低溫誘導(dǎo)切花月季過(guò)度重瓣化的形態(tài)學(xué)觀察1)

范天剛 張 鋼 田亞然

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，保定，071001)

李永紅

(深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

月季在全球切花貿(mào)易中占有極其重要的地位。月季切花周年生產(chǎn)中，冬季產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)值最高，但是，月季切花冬季生產(chǎn)中由于低溫環(huán)境因素的影響往往導(dǎo)致花器官發(fā)育異常，出現(xiàn)花瓣過(guò)度重瓣化，導(dǎo)致花朵畸形，主要表現(xiàn)為雙心(圖1、圖2)，這嚴(yán)重影響切花的商品價(jià)值和花農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益。早期的研究發(fā)現(xiàn)，溫度是影響植物成花的重要要素，低溫不僅會(huì)影響植物花芽分化進(jìn)程，而且會(huì)通過(guò)影響花瓣和雄蕊等花器官的發(fā)育造成植物花朵畸形[1]。1971年Moe[2]研究認(rèn)為，低溫會(huì)引起部分月季品種的花瓣數(shù)增加，導(dǎo)致畸形，且月季花芽分化早期是對(duì)溫度的敏感時(shí)期。

花芽分化是指植物莖生長(zhǎng)點(diǎn)由分生出葉片、腋芽轉(zhuǎn)變?yōu)榉只龌ㄐ蚧蚧ǘ涞倪^(guò)程[3]。薔薇屬植物小姊妹月季花(Rosa polyantha Hort)[4]、玫瑰(Rosa rugosa)[5]和單葉薔薇(Rosa persica)[6]等植物的花芽分化已有研究報(bào)道。但對(duì)切花月季常溫和低溫條件下花芽分化進(jìn)程的比較觀察及各花器官發(fā)育具體時(shí)間確定的研究未見(jiàn)報(bào)道。

圖2 畸形花(雙心)

本研究在不同溫度條件下，分析了切花月季品種‘芬得拉’花朵及各器官的形態(tài)變化，并采用常規(guī)石蠟切片法[7]觀察了常溫和低溫條件下切花月季品種‘芬得拉’花芽分化過(guò)程及形態(tài)特征。以期確定低溫誘導(dǎo)切花月季過(guò)度重瓣化導(dǎo)致花朵畸形發(fā)生的溫度范圍和花芽分化的具體時(shí)期，為解決低溫導(dǎo)致切花月季花朵畸形這一月季冬季生產(chǎn)中的瓶頸問(wèn)題提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2013年3—11月份在深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院進(jìn)行。切花月季(Rosa hybrida)選用生產(chǎn)上常用的2年生‘芬得拉’(Rosa chinese‘Vendela’)品種。

材料培養(yǎng)與處理方法:2年生‘芬得拉’經(jīng)修剪后分以下3組處理進(jìn)行，每組50株苗。A組:日溫/夜溫為25℃/15℃;B組:日溫/夜溫為20℃/10℃，待花芽分化完成后轉(zhuǎn)為A組培養(yǎng);C組:日溫/夜溫為15℃/5℃，上述溫度的設(shè)置梯度根據(jù)月季的生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)溫度的要求而設(shè)定[2]，待花芽分化完成后轉(zhuǎn)為A組處理培養(yǎng);所有處理均用Thermoline TPG－6000－TH 植物生長(zhǎng)室，光照強(qiáng)度 70 μmol·m－2·s－1，光照時(shí)間12 h，相對(duì)濕度60%。每組處理采收50朵花，統(tǒng)計(jì)分析畸形花數(shù)及花器官數(shù)量，并對(duì)畸形花和正?；ǖ幕ǘ溥M(jìn)行拍照對(duì)比。

