豬牙花更新芽年生育進程及鱗莖營養(yǎng)物質含量的變化

劉雪蓮，蔣明格，朱俊義，齊 跡

（1.通化師范學院生命科學學院，吉林通化 134002；2.吉林省長白山生物種質資源評價及應用重點實驗室，吉林通化 134002；3.通化市二道江區(qū)農業(yè)農村局，吉林通化 134000）

豬牙花(Erythronium japonicumDecne)是百合科(Liliaceae)豬牙花屬(Erythronium)多年生草本植物，別名車前葉山慈姑，俗名山芋頭、老母豬牙、野豬牙等，生于海拔300～1 500 m 腐殖質肥沃的山地林下，林緣灌叢或溝邊，主要分布在中國東北、朝鮮、日本、俄羅斯(遠東地區(qū))[1-2]。豬牙花嫩葉可食，鱗莖營養(yǎng)豐富，味道鮮美，淀粉含量高，在日本主要用于制作上等壽司，具有很高的保健和藥用價值[2]。豬牙花是長白山地區(qū)林下早春類短命植物類群的主要組成成分，地上部生育期極短僅40～60 d，但花期相對較長，且花大，色彩艷麗，花期可填補早春時節(jié)的空白，具有很好的觀賞價值，逐漸成為園林早春綠化的新寵。目前有關豬牙花的研究主要集中在生物與生態(tài)學特性[3-6]、種子生物學特性[7-11]、種球生物學特性[12-13]、花器官與繁育系統(tǒng)[14]、花芽分化[15]等方面。但豬牙花更新芽年生育進程及不同時期貯藏器官鱗莖的生理變化并不清楚，從而制約了栽培生產中的花期調控、種苗繁育、栽培管理等。本研究以豬牙花更新芽地上生育期和休眠期的鱗莖為研究對象，采用解剖和掃描電鏡法觀察更新芽形態(tài)發(fā)育進程，同時測定更新芽不同生育期鱗莖中的淀粉、可溶性總糖、可溶性蛋白含量，以明確豬牙花更新芽的年發(fā)育進程，探究不同發(fā)育階段鱗莖碳水化合物及可溶性蛋白含量的動態(tài)變化，揭示豬牙花生長發(fā)育的生理機制，以期為豬牙花馴化、繁育、栽培管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用豬牙花生長于長白山脈通化段老嶺山脈和龍崗山脈之間的馱道嶺(125°55'45″～59″E，41°37'55″～59″N，海拔700～750 m)，于地上植株枯萎后將地下鱗莖移植至通化師范學院實踐栽培基地(125°58'49.63″E，41°44'47.04″N，海拔429 m)。

1.2 方法

1.2.1 更新芽年生育期觀察 在豬牙花更新芽地上生育期(4 月初萌土開花至5 月中旬地上部枯萎)，每隔10 d于天然林下挖取大小一致的鱗莖10個，觀察鱗莖生長發(fā)育情況。地上部枯萎死亡后，將地下鱗莖挖出800 株，移植在通化師范學院實踐基地的栽培床中，用于后續(xù)的連續(xù)取樣。從移植開始每隔3 d 取樣1 次，觀察到更新芽分化完畢后，間隔20 d取樣1次，直至土壤上凍。每次取10個鱗莖，將鱗莖用FAA固定液(70%乙醇∶甲醛∶冰乙酸=90∶5∶5)固定48 h以上，解剖觀察更新芽發(fā)育狀態(tài)，并用掃描電子顯微鏡觀察拍照[16]。

1.2.2 鱗莖營養(yǎng)物質含量的測定 將更新芽不同發(fā)育時期的鱗莖3 個用液氮速凍、-80 ℃超低溫冰箱保存，用于可溶性蛋白含量的測定，另取3個鱗莖于80 ℃烘干、粉碎，用于營養(yǎng)物質含量的測定，各重復3次。其中淀粉含量、可溶性總糖含量采用蒽酮比色法；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法[17]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013對數(shù)據(jù)進行處理；用SPSS 25.0進行方差分析及Duncan 多重比較（p＜0.05時，表示差異顯著），使用Graphpad prism 5.0作圖，使用Adobe photoshop CS 6.0對圖片進行處理。

2 結果與分析

2.1 豬牙花更新芽年生長發(fā)育進程及形態(tài)特征

由表1可知，經連續(xù)取樣觀察發(fā)現(xiàn)，4月11日-5月19日為更新芽地上生活周期，整個地上生活周期可分為5個階段，分別為初花期、盛花期、初果期、盛果期和枯萎期。豬牙花更新芽在4月初萌土開花，此時地下鱗莖已開始更新生長，新鱗莖逐漸膨大，到盛花期時新鱗莖已撐破母鱗莖，母鱗莖由于地上器官和新鱗莖的生長，營養(yǎng)物質不斷被消耗而變空癟(圖1a)，到地上部枯萎時完全消失被新鱗莖所取代。

