可從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得對應(yīng)的濃度。

與紫外檢測器相比，DAD 的優(yōu)勢在于可同時記錄多個波長的吸光值，通過對比 GA5 標(biāo)準(zhǔn)品的 “紫外吸收光譜"（200-400nm）與樣品色譜峰的吸收光譜，可進(jìn)一步確認(rèn)樣品中 GA5 的定性準(zhǔn)確性，避免雜質(zhì)峰的干擾。

4. 結(jié)果計算：GA5 含量的最終換算

GA5 的含量通常以 “ng/g 鮮重" 或 “ng/g 干重" 表示，茁彩生物通過以下步驟計算：

第一步：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算待測樣品溶液中 GA5 的濃度（c，單位：ng/mL）；

第二步：計算樣品中 GA5 的總質(zhì)量（m）：m = c × V × D（其中 V 為待測樣品溶液的定容體積，單位：mL；D 為樣品前處理過程中的稀釋倍數(shù)，如提取時的溶劑體積與樣品質(zhì)量的比值、SPE 洗脫時的濃縮倍數(shù)）；

第三步：計算樣品中 GA5 的含量（C）：C = m / M（其中 M 為樣品的初始質(zhì)量，單位：g，若為鮮重樣品需測定含水量，換算為干重）。

例如，若 1g 鮮重油菜葉片樣品經(jīng)前處理后定容至 1mL，標(biāo)準(zhǔn)曲線查得濃度為 5ng/mL，稀釋倍數(shù)為 10，則 GA5 含量 = 5ng/mL × 1mL × 10 / 1g = 50ng/g 鮮重。

這種檢測方法的優(yōu)勢在于：

高特異性：通過色譜柱分離和紫外光譜比對，可有效區(qū)分 GA5 與其他赤霉素及雜質(zhì)，避免交叉干擾；

高靈敏度：檢測限可達(dá) 0.1ng/mL，可準(zhǔn)確檢測植物樣品中 ng/g 級的 GA5；

高重復(fù)性：HPLC 操作自動化程度高，保留時間和峰面積的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）小于 5%，結(jié)果穩(wěn)定可靠；

適用性廣：可用于植物葉片、莖尖、種子、果實等多種樣品，也可用于真菌提取物、植物激素制劑中 GA5 含量的檢測，為研究植物生長發(fā)育機(jī)制、作物育種及農(nóng)藥殘留檢測提供關(guān)鍵技術(shù)支持。