海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程觀測及其生理生化變化特征

張詩艷，張毛毛，張 濤，葉清華，謝 倩，陳清西

(福建農林大學 園藝學院，福州 350002)

海南蒲桃[Syzygiumcumini(L.) Skeels.]為桃金娘科(Myrtaceae)蒲桃屬(Syzygium)常綠喬木，又稱烏墨，為熱帶和亞熱帶珍貴樹種，適應性強，被用作中國海南、云南、廣西、廣東、福建等地區(qū)生物防火林帶和觀賞綠化樹種栽培[1]。海南蒲桃為南方常用行道樹，其花量大，結實率高，成熟后大量落果，被踩踏后流出紫黑色汁液，影響路面清潔，因此如何通過調控海南蒲桃花量進而減少掛果量，是亟待解決的問題。

花芽分化是營養(yǎng)生長向生殖生長轉化的開端，與開花時間密切相關[2]，分化正常與否決定著植物能否健康成花并發(fā)育成正常果實[3]。目前，已有玉蘭[4]、絳柳[5]等綠化植物花芽形態(tài)分化過程劃分的研究報道，還有銀杏[6, 7]花芽形態(tài)分化過程和期間內源激素、碳水化合物和礦質營養(yǎng)變化的研究報道，為花芽分化機理的研究奠定了基礎。因此，研究植物花芽分化過程與營養(yǎng)、激素水平，對了解花芽分化過程生理生化變化及指導控制花果量和制定栽培管理措施具有重要意義。

本研究通過對海南蒲桃花芽形態(tài)結構及相關生理生化指標的觀測，分析海南蒲桃花芽分化過程中形態(tài)、營養(yǎng)物質與內源激素特征，以及花芽分化過程及生理生化變化，以期為海南蒲桃花果量調控和栽培管理提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試花序、花芽采自福建農林大學校區(qū)的海南蒲桃，樹體長勢良好，無病蟲害。

1.2 試驗方法

1.2.1 采樣與處理2019年4月3日對長勢一致的花序進行掛牌，并進行第一次采樣，此后每隔6～8 d采樣1次，每次采集花序40個。其中，部分花序直接進行形態(tài)結構觀測；部分花序分離花芽和花柄，洗凈擦干，液氮處理后于-40 ℃冰箱保存，用于生理指標測定。

1.2.2 形態(tài)結構觀測用精度為0.01 mm的游標卡尺測量花芽的長度和寬度，并在掃描儀(HP G4050)4800 dpi分辨率下采集圖片。參照李建霞等[8]的方法稍作修改制作冰凍切片：采用包埋劑包埋新鮮花芽，在冷凍切片機(LEICA CM1950)中-24 ℃冷凍1 h后，切取20 μm薄片，撈片后再展片。用倒置熒光顯微鏡(LEICA DMI8 物鏡×5、×10、×20、×40)進行普通光源鏡檢，采集圖像。

1.2.3 生理指標測定參考《植物生理生化實驗原理與技術》[9]，采用蒽酮比色法測定花芽和花柄可溶性總糖、淀粉含量，采用考馬斯亮藍G-250法測定蛋白質含量。采用酶聯免疫吸附法(ELISA)測定內源激素赤霉素(GA3)、脫落酸(ABA)、吲哚乙酸(IAA)和玉米素(ZT)含量，ELISA檢測試劑盒由上海優(yōu)選生物公司提供。

1.3 數據處理與分析

采用Excel 2016進行數據記錄整理與作圖，采用DPS 7.5進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程及內、外部形態(tài)結構變化特征

2.1.1 花芽形態(tài)分化過程及內部結構特征海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程劃分為7個階段，各階段對應的日期和花芽內部結構特征如圖1所示。(1)花序原基分化期：頂端分生組織細胞體積增大，向上突起呈平滑圓弧形，隨著生長錐細胞的分裂和生長，分化形成花序原基In(圖1，A)。(2)小花原基分化期：花序原基生長點細胞不斷分裂，表面積增大，分化出1～3個突起的小花原基Fl(圖1，B)。(3)萼片原基分化期：小花原基中心下凹，四周突出形成萼片原基Se(圖1，C)。(4)花瓣原基分化期：萼片原基內側的小花原基在邊緣處形成突起，為花瓣原基Pe(圖1，D)。(5)雄蕊原基分化期：花瓣原基內側產生新的突起，向腔內彎曲，即為雄蕊原基St(圖1，E)。(6)雌蕊原基分化期：小花原基的中心部位出現新的突起為雌蕊原基Pi(圖1，F)。(7)雄蕊雌蕊形成期：雌蕊原基高度開始超過雄蕊原基，雄蕊雌蕊原基細胞繼續(xù)進行生長分化，雄蕊原基頂端分化形成花藥，基部形成花絲；雌蕊原基向上分化形成花柱和柱頭，向下在花托中形成子房(圖1，G～I)。至此，海南蒲桃花芽分化基本完成。

