黄瓜性别分化的外源激素调控与植物多组学研究进展

doi:10.16178/j.issn.0528-9017.20250346

摘要/Abstract

摘要：

黄瓜的性别分化直接影响其产量和品质，研究黄瓜性别分化在种质资源保存、品种改良与良种繁育等方面具有重要意义。植物激素对黄瓜花芽性别分化和表达具有重要影响，如赤霉素可促进黄瓜的雄性表达，生长素、脱落酸、乙烯及细胞分裂素可促进黄瓜的雌性表达。同时，随着组学技术的不断发展，多组学联合分析已成为研究植物复杂机制的重要工具，转录组学和代谢组学在植物的性别分化研究中取得了长足进展。本文主要综述了外源激素（如乙烯、生长素、赤霉素、细胞分裂素和脱落酸）在黄瓜性别分化中的调控作用，以及转录组学和代谢组学在植物性别分化研究中的应用，以期为黄瓜性别分化的深入研究提供理论参考，并为黄瓜的性别调控及高产优质栽培提供依据。

关键词: 黄瓜, 性别分化, 植物激素, 转录组学, 代谢组学

Abstract:

Sex differentiation in cucumbers directly impacts their yield and quality. The study on sex differentiation in cucumbers is of significant importance for germplasm conservation，variety improvement，and elite seed breeding. Plant hormones play a crucial role in regulating cucumber flower bud sex differentiation and expression. For example，gibberellin can promote male expression. Auxin，abscisic acid，ethylene，and cytokinin can enhance female expression. Concurrently，with the advancement of omics technologies，multi-omics integrated analysis has become a powerful tool for investigating complex plant mechanisms. Significant progress has been made in plant sex differentiation research through transcriptomics and metabolomics. This review primarily summarized the regulatory roles of exogenous hormones like ethylene，auxin，gibberellin，cytokinin，and abscisic acid in cucumber sex differentiation，and the applications of transcriptomics and metabolomics in plant sex differentiation studies，so as to provide theoretical references for the in-depth study of sex differentiation in cucumbers and to offer a basis for sex regulation and high-yield and high-quality cultivation of cucumbers.

Key words: cucumber, sex differentiation, plant hormone, transcriptomics, metabolomics

中图分类号:

S642.2

江睿, 朱育强, 孙玉燕, 王欣, 谭继宏, 王华森, 张鹏. 黄瓜性别分化的外源激素调控与植物多组学研究进展[J]. 浙江农业科学, 2026, 67(5): 1326-1332.

JIANG Rui, ZHU Yuqiang, SUN Yuyan, WANG Xin, TAN Jihong, WANG Huasen, ZHANG Peng. Research progress on exogenous hormone regulation and multi⁃omics in cucumber sex differentiation[J]. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2026, 67(5): 1326-1332.

