3個(gè)牡丹品種花芽分化過程形態(tài)及葉片碳水化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化1)

董曉曉 別沛婷 袁濤

(北京林業(yè)大學(xué)，北京，100083)

牡丹屬芍藥科芍藥屬亞灌木，是我國(guó)的傳統(tǒng)名花，牡丹花大色艷，雍容華貴，自古以來深受人們的喜愛，被譽(yù)為花中之王。花芽分化是有花植物成花過程中最重要的階段，影響著開花的多少和質(zhì)量，研究不同品種牡丹的花芽分化進(jìn)程，不僅可以了解不同時(shí)期病蟲及旱澇災(zāi)害對(duì)牡丹開花的危害程度，對(duì)于牡丹的促成栽培及花期調(diào)控同樣具有重要意義[1]。對(duì)牡丹花芽分化的研究較多集中在分化進(jìn)程形態(tài)變化及發(fā)生時(shí)間上，王蓮英[2]通過3 a形態(tài)觀察得出，牡丹品種花芽分化一般始于6月上中旬，結(jié)束于9月下旬至10月中旬；賀丹等[3]通過石蠟切片觀察得出，牡丹品種‘鳳丹白’花芽分化始于6月初，結(jié)束于9月中旬，歷時(shí)100 d左右?；ㄑ糠只侵参锍苫ㄟ^程中一個(gè)十分重要的階段，直接影響開花的數(shù)量及質(zhì)量，牡丹作為中國(guó)的傳統(tǒng)名花，其花芽分化不僅對(duì)其自然花期觀賞價(jià)值有著重要影響，也是進(jìn)行花期調(diào)控的重要依據(jù)。花芽分化是一個(gè)形態(tài)建成的過程，也是生理生化建成的過程，碳水化合物不僅是植物體所需的重要能源物質(zhì)，為植物非光合作用器官提供能量及碳源，還參與重要開花控制基因的表達(dá)調(diào)節(jié)[4]。前人的研究較多集中于牡丹花芽分化形態(tài)的研究，而對(duì)碳水化合物的研究也較多集中于開花期及抗寒性等方面[5]，牡丹花芽分化過程葉片碳水化合物變化及花芽形態(tài)建成與內(nèi)源碳水化合物變化的關(guān)系研究相對(duì)較少。本研究選擇3個(gè)不同花型的牡丹品種,探究不同牡丹品種花芽分化進(jìn)程及花芽分化過程中葉片內(nèi)源碳水化合物變化，以期為牡丹花芽分化及花芽分化過程中葉片碳水化合物變化規(guī)律及生理生化研究提供參考。

1 材料與方法

供試材料采自山東省菏澤市牡丹區(qū)百花園，是株齡10～15 a的3個(gè)牡丹品種健壯植株，3個(gè)品種的生物學(xué)特征及花與花芽形態(tài)見表1及圖1。

2018年6月至11月初，每隔7～14 d，選取芽體飽滿、發(fā)育狀況近似的芽5～6個(gè)，剝除外層芽鱗，F(xiàn)AA固定，冰箱4 ℃保存。石蠟切片參考王榮[6]的方法，體式顯微鏡(Leica DFC500)觀察，拍照。同時(shí)每個(gè)品種取芽下葉片5～7片，用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖、淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)[7]。采樣地氣溫變化見圖2(查詢于中國(guó)天氣網(wǎng))。

數(shù)據(jù)處理采用SPSS 23.0進(jìn)行，Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖。

表1 3個(gè)牡丹品種生物學(xué)特征

2 結(jié)果與分析

2.1 牡丹花芽分化形態(tài)觀察

牡丹花芽為混合芽，文中觀察的3個(gè)牡丹品種根據(jù)分化順序可分為6個(gè)時(shí)期，即花芽分化初期、苞片原基分化期、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。