A.花序原基分化期(4月3日)；B.小花原基分化期(4月3日-4月11日)；C.萼片原基分化期(4月11日-4月18日)；D.花瓣原基分化期(4月18日-4月25日)；E.雄蕊原基分化期(4月25日-5月2日)；F.雌蕊原基分化期(5月2日-5月8日)；G～I.雄蕊雌蕊形成期(5月8日-6月2日)。In.花序原基；Fl.小花原基；Se.萼片原基；Pe.花瓣原基；St.雄蕊原基；Pi.雌蕊原基；An.花藥；Sty.花柱；Ov.子房；Re.花托圖1 海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程A. Inflorescence primordium differentiation period(April 3); B. Floret primordium differentiation period(April 3 - April 11); C. Sepal primordium differentiation period(April 11 - April 18); D. Petal primordium differentiation period(April 18 - April 25); E.Stamen primordium differentiation period(April 25 - May 2); F. Pistil primordium differentiation period(May2 - May 8); G～I. Stamen and pistil formation period(May 8 - June 2). In. Inflorescence primordium; Fl. Floret primordium; Se. Sepal primordium; Pe. Petal primordium; St. Stamen primordium; Pi.Pistil primordium; An.Anther; Sty. Style; Ov. Ovary; Re. Receptacle.Fig.1 Flower bud morphological differentiation of S. cumini

2.1.2 花芽外部形態(tài)的變化特征海南蒲桃花序芽位于花序軸各分枝的頂端，花序芽又可分化形成3個小花芽，位于中間的為頂芽，兩側為側芽，整個花序呈圓錐狀。從2019年4月3日到6月2日，海南蒲桃花芽從花序原基形成到分化結束的時間跨度為60 d。期間，花芽大小和形狀隨著分化的進行發(fā)生了明顯變化(圖2)；頂芽和側芽的長寬變化趨勢基本一致，花芽長度均呈“快—慢”趨勢增加，寬度均呈“快—慢—快”趨勢增加(圖3)。具體變化為：4月3日，處于花序原基分化期的海南蒲桃花序軸各分枝的頂端為單一花序芽(圖2，A)；4月11日，小花原基分化期的花序軸各分枝伸長，花序芽已經分化形成1～3個小花芽(圖2，B)；4月18日，萼片原基分化導致花芽上部較花托處明顯膨大，成為萼筒(圖2，C)；4月25日，處于花瓣原基分化期的花芽其縱切面出現空腔(圖2，D)，顏色較淺；5月2日，處于雄蕊原基分化期的花芽縱切面顯現2片深色(圖2，E 箭頭所示)，為雄蕊形成部位；5月8日，處于雌蕊原基分化期的花芽中軸部位形成淡綠色花柱(圖2，F)；5月16日和5月22日，雄蕊雌蕊形成期之間花芽越來越飽滿(圖2，G～H)；6月2日，花芽明顯變黃，形成完整的雌雄蕊，部分花芽發(fā)育到即將開花的狀態(tài)，花絲頂開上部覆蓋的圓形帽狀體(圖2，I 箭頭所示)，此時頂芽和側芽的寬度均顯著增加，表明花芽完成分化即將開放時會橫向膨大。

圖2 海南蒲桃花芽分化過程中外部形態(tài)的變化Fig.2 Changes of the external morphology of flower buds of S. cumini during its differentiation

此處所測花芽長寬為小花原基分化期后分化出的小花芽的長寬。不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同圖3 海南蒲桃花芽分化過程中長度和寬度的變化Length and width measured are the length and width of flower buds after the floret primordium differentiation period. Different letters indicate significant differences at 0.05 level. The same as belowFig.3 Length and width of flower buds of S. cumini during its differentiation

2.2 海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程中營養(yǎng)物質含量變化特征

首先，海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程中，花芽可溶性糖含量呈先下降后上升的變化趨勢，花柄可溶性糖含量呈先下降后上升再下降趨勢(圖4，A)。其中，4月3日至4月25日，花芽和花柄可溶性糖含量都顯著降低，分別達到最低值4.47 mg/g和3.88 mg/g，說明從小花原基開始分化到花瓣原基分化完成，花芽和花柄均需消耗大量可溶性糖；自5月16日起，花芽可溶性糖含量顯著上升并于6月2日達最高水平(11.78 mg/g)，花柄可溶性糖含量則顯著下降，說明花芽形態(tài)分化基本完成時，花芽積累大量可溶性糖有利于開花。