常溫和低溫條件下花器官發(fā)育進(jìn)程的觀察:A組(常溫，下同)待萌芽后第5 d，花枝長(zhǎng)度約4 cm時(shí)開始取樣;C組(低溫，下同)待萌芽后第25 d，花枝長(zhǎng)度約4 cm時(shí)取樣。每組處理每天取5個(gè)花芽，共取40 d。體式顯微鏡下去除已展和未展葉，用游標(biāo)卡尺測(cè)量其長(zhǎng)度和寬度，而后水洗并用FAA液固定，以備做石蠟切片用。花芽制片采用常規(guī)石蠟切片方法[7]，徠卡RM2126RT切片機(jī)切片，厚度8～10 μm，番紅—固綠染色，加拿大樹膠封片。Nikon 50i型顯微鏡觀察并拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度條件處理下切花月季花朵形態(tài)學(xué)觀察

切花月季‘芬得拉’品種在上述3個(gè)溫度條件下完成花芽分化后將其轉(zhuǎn)入在25℃/15℃的人工植物生長(zhǎng)箱中進(jìn)行開花觀察，發(fā)現(xiàn)低溫嚴(yán)重誘導(dǎo)了切花月季‘芬得拉’品種的花朵過(guò)度重瓣化，主要表現(xiàn)為雙心，即畸形花。而且，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越低形成畸形花的比例越高(圖3)。其中，C處理下完成花芽分化的月季，形成的畸形花約為88%;B處理下完成花芽分化的月季，形成的畸形花約為36%;而在A處理下花芽分化的月季，形成的畸形花僅為2%。通過(guò)對(duì)正常花和畸形花的花瓣形狀比較觀察發(fā)現(xiàn)，畸形花外層花瓣大小和形狀與正?；o(wú)明顯差異，但內(nèi)層花瓣明顯比正?；ǖ幕ò晷?、且碎(圖4);無(wú)論正?；ㄟ€是畸形花，內(nèi)層花瓣均有源自雄蕊的痕跡，表現(xiàn)在花瓣基部有花絲的形狀和顏色(圖4)。由此說(shuō)明，低溫是導(dǎo)致切花月季‘芬得拉’品種花朵過(guò)度重瓣化而形成畸形花的主要原因，且過(guò)度重瓣的花瓣源自雄蕊瓣化。

圖3 不同溫度條件處理下月季切花品種‘芬得拉’形成畸形花的比例

圖4 正?；ɑò?A1、A2)和畸形花花瓣(B1、B2)

對(duì)3個(gè)溫度條件下完成花芽分化的切花月季品種‘芬得拉’的花器官數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)萼片和雌蕊幾乎沒(méi)有變化，而花瓣和雄蕊變化顯著(表1)。并且，花芽分化期間，在一定溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出溫度越低，花瓣數(shù)越多、雄蕊數(shù)越少的趨勢(shì)(表1)。C處理?xiàng)l件下花芽分化的花朵，相比A處理?xiàng)l件下花瓣數(shù)量顯著增加，增加了約20瓣，雄蕊數(shù)量則相應(yīng)減少了21個(gè)，而B處理?xiàng)l件下花芽分化的月季，其花瓣數(shù)和雄蕊數(shù)處于中間(表1)。由此說(shuō)明，低溫影響了花瓣和雄蕊的發(fā)育進(jìn)而導(dǎo)致花瓣過(guò)度重瓣化的發(fā)生。

表1 不同溫度條件下切花月季花器官數(shù)量

2.2 常溫和低溫條件下切花月季‘芬得拉’花器官發(fā)育進(jìn)程比較

切花月季‘芬得拉’的花單生于新稍頂部，花芽分化由外向內(nèi)依次為萼片、花瓣、雄蕊及雌蕊。切花月季花器官發(fā)育分為5個(gè)時(shí)期:萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期和分化完成期，并分別比較常溫和低溫條件下各時(shí)期的差異。

萼片原基分化期:A組萌芽后約第8天，C組萌芽后約第30天開始，生長(zhǎng)錐頂部變寬，在其周圍形成突起為萼片原基(圖5)，并逐漸伸長(zhǎng)最終發(fā)育為花萼。該時(shí)期A組和C組切花月季‘芬得拉’花芽直徑大致相同(表2)。