花芽分化初期：這一時(shí)期主要是葉原基的形態(tài)分化期，此時(shí)頂端生長(zhǎng)點(diǎn)向上凸起，葉原基圍繞生長(zhǎng)點(diǎn)向內(nèi)螺旋狀交替產(chǎn)生，葉原基分化初期呈三指狀突起，后呈多指狀。本研究中牡丹品種‘玉面桃花’‘紅麗麗’6月初尚處于花芽分化初期(圖3a,圖4a),但根據(jù)生長(zhǎng)點(diǎn)的狀態(tài)來看，‘玉面桃花’的分化進(jìn)程要先于‘紅麗麗’。

苞片原基分化期：此時(shí)頂端生長(zhǎng)點(diǎn)逐漸下凹，變平變寬，在生長(zhǎng)點(diǎn)周圍形成苞片原基，苞片原基呈一指狀，不分裂，苞片原基出現(xiàn)標(biāo)志著由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，花芽分化開始。本研究中，‘玉面桃花’苞片原基分化始于6月中下旬(圖3b),‘紅麗麗’7月初開始分化苞片原基(圖4b)，‘琉璃貫珠’分化時(shí)間最早，在第一次采樣時(shí)已處于苞片原基分化期(6月1日，圖5a)。

萼片原基分化期：此時(shí)頂端生長(zhǎng)點(diǎn)進(jìn)一步下凹呈淺盤狀，在苞片原基內(nèi)側(cè)形成萼片原基，萼片原基也呈一指狀，通常為5個(gè)。本研究中，‘玉面桃花’‘紅麗麗’進(jìn)入萼片原基分化期的時(shí)間大致同步(7月初，圖3c,圖4c)，‘琉璃貫珠’最早進(jìn)入萼片原基分化期(6月下旬，圖5b)。

花瓣原基分化期：此時(shí)頂端生長(zhǎng)點(diǎn)進(jìn)一步下凹成杯狀，花瓣原基沿花托盤邊緣內(nèi)側(cè)產(chǎn)生，呈交錯(cuò)狀，外輪較大，內(nèi)輪較小，花瓣原基產(chǎn)生初期略呈圓形，隨后逐漸伸長(zhǎng)，呈近三角形，此時(shí)期花蕾雛形已較為明顯。本研究中，‘玉面桃花’與‘紅麗麗’花瓣原基分化基本同步，時(shí)間為7月下旬(圖3d，圖4d)，‘琉璃貫珠’7月上中旬開始分化花瓣原基(圖5c、d)。

雄蕊原基分化期：此時(shí)頂端生長(zhǎng)點(diǎn)進(jìn)一步下凹，變寬，呈深杯狀，在花托盤底部產(chǎn)生若干個(gè)顆粒狀突起，即為雄蕊原基。本研究中，‘玉面桃花’雄蕊原基分化始于9月初(圖3e)，‘紅麗麗’為9月下旬(圖4e)，‘琉璃貫珠’8月初開始分化雄蕊原基(圖5e)。

雌蕊原基分化期：隨著雄蕊原基的伸長(zhǎng)，在花托盤的底部形成較大的圓形突起，即為雌蕊原基，雌蕊原基較雄蕊原基大的多。本研究中，‘玉面桃花’雌蕊原基分化始于9月中旬(圖3f)，‘紅麗麗’為10月初(圖4f)，‘琉璃貫珠’雌蕊原基分化最早，為8月中旬(圖5f)。

3個(gè)牡丹品種花芽分化各個(gè)時(shí)期起始時(shí)間見表2。

表2 3個(gè)牡丹品種花芽分化各時(shí)期起始時(shí)間

2.2 牡丹花芽分化過程葉片碳水化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

2.2.1 可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)

如圖6所示，在整個(gè)分化過程中，‘玉面桃花’‘紅麗麗’葉片中可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為先升高后下降的趨勢(shì)，而‘琉璃貫珠’前期較為平穩(wěn)，后期逐漸下降。‘玉面桃花’在萼片原基分化前期(7月7日)可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最大值，隨后至花瓣原基分化前期(8月6日)較為平穩(wěn)下降，8月6日至10月20日(雌雄蕊原基分化期)急速下降?！鹆ж炛椤瘡妮嗥只?6月7日)至雄蕊原基出現(xiàn)(8月6日)，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較為平穩(wěn)，隨后至10月20日處于下降趨勢(shì)?！t麗麗’在萼片原基分化后期(7月22)達(dá)到最大值，隨后一直處于下降趨勢(shì)。