其次，海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程中，花芽淀粉含量呈先下降后上升趨勢，花柄淀粉含量則呈先上升后下降再上升趨勢(圖4，B)。其中，4月11日至4月25日，花芽淀粉含量處于較低水平，花柄淀粉含量顯著上升，并在4月25日達到最高值(9.33 mg/g)；4月25日至5月8日，花芽淀粉含量顯著上升，而花柄淀粉含量顯著下降，并于5月8日達到最低值(4.70 mg/g)；之后，花芽淀粉含量先降后升，花柄淀粉含量則持續(xù)顯著上升，均在6月2日達到最高水平，此時花芽形態(tài)分化基本完成。說明海南蒲桃花芽形態(tài)分化前期和雄蕊雌蕊形成期，花芽大量消耗積累的淀粉，而花芽進入雄蕊雌蕊形成期和開花需要積累淀粉。

另外，海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程中，花芽蛋白質含量呈先上升后下降趨勢，花柄蛋白質含量總體呈下降趨勢(圖4，C)。到其花芽形態(tài)分化基本完成時(6月2日)，花柄蛋白質含量處于極低水平，而花芽蛋白質卻大量積累。

2.3 海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程中內源激素含量及比值的變化特征

2.3.1 GA3、ABA、IAA、ZT含量在整個海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程中，花芽和花柄GA3含量分別在0.56～0.68 ng/g和0.58～0.71 ng/g間變化，GA3含量始終處于較低水平且較為穩(wěn)定(圖5，A)。

花芽和花柄ABA含量均呈近似“W”型變化趨勢(圖5，B)。在雄蕊原基和雌蕊原基分化期間，花芽ABA含量于5月2日達到最高值(915.33 ng/g)，花柄ABA含量于5月8日達到最高值(801.53 ng/g)。

圖5 海南蒲桃花芽和花柄內源激素含量的變化Fig.5 Changes of endogenous hormone contents in flower buds and pedicels of S. cumini during its differentiation

花芽和花柄IAA含量分別在47.15 ～71.05 ng/g和40.98 ～64.88 ng/g間波動變化，每次波動幅度都達到顯著水平；花芽和花柄IAA含量的變化趨勢從4月3日至4月25日幾乎同步，自4月25日進入雄蕊原基分化期后，兩者的變化趨勢相反(圖5，C)。

花芽ZT含量先波動變化再緩慢上升，而花柄ZT含量呈先上升后下降再上升趨勢；相較分化之初，花芽形態(tài)分化基本完成時花芽和花柄ZT含量均顯著提高，其中花芽ZT含量達到最高值54.27 ng/g(圖5，D)。

2.3.2 花芽內源激素比值由表1可知，在海南蒲桃花芽分化過程中，花芽ABA/GA3比值較大，始終遠高于同期其他內源激素比值，并呈先下降后上升、再下降再上升的變化趨勢，與ABA含量變化趨勢相同，且分化前后差異顯著；花芽ABA/IAA比值相對較低，并也呈先下降后上升、再下降再上升的趨勢，且變幅相對較??；花芽ZT/GA3比值處于較高水平，并呈波動變化，在雄蕊雌蕊形成期期間(5月22日)達到最大值為94.38，與其他時期花芽ZT/GA3比值差異顯著；花芽ZT/IAA比值在各比值中最小，呈較小的波動變化趨勢，且分化前后ZT/IAA比值水平無顯著差異。以上結果表明，海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程中，花芽ABA/GA3和 ZT/GA3比值均顯著增大，ABA/IAA比值稍有減小。