参考文献 44

[1]	邵庆一，曹佳昂，杨森，等. 外源激素对植物性别分化的影响［J］. 高师理科学刊，2024，44（5）：82-86.
	SHAO Q Y， CAO J A， YANG S，et al. Effect of exogenous hormones on plant sex differentiation［J］. Journal of Science of Teachers' College and University，2024，44（5）：82-86.
[2]	KAMACHI S， SEKIMOTO H， KONDO N，et al. Cloning of a cDNA for a 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase that is expressed during development of female flowers at the apices of Cucumis sativus L.［J］. Plant & Cell Physiology，1997，38（11）：1197-1206.
[3]	林鸣，曹宗巽. 黄瓜（Cucumis sativus L.）性别表达与ACC含量，EFE活性，及内源激素的变化［J］. 北京大学学报（自然科学版），1997（2）：222-229.
	LIN M， CAO Z X. Sex expression of cucumber（Cucumis sativus L.）plant and the changes of content of ACC，GA，ABA and EFE activity［J］. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis，1997（2）：222-229.
[4]	朱晓天，于永辉，史超. 乙烯利对黄瓜生长发育影响的研究现状与展望［J］. 吉林蔬菜，2006（6）：26-28.
	ZHU X T， YU Y H， SHI C. Research status and prospect of the effect of ethephon on cucumber growth and development［J］. Jilin Vegetable，2006（6）：26-28.
[5]	曹齐卫，孙小镭，王志峰，等. 乙烯利对秋季黄瓜雌花分化的影响［J］. 山东农业科学，2004，36（1）：34-35.
	CAO Q W， SUN X L， WANG Z F，et al. Effect of ethephon on female flower differentiation of autumn cucumber［J］. Shandong Agricultural Sciences，2004，36（1）：34-35.
[6]	吴叶青. 乙烯利在夏黄瓜上的应用效果［J］. 长江蔬菜，2000（12）：37-39.
	WU Y Q. Application effect of ethephon on summer cucumber［J］. Journal of Changjiang Vegetables，2000（12）：37-39.
[7]	杨斌斌，郭志平. 不同浓度乙烯利处理对黄瓜产量的影响［J］. 安徽农业科学，2007，35（2）：428-429.
	YANG B B， GUO Z P. Effect of spraying different concentration of ethephon on cucumber yield and agronomic characters［J］. Journal of Anhui Agricultural Sciences，2007，35（2）：428-429.
[8]	KIM I S， OKUBO H， FUJIEDA K. Endogenous levels of IAA in relation to parthenocarpy in cucumber（Cucumis sativus L.）［J］. Scientia Horticulturae，1992，52（1/2）：1-8.
[9]	ITO H， SAITO T. Factors responsible for the sex expression of Japanese cucumber（VIII）［J］. Engei Gakkai Zasshi，1957，26（4）：209-214.
[10]	GALUN E， JUNG Y， LANG A. Culture and sex modification of male cucumber buds in vitro ［J］. Nature，1962，194（4828）：596-598.
[11]	汪本里，曹宗巽. 离体培养下黄瓜顶芽性别分化的研究初报［J］. 植物生理学通讯，1963（3）：1-6.
	WANG B L， CAO Z X. Preliminary report on sex differentiation of cucumber terminal bud in vitro culture［J］. Plant Physiology Communications，1963（3）：1-6.
[12]	HIDAYATULLAH A B， BANO A， KHOKHAR K M. Sex expression and level of phytohormones in monoecious cucumber as affected by plant growth regulators［J］. Sarhad Journal of Agriculture，2009，25：173-177.
[13]	陈学好. 黄瓜花性别分化的生理学研究［D］. 杭州：浙江大学，2001.
	CHEN X H. Physiological study on sex differentiation of flower in cucumber（Cucumis sativus L.）［D］. Hangzhou：Zhejiang University，2001.
[14]	邵宏波，初立业，姜恩来. 高等植物性别研究的新进展［J］. 世界科学，1993（5）：26-28.
	SHAO H B， CHU L Y， JIANG E L. New progress in gender research of higher plants［J］. World Science，1993（5）：26-28.
[15]	LIU X F， NING K， CHE G，et al. CsSPL functions as an adaptor between HD-ZIP III and CsWUS transcription factors regulating anther and ovule development in Cucumis sativus（cucumber）［J］. The Plant Journal，2018，94（3）：535-547.
[16]	王纬，曹宗巽. 高等植物的性别分化［J］. 植物学通报，1983，18（1）：10-14.
	WANG W， CAO Z X. Sex differentiation of higher plants［J］. Chinese Bulletin of Botany，1983，18（1）：10-14.
[17]	NIU H H， WANG H， ZHAO B S，et al. Exogenous auxin-induced ENHANCER OF SHOOT REGENERATION 2（ESR2）enhances femaleness of cucumber via activating CsACS2 gene［J］. Horticulture Research，2022，9：uhab085.
[18]	GALUN E. The role of auxins in the sex expression of the cucumber［J］. Physiologia Plantarum，1959，12（1）：48-61.
[19]	PETERSON C E， ANHDER L D. Induction of staminate flowers on gynoecious cucumbers with gibberellin A₃ ［J］. Science，1960，131（3414）：1673-1674.
[20]	HEMPHILL D D， BAKER L R， SELL H M. Different sex phenotypes of Cucumis sativus L. and C. melo L. and their endogenous gibberellin activity［J］. Euphytica，1972，21（2）：285-291.
[21]	WITTWER S H， BUKOVAC M J. Quantitative and qualitative differences in plant response to the gibberellins［J］. American Journal of Botany，1962，49（5）：524-529.
[22]	CLARK R K， KENNEY D S. Comparison of staminate flower production on gynoecious strains of cucumbers，Cucumis sativus L.，by pure gibberellins（A3，A4，A7，A13）and mixtures 1［J］. Journal of the American Society for Horticultural Science，1969，94（2）：131-132.
[23]	曹毅，任吉君，李春梅，等. 乙烯利和赤霉素对黄瓜性别表现的影响［J］. 西南农业大学学报，2002，24（1）：42-44.
	CAO Y， REN J J， LI C M，et al. Effect of ethrel and gibberellin on sex expression in cucumber［J］. Journal of Southwest Agricultural University，2002，24（1）：42-44.
[24]	葛长军，闫良，徐丽荣. 赤霉素处理对黄瓜雌性系的诱雄效果［J］. 江苏农业科学，2017，45（5）：111-114.