2.2.2 淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)

如圖7所示，3個(gè)牡丹品種花芽分化過程中葉片中淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化基本一致，6月初至8月初保持平穩(wěn)，隨后開始急速下降，至10月底已降至較低水平。

3 結(jié)論與討論

花芽分化是有花植物發(fā)育中的關(guān)鍵階段，研究牡丹花芽分化機(jī)理對(duì)牡丹促成栽培及花期調(diào)控具有重要意義，未完成花芽分化的植株是無(wú)法進(jìn)行催花處理的[10]。牡丹花芽為混合芽，當(dāng)葉片分化結(jié)束后，從苞片原基出現(xiàn)至雌蕊原基出現(xiàn),大多數(shù)牡丹品種需要3個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間,而一些單瓣品種分化速度較快，可能不到2個(gè)月[11-14]。牡丹品種繁多，盡管花芽分化歷程相同，都遵循芽鱗原基、萼片原基、苞片原基、花瓣原基、雄蕊原基、雌蕊原基的順序依次分化，不同品種間分化時(shí)間及花器官結(jié)構(gòu)存在一定差異。而在本研究中觀察到，3個(gè)牡丹品種花芽分化開始的早晚不同，‘琉璃貫珠’早于‘玉面桃花’和‘紅麗麗’，此外，從苞片原基產(chǎn)生至雌蕊原基產(chǎn)生所需時(shí)間不同，‘琉璃貫珠’最短(77 d)，其次為‘玉面桃花’(88 d)，‘紅麗麗’最長(zhǎng)(102 d)。在本研究中，‘琉璃貫珠’花型為繡球型，有較多的瓣化雄蕊，故花瓣最多，花型最復(fù)雜，演化程度最高，但進(jìn)入花芽分化最早，從苞片原基分化至雌蕊原基分化所需時(shí)間最短，不同品種進(jìn)入花芽分化的時(shí)間及花芽分化的持續(xù)時(shí)間有所差異。楊正申等[15]通過對(duì)27個(gè)牡丹品種解剖觀察，根據(jù)心皮的排列及數(shù)目，雌、雄蕊瓣化情況將27個(gè)牡丹品種分為3個(gè)類型：“趙粉型”“洛陽(yáng)紅型”“櫻落寶珠型”。王蓮英[2]通過對(duì)5種不同花型的牡丹品種花芽形態(tài)觀察得出，重瓣性高的品種在雌雄蕊原基出現(xiàn)后，雌雄蕊原基會(huì)發(fā)生不同程度的瓣化，雄蕊原基瓣化多數(shù)發(fā)生在當(dāng)年年底至第二年年初，本研究中，10月底已可見‘琉璃貫珠’瓣化雄蕊，而其他兩個(gè)品種此時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)瓣化雄蕊。牡丹品種繁多，花型復(fù)雜，本研究?jī)H選用了3個(gè)不同花型牡丹品種，3個(gè)品種花芽分化雖有不同，但尚不足以了解不同品種、不同花型的牡丹品種花芽分化間是否存在一定規(guī)律，因此，還需進(jìn)一步探究。

花芽分化是一個(gè)復(fù)雜的過程，不僅受自身基因型調(diào)控，與所處環(huán)境條件也是密不可分的。許多研究表明，溫度是調(diào)節(jié)植物成花的重要因素[16]，3個(gè)牡丹品種開始花芽分化的時(shí)間雖不同，但均是在6月下旬之前進(jìn)入花芽分化，平均氣溫為27.5 ℃，且隨著花芽分化的進(jìn)行，氣溫逐漸升高，7月中旬平均氣溫達(dá)到最高值(30.5 ℃)，直到7月下旬平均氣溫仍較高(30 ℃)，根據(jù)石蠟切片結(jié)果，此時(shí)花芽寬度變化較小，進(jìn)入8月份氣溫逐漸下降，根據(jù)石蠟切片結(jié)果，8月份芽體寬度顯著增加，此時(shí)，3個(gè)牡丹品種處于花瓣分化期(‘玉面桃花’‘紅麗麗’)和雄蕊分化期(‘琉璃貫珠’)。溫度可能是牡丹花芽分化的重要因素，適宜的溫度可能是牡丹花芽分化起始及花器官發(fā)育的重要條件，然而除溫度外，光照、水分、營(yíng)養(yǎng)元素也是影響花芽分化的重要環(huán)境因素，因此，有關(guān)溫度對(duì)牡丹花芽分化的影響還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