表1 海南蒲桃花芽分化過程中內源激素比值的變化

3 討 論

3.1 海南蒲桃花芽形態(tài)分化階段的劃分

植物花芽形態(tài)分化過程的劃分沒有明確的標準，但多以花芽內各原基出現的順序作為劃分依據，分化順序一般為萼片、花瓣、雄蕊和雌蕊[10]。海南蒲桃為花序型植物，且小花為兩性花，花芽形態(tài)分化過程被劃分為7個階段，與馥郁滇丁香‘香妃’[11]、藍花丹[12]等花芽形態(tài)分化規(guī)律基本相似，明顯與單生花型植物如杏李[13]和雌雄異株型植物如栝樓[14]的花芽形態(tài)分化規(guī)律存在差異。喬永剛等[15]認為，花芽分化過程中花芽外形與內部結構存在相關性，相鄰分化階段存在一定的重疊現象。本研究中，海南蒲桃花芽內外形態(tài)結構也存在對應關系，并據此劃分了各階段發(fā)生的時間，發(fā)現萼片原基分化期與花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期與雌蕊原基分化期在時間上也存在部分重疊現象。花芽形態(tài)建成是非常復雜的過程，花芽形態(tài)分化規(guī)律不僅取決于植物自身遺傳性，還會受外界環(huán)境條件的影響，如光周期、溫度和氣候等[16-17]，樹冠上不同部位的花芽受樹體營養(yǎng)分配規(guī)律的影響[18]，也會導致分化時間上存在差異。

3.2 海南蒲桃花芽形態(tài)分化與營養(yǎng)物質含量的關系

碳水化合物是花芽分化過程中重要的營養(yǎng)物質和能量來源[19]。張綠萍等[20]研究發(fā)現，蓮霧花芽分化過程中葉片碳水化合物含量顯著下降，認為可能是蓮霧花芽分化消耗所致。本研究中，海南蒲桃花芽和花柄碳水化合物含量在分化過程中都顯著升高，由此推測海南蒲桃花芽形態(tài)分化和花柄生長發(fā)育消耗的碳水化合物主要由葉片輸入補充，這同時也體現了花序與周圍葉片為“庫”和“源”的關系，“源”為“庫”提供營養(yǎng)物質[21]。本研究發(fā)現，海南蒲桃花芽形態(tài)分化初期和雄蕊雌蕊形成期，花芽可溶性糖和淀粉含量較高，這與張麗杰等[22]研究結果一致，說明花芽進入形態(tài)分化和開花都需要積累大量的碳水化合物。

蛋白質是細胞增殖、形態(tài)建成和生命活性的物質基礎，是花芽分化過程中必需的結構物質和營養(yǎng)物質[23]。植物花芽分化過程中蛋白質含量增加[24]，為花芽分化提供物質保障。海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程中花芽、花柄的蛋白質含量變化呈現互補趨勢，因此推測海南蒲桃花芽需要從花柄中轉運大量蛋白質，而花柄發(fā)育只需要較低水平的蛋白質。海南蒲桃花芽分化的順利進行和開花需要積累大量蛋白質，主要用于各原基形態(tài)結構的維持。

3.3 內源激素對海南蒲桃花芽形態(tài)分化的調控

植物花芽分化過程受到多種激素的調控，一般認為赤霉素對花芽分化起抑制作用，細胞分裂素對花芽分化起促進作用，脫落酸和生長素對花芽分化的作用沒有統(tǒng)一認識[25]。莫文娟等[13]研究認為，高水平的ABA可能引起枝條停長，與GA3形成拮抗，有利于花芽分化；張寧等[26]研究發(fā)現，高水平的ZT促進花芽分化。本研究結果顯示，海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程中，花芽GA3含量低且較穩(wěn)定，ABA、ZT含量較高，這與前人研究結果一致，因此認為高水平的ZT、ABA和低水平GA3有利于海南蒲桃的花芽形態(tài)分化。

同時，花芽形態(tài)分化并非由單一激素決定，激素間存在著互相協同和拮抗的作用，是一個復雜的調控過程[19]。趙通等[27]研究發(fā)現‘李光杏’花芽分化過程中花芽內ABA/IAA、ZR/IAA及ABA/GA的比值升高；覃喜軍等[28]研究發(fā)現羅漢果花芽分化過程中花芽內ABA/IAA、ZR/IAA比值穩(wěn)定，認為高比值的ABA/GA3、ZR/GA3有利于其花芽分化。本研究中高水平的ABA/GA3、ZT/GA3也有利于海南蒲桃花芽形態(tài)分化的進行。

4 結 論

本研究將海南蒲桃花芽形態(tài)分化過程劃分為7個階段：即花序原基分化期、小花原基分化期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期和雄蕊雌蕊形成期。海南蒲桃花芽形態(tài)分化和開花均需要積累大量的可溶性糖、淀粉和蛋白質，低含量的GA3，高含量的ZT、ABA、IAA及高水平的ABA/GA3、ZT/GA3比值有利于海南蒲桃花芽形態(tài)分化。因此，在海南蒲桃花果量調控和栽培管理中，可以考慮外施GA3來打破花芽GA3的穩(wěn)定水平，降低ABA/GA3、ZT/GA3比值，達到抑制海南蒲桃花芽分化的效果。