圖5 A處理下萼片原基分化期(A1)和C處理下萼片原基分化期(C1)

花瓣原基分化期:A組萌芽后約第10天，C組萌芽后約第34天，隨著萼片原基的發(fā)育，在其內(nèi)表皮下的細(xì)胞開始分裂，產(chǎn)生新的突起，即花瓣原基(圖6)。與此同時(shí)，花托部位開始膨大，在先形成的小花瓣內(nèi)側(cè)又產(chǎn)生多輪花瓣原基，花瓣原基的數(shù)量不斷增加，并不斷向上延伸擴(kuò)展為花瓣。該時(shí)期A組和C組切花月季‘芬得拉’花芽直徑大致相同(表 2)。

圖6 A處理下花瓣原基分化期(A2)和C處理下花瓣原基分化期(C2)

雄蕊原基分化期:A組萌芽后約第13天，C組萌芽后約第40天，在花瓣原基繼續(xù)分化的同時(shí)，其內(nèi)側(cè)基部表皮下細(xì)胞分裂又形成新的柱狀突起，即為雄蕊原基(圖7)，雄蕊原基不斷伸長(zhǎng)并由上至下依次分化多輪雄蕊原基，最終發(fā)育成雄蕊群。此后，花瓣原基和雄蕊原基同時(shí)分化，形成重瓣花，雄蕊、花瓣、萼片均著生在花托筒周邊形成典型的周位花。該時(shí)期A組和C組條件下的花芽略有不同，通過(guò)花芽縱切觀察，A組花芽約發(fā)育了8片花瓣原基后開始雄蕊原基分化(圖7A3)，而C組花芽約發(fā)育12片花瓣原基后開始雄蕊分化(圖7C3);同時(shí)在該時(shí)期C組花芽直徑比A組要大(表2)。由此推斷，低溫從該時(shí)期開始影響切花月季‘芬得拉’的花芽分化。

圖7 A處理下雄蕊原基分化期(A3)和C處理下雄蕊原基分化期(C3)

雌蕊原基分化期:A組萌芽后約第16天，C組萌芽后約第46天，隨著花瓣原基和雄蕊原基分化，在生長(zhǎng)錐的頂部形成突起，即為雌蕊原基(圖8A4、A5、C4、C5)，隨后雌蕊原基逐漸布滿整個(gè)花生長(zhǎng)錐(圖8A6、C6)。此時(shí)，萼片上部分離，花蕾肥大，花瓣由外向內(nèi)逐漸變白，花芽分化趨于完成。該時(shí)期C組花芽直徑明顯比A組花芽直徑大(表2)，同時(shí)花瓣數(shù)量也較A組多(圖8A6、C6)。

表2 切花月季花芽分化期與花芽直徑的關(guān)系

分化完成期:A組萌芽后約第25天，C組萌芽后約第65天，三角形萼片原基下部加寬互連，上部伸長(zhǎng)彎曲，形成5個(gè)卵狀披針形的萼片緊包花蕾;花瓣原基先伸長(zhǎng)后增寬，相互覆蓋，形成許多倒心形的花瓣;雄蕊原基向上伸長(zhǎng)，頂端膨大形成花藥，下部形成花絲即為雄蕊，并且內(nèi)層的雄蕊發(fā)生瓣化現(xiàn)象;雌蕊原基先行伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，延伸至花托之外，頂端形成柱頭，中部是花柱，下部膨大形成卵形的子房，雌蕊分化結(jié)束(圖9)。由上述可見(jiàn)，A組切花月季‘芬得拉’花芽分化持續(xù)時(shí)間約17 d，而C組約35 d，低溫使切花月季‘芬得拉’花芽分化持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)。同時(shí)，低溫處理下花芽分化完成期的花芽直徑比常溫下的花芽直徑大(表2)。由此說(shuō)明，低溫使花芽分化持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)進(jìn)而導(dǎo)致切花月季‘芬得拉’花瓣過(guò)度重瓣化。