植物開花過程的實(shí)現(xiàn)需要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及能量作基礎(chǔ)，碳水化合物作為植物體內(nèi)重要的能源物質(zhì)，與植物花芽分化的誘導(dǎo)關(guān)系密切[17-18]。李建安等[19]對(duì)油桐花芽分化期營(yíng)養(yǎng)變化研究中發(fā)現(xiàn)，葉片中可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著花芽分化的進(jìn)行先上升后下降；林榕燕等[20]研究發(fā)現(xiàn)，雜交蘭‘小神童’葉片中可溶性糖及淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在花芽分化前不斷升高，在小花原基分化期達(dá)到最高值，隨后不斷下降；張衡峰等[21]認(rèn)為，較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)可溶性糖和淀粉可以促進(jìn)番紅花花芽的分化和成花。本研究中，‘玉面桃花’‘紅麗麗’葉片中可溶性糖在花芽分化前至花芽分化期呈先升高后降低的趨勢(shì)，而‘琉璃貫珠’第一次采樣時(shí)已處于花芽分化期，其花芽分化期葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較為平穩(wěn)，直至雌蕊原基出現(xiàn)后可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)開始降低。本研究認(rèn)為，牡丹同其他植物一樣，花芽分化前會(huì)積累糖類物質(zhì)，為花芽分化順利進(jìn)行提供保障，隨著花芽分化的進(jìn)行，葉片中可溶性糖向花芽輸出，因此，葉片中可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低。此外，‘琉璃貫珠’從萼片分化期至雌蕊原基出現(xiàn)，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本保持不變，雌蕊原基出現(xiàn)后開始逐漸降低，而‘玉面桃花’‘紅麗麗’在雌雄蕊分化期，葉片中可溶性糖降低的幅度大大增加，其原因可能為雌雄蕊分化需要的能量更多，花芽消耗的可溶性糖增加，葉片中產(chǎn)生的可溶性糖更多的輸送到花芽，因此，葉片中的可溶性糖大幅降低。此外，葉片可溶性糖大幅降低始于8月初，此時(shí)，采樣地氣溫降低，葉片開始衰老，光合作用減弱，也有可能造成葉片中可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低[22-23]。莫寧捷[24]研究發(fā)現(xiàn)，在花芽分化過程中，牡丹葉片中的淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)從萼片原基分化期開始逐漸降低，水解為可溶性糖供花芽分化利用。而本研究中，從花芽分化開始至8月初，3個(gè)牡丹品種淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)均基本保持不變，8月初才開始逐漸降低，至11月初已降至極低水平。鄭國(guó)生[23]研究發(fā)現(xiàn)，4月底至8月初牡丹葉片中淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化平穩(wěn)，隨后開始降低，本研究與鄭國(guó)生[23]的研究結(jié)果一致，因此推測(cè)，淀粉作為能量的貯存與轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)可能是牡丹花芽分化的能源補(bǔ)充物質(zhì)，而不是直接能源物質(zhì)，如果植物葉片通過光合作用產(chǎn)生的可溶性糖等可直接利用的能源物質(zhì)可以滿足自身生長(zhǎng)代謝及花芽分化所需能量，則淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以維持動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，如果葉片中可溶性糖等不足以滿足花芽分化所需能量，則需消耗淀粉作為能量的補(bǔ)充，因此淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，這可能與牡丹品種、生長(zhǎng)環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)條件等有關(guān)，具體原因還需進(jìn)一步探究。