	GE C J， YAN L， XU L R. Effect of gibberellin treatment on male induction of cucumber female lines［J］. Jiangsu Agricultural Sciences，2017，45（5）：111-114.
[25]	WU G L， ZHU Z J， QIU Q，et al. Transcriptome analysis reveals the regulatory networks of cytokinin in promoting floral feminization in Castanea henryi ［J］. International Journal of Molecular Sciences，2022，23（12）：6389.
[26]	NI J， SHAH F A， LIU W B，et al. Comparative transcriptome analysis reveals the regulatory networks of cytokinin in promoting the floral feminization in the oil plant Sapium sebiferum ［J］. BMC Plant Biology，2018，18（1）：96.
[27]	王镓钡，李文莹，葛畅，等. 外源激素对葡萄桐雄树开花性状及果实特性的影响［J］. 中南林业科技大学学报，2023，43（4）：20-32.
	WANG J B， LI W Y， GE C，et al. Effects of exogenous hormones on the flowering and fruit characteristics of male tung trees of Putaotong（Vernicia fordii Hemsl.）［J］. Journal of Central South University of Forestry & Technology，2023，43（4）：20-32.
[28]	陈学好，曾广文，曹碚生. 黄瓜花性别分化和内源激素的关系［J］. 植物生理学通讯，2002，38（4）：317-320.
	CHEN X H， ZENG G W， CAO B S. Relationship between endogenous plant hormones and floral sex differentiation in cucumber（Cucumis sativus）［J］. Plant Physiology Communications，2002，38（4）：317-320.
[29]	FRIEDLANDER M， ATSMON D， GALUN E. Sexual differentiation in cucumber：the effects of abscisic acid and other growth regulators on various sex genotypes［J］. Plant and Cell Physiology，1977，18（1）：261-269.
[30]	RUDICH J， HALEVY A H， KEDAR N. Ethylene evolution from cucumber plants as related to sex expression［J］. Plant Physiology，1972，49（6）：998-999.
[31]	YAMASAKI S， FUJII N， MATSUURA S，et al. The M locus and ethylene-controlled sex determination in andromonoecious cucumber plants［J］. Plant & Cell Physiology，2001，42（6）：608-619.
[32]	辛海滨. 糖和ABA信号参与低夜温诱导黄瓜性别表达［D］. 扬州：扬州大学，2013.
	XIN H B. Sugar and abscisic acid signaling are involved in the sex expression response of monoecious cucumber to low night temperature［D］. Yangzhou：Yangzhou University，2013.
[33]	薛守宇，朱涛，李冰冰，等. 转录组和代谢组联合分析在植物中的应用研究［J］. 山西农业大学学报（自然科学版），2022，42（3）：1-13.
	XUE S Y， ZHU T， LI B B，et al. Application research of combined transcriptome with metabolome in plants［J］. Journal of Shanxi Agricultural University（Natural Science Edition），2022，42（3）：1-13.
[34]	PAWEŁKOWICZ M， PRYSZCZ L， SKARZYŃSKA A，et al. Comparative transcriptome analysis reveals new molecular pathways for cucumber genes related to sex determination［J］. Plant Reproduction，2019，32（2）：193-216.
[35]	WANG R， LIN Y E， JIN Q M，et al. RNA-Seq analysis of gynoecious and weak female cucumber revealing the cell cycle pathway may regulate sex determination in cucumber［J］. Gene，2019，687：289-297.
[36]	ZHANG Y， ZHAO G Y， LI Y S，et al. Transcriptomic analysis implies that GA regulates sex expression via ethylene-dependent and ethylene-independent pathways in cucumber（Cucumis sativus L.）［J］. Frontiers in Plant Science，2017，8：10.
[37]	WANG C H， XIN M， ZHOU X Y，et al. Transcriptome profiling reveals candidate genes associated with sex differentiation induced by night temperature in cucumber［J］. Scientia Horticulturae，2018，232：162-169.
[38]	ZHOU Y， AHAMMED G J， WANG Q，et al. Transcriptomic insights into the blue light-induced female floral sex expression in cucumber（Cucumis sativus L.）［J］. Scientific Reports，2018，8：14261.
[39]	段雅倩. 乙烯利诱导甜瓜主蔓坐果效应及茎尖代谢组学分析［D］. 保定：河北农业大学，2020.
	DUAN Y Q. Effects of ethephon on fruit-setting of main vines of melon and metabonomics analysis of shoot tip［D］. Baoding：Hebei Agricultural University，2020.
[40]	MISNAN N M， AFZAN A， OMAR M H，et al. Flavonoid variability in Carica papaya L. var. Sekaki leaf maturation and its association with sexual differentiation using targeted metabolomics［J］. Natural Product Communications，2024，19（7）：1934578X241260175.
[41]	袁稼营，张路，张腾岳，等. 油柿雌雄花芽同化物和重要元素含量比较分析［J］. 西北林学院学报，2024，39（3）：93-101.
	YUAN J Y， ZHANG L， ZHANG T Y，et al. Comparative analyses on the contents of assimilates and essential elements between female and male floral buds in Diospyros oleifera ［J］. Journal of Northwest Forestry University，2024，39（3）：93-101.
[42]	查三省. 板栗雌花序分化内源激素及分子调控机理研究［D］. 武汉：武汉轻工大学，2019.
	ZHA S X. Research on endogenous hormones and molecular regulation mechanism in female inflorescence differentiation of Castanea mollisima Blume［D］. Wuhan：Wuhan Polytechnic University，2019.
[43]	LIU P G， XU Z L， ZHU Y，et al. Integrative analyses of transcriptomics and metabolomics in sex differentiation of mulberry flowers［J］. Frontiers in Molecular Biosciences，2022，9：881090.
[44]	PENG J， LI C Y， ZHAI W H，et al. Integrative metabolome and transcriptome analysis of flavonoid biosynthesis genes in Broussonetia papyrifera leaves from the perspective of sex differentiation［J］. Frontiers in Plant Science，2022，13：900030.