《Frontiers in Plant Science》：Photoperiod modulation and hormonal application influence flowering, agronomic, morphological and tuber quality traits in greater yam (Dioscorea alata L.)
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本研究针对参薯(Dioscorea alata L.)种质资源库中大量基因型不开花或花期不齐导致常规杂交受阻的关键难题，通过田间试验探究短日照(SP)、长日照(LP)与多种激素处理对开花诱导、同步化及块茎品质的调控效应。结果显示SP可有效诱导非开花基因型产生可育花，LP抑制开花但可实现花期同步化，乙烯抑制剂银硫代硫酸盐(STS)显著提高块茎直链淀粉含量，茉莉酸类则降低之。研究为挖掘参薯遗传多样性、加速育种提供了关键技术方案。
在全球热带地区，参薯(Dioscorea alata L.)是数百万人口的主粮作物，它适应性强、产量潜力高，却面临一个尴尬困境：许多优良品种在种质库中“沉默”多年——要么根本不开花，要么花期零散不同步。由于山药主要依赖无性繁殖，人类在长期选育中无意间淘汰了开花能力，加之雌雄异株的特性，使得传统杂交育种举步维艰。大量携带抗病、优质、早熟等优异性状的基因沉睡在非开花材料中，无法被利用。前人研究提示光周期可能主导山药的成花转换，但具体机制不明，且外源激素在其他作物中的促花手段能否移植到参薯尚属空白。
为打破这一瓶颈，研究团队在西印度群岛瓜德罗普岛的CIRAD鲁约尔试验站展开两年田间试验，系统解析光周期与激素网络如何协同塑造参薯的开花命运与块茎品质。研究成果发表于《Frontiers in Plant Science》。
研究选取13份具不同开花历史的参薯基因型，设置自然光照对照(CK)、短日照(SP，每日遮黑缩短光照至<10小时)与长日照(LP，LED红光补光延长至≥14小时)，独立施用赤霉素(GA3)、6-苄氨基嘌呤(BAP)、银硫代硫酸盐(STS)、亚精胺(Spd)、乙烯利(Ethrel)、茉莉酸(JA)及其甲酯(MeJA)等7种激素。采用线性混合模型分析数据，结合花粉活力染色与人工授粉验证生殖力，测定叶面积、叶绿素(SPAD值)、块茎产量、干物质、可溶性固形物(°Brix)及直链淀粉含量等指标。
3.1 光周期是参薯开花的“总开关”，长短日照各司其职
在2022-2023首季试验中，所有未处理的不开花基因型在CK下保持“沉默”，而SP使50%的非开花材料成功产花，包括CIRAD153(♂)、CIRAD139(♂)等。有趣的是，原本规律开花的对照品种在SP下提前7-16天开花。相反，LP完全压制所有基因型的成花，但在处理结束后一周内，对照品种同步爆发式开花——这证实参薯是典型的短日照植物(SDP)，且LP可作为“花期同步器”抹平品种间自然花期差异。2023-2024季将SP窗口提前后，诱导率提升至75%，CIRAD140(♀)、CIRAD154(♀)等更多材料被激活，说明植株存在短暂的“光信号响应窗口”。
光周期还引发资源分配的剧烈博弈：LP促进营养生长，叶片面积达14000mm2（CK仅9000mm2），衰老推迟至11月，但代价是块茎产量最低(单株≈900g)；SP兼顾开花与高产(单株≈1400g)。更关键的是，SP块茎直链淀粉含量高达25%（CK仅13%），暗示短日照不仅促花，还重塑淀粉代谢路径。
3.2 激素虽未突破成花门槛，却精准“雕刻”块茎品质
所有激素单独处理均未能让顽固性非开花基因型成花，甚至高浓度BAP引发叶缘坏死并抑制对照品种开花。然而激素对块茎品质展现出特异性调控：50mM STS（乙烯抑制剂）使直链淀粉飙升至32%，而JA/MeJA将其压低至8%，同时降低干物质与°Brix值。乙烯利则提升干物质含量。这表明激素虽不能绕过光周期“大门”，却能深度干预贮藏器官的代谢走向。
研究的创新在于首次在参薯中建立“SP诱导+LP同步”的双轨制开花管理技术，让沉睡种质得以参与杂交；同时揭示乙烯-茉莉酸信号轴与淀粉合成的跨组织对话。未来可通过转录组挖掘参薯Florigen T(FT)同源基因，或探索SP联合STS的“促花+提质”组合策略。这项工作为热带根茎作物育种提供了可复制的光生理框架。