3 結(jié)論與討論

不同植物的成花有其一定范圍的溫度需求，溫度過(guò)低或過(guò)高都會(huì)抑制花的分化與發(fā)育[8]。Zieslin[9]研究表明，月季最適宜的生長(zhǎng)溫度范圍是18～30℃，而最適宜的花芽分化溫度與品種有關(guān)。本研究選用切花月季‘芬得拉’，觀察了日溫/夜溫分別為25℃/15℃、20℃/10℃和15℃/5℃ 3種條件下花朵成花情況，發(fā)現(xiàn)畸形花的比例分別為2%、36%和88%?？梢?jiàn)，25℃/15℃是‘芬得拉’品種較為合適的花芽分化溫度，這也表明，只有花芽分化最低溫度高于10℃才有可能避免畸形花的出現(xiàn)，生產(chǎn)出高質(zhì)量的切花。進(jìn)一步對(duì)低溫導(dǎo)致的畸形花花器官進(jìn)行分析，在一定范圍內(nèi)，溫度越低，花瓣數(shù)越多，而雄蕊數(shù)相應(yīng)減少，且內(nèi)層花瓣上有雄蕊的痕跡。這既表明了月季的重瓣和過(guò)度重瓣都是源自雄蕊[11]，也符合薔薇科植物的基本特征[12－13]。

影響花芽分化的因素主要有植物本身的生物學(xué)因子與外界環(huán)境條件兩個(gè)方面。本研究比較了常溫(25℃/15℃)和低溫(15℃/5℃)2種溫度條件下切花月季‘芬得拉’花芽分化進(jìn)程，切花月季花芽分化由外向內(nèi)劃分為5個(gè)時(shí)期，依次為萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期及分化完成期。這與薔薇屬已有報(bào)道的小姊妹月季[4]、玫瑰[5]、單葉薔薇[6]花芽分化研究結(jié)果相似。低溫條件下雄蕊原基分化期和雌蕊原基分化期較常溫條件下推遲，整個(gè)花芽分化持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)。其結(jié)果也與 Douglas et al.[10]1991 年提出的月季在低日溫(＜17℃)和低夜溫(＜14℃)條件下花芽分化和花器官發(fā)育推遲的結(jié)論相同。

圖8 A處理下雌蕊原基分化期(A4、A5、A6)和C處理下雌蕊原基分化期(C4、C5、C6)

同時(shí)，本研究比較了常溫和低溫條件下花器官發(fā)育各時(shí)期的形態(tài)，結(jié)果表明，萼片原基開始分化時(shí)和花瓣原基開始分化時(shí)花芽大小基本相同，但在雄蕊原基開始分化時(shí)，常溫條件下花芽約發(fā)育了8片花瓣原基，而低溫條件下花芽約發(fā)育了12片花瓣原基，同時(shí)在該時(shí)期低溫條件下花芽直徑比常溫條件下大;在雌蕊原基分化期，低溫條件下花芽直徑明顯比常溫條件下大?？梢?jiàn)，低溫誘導(dǎo)的切花月季‘芬得拉’花瓣過(guò)度重瓣化發(fā)生在雄蕊原基開始分化以后，具體表現(xiàn)是花瓣原基數(shù)量增加和花芽體積增大的結(jié)果。其結(jié)果與 Harris et al.[1]1969年提出的低溫不僅會(huì)影響植物花芽分化進(jìn)程，而且會(huì)通過(guò)影響花瓣和雄蕊等花器官的發(fā)育造成植物花朵畸形的結(jié)論一致。綜上所述，低溫通過(guò)推遲雄蕊原基和雌蕊原基的分化進(jìn)程以及延長(zhǎng)整個(gè)花芽分化持續(xù)時(shí)間而導(dǎo)致花瓣過(guò)度重瓣化。其低溫下雄蕊如何瓣化成雄蕊的機(jī)制有待進(jìn)一步深入研究。

圖9 A處理下分化完成期(A7)和C處理下分化完成期(C7)

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