表1 豬牙花更新芽年生育進程Table 1 The growth and development process of renewal bud of E.japonicum

5 月中下旬地上部枯萎至6 月30 日為更新芽分化期，雖進入夏眠期，但地下鱗莖并沒有休眠，而是進行更新芽的形態(tài)分化，經解剖觀察發(fā)現(xiàn)，鱗莖最內層鱗葉基部的分生組織開始分化更新芽，到6 月30 日分化結束。根據(jù)分化進程和形態(tài)特征可分為葉片分化期、花原基分化期、花被分化期、雄蕊分化期、雌蕊分化期。分化過程及形態(tài)特征如圖1 和圖2，首先莖尖分生組織分化出更新芽的2 枚對生的葉原基(圖1b、圖2a)，隨后生長點膨大形成球形的花原基(圖2b)；花原基生長迅速，在原基的基部依次分化出2輪花被片，共6枚，呈三角形排列(圖2c、圖2d)，同時兩輪雄蕊原基也相繼發(fā)生，外輪的3枚原基較小，內輪的3枚原基較大(圖1c、圖2d)；雄蕊原基發(fā)生后，花原基頂端剩余部分逐漸生長并向下凹陷而呈三角形，形成雌蕊原基(圖2e)。在整個形態(tài)分化期間，更新芽芽體伸長緩慢，至形態(tài)分化完成（6月30日）時，芽體長度僅為0.359 cm，芽體外觀呈圓錐狀（圖1d），芽體基部可見明顯的腋芽原基分化，此腋芽原基為翌年的鱗莖更新和更新芽的分化做準備(圖1e、圖2f)。

圖1 豬牙花更新芽年生育進程Figure 1 Annual growth and development process of renewal bud of E.japonicum

圖2 豬牙花更新芽器官分化（掃描電鏡觀察）Figure 2 Organ differentiation of renewal bud of E.japonicum (SEM)

7 月6 日-11 月4 日為更新芽發(fā)育期，此階段葉片和花器各部生長發(fā)育迅速，芽體長度也快速增長，9 月22日芽體長度可達1.713 cm，11 月4 日土壤上凍時更新芽芽長可達3.876 cm，長度已接近或超出鱗莖(圖1f)，隨后進入長達4個月的冬眠期。

2.2 豬牙花更新芽年生育進程中鱗莖淀粉含量的變化

由圖3 可知，鱗莖淀粉含量在豬牙花更新芽地上生育期呈先升高后下降趨勢變化，5 月9 日盛果期含量達到峰值，5 月19 日生育末期含量最低，各時期含量差異不顯著。進入更新芽地下分化期時，鱗莖淀粉含量隨更新芽的分化也呈先上升后下降的趨勢變化，在5 月28 日葉片分化期含量最低，6 月9 日花原基分化期含量緩慢上升，于6 月17 日花被分化期快速升高，達到峰值，與葉片分化期(5 月28 日)相比，提高291.24%。而后在雄蕊分化期和雌蕊分化期持續(xù)下降，但與分化初期(葉片分化期、花原基分化期)相比仍維持在較高的含量水平。6月30日更新芽分化完成后，芽體進入地下發(fā)育階段，此階段鱗莖中淀粉含量呈波動變化，且變化幅度劇烈，7月6日至9月22日之間淀粉含量下降迅速，10月30日顯著回升后又下降。

圖3 豬牙花更新芽年發(fā)育進程中鱗莖淀粉含量變化Figure 3 Change in content of starch in bulb during the annual growth and development of renew bud of E.japonicum

2.3 豬牙花更新芽年生育進程中鱗莖可溶性總糖含量的變化

由圖4可知，鱗莖可溶性總糖含量在整個更新芽地上生育期內呈波動變化，5月9日盛果期含量最高，生育末期（5 月19 日）次之，二者之間無顯著差異，但與其他發(fā)育階段相比差異顯著(p＜0.05)。隨后在5 月28 日鱗莖開始分化更新芽時陡然下降，在整個更新芽分化期，鱗莖內可溶性總糖含量逐漸升高，在雌蕊分化期(6月30日)時達到該發(fā)育階段的最高值。更新芽分化完成后鱗莖可溶性總糖含量又急劇下降，在7月6日含量最低，隨后波動上升，到11月4日進入冬眠期時含量達到地下發(fā)育期的最高水平。

圖4 豬牙花更新芽年發(fā)育進程中鱗莖可溶性總糖含量變化Figure 4 Change in content of total soluble sugar in bulb during the annual growth and development of renew bud of E.japonicum

2.4 豬牙花更新芽年生育進程中鱗莖可溶性蛋白含量的變化

由圖5 可知，更新芽地上生育期階段，鱗莖可溶性蛋白含量呈波動變化，于5 月9 日盛果期含量最高，5 月19 日生育末期含量顯著下降(p＜0.05)。在豬牙花更新芽分化階段鱗莖可溶性蛋白含量呈先上升后下降的趨勢變化，于雄蕊分化期(6 月20 日)含量達到最高，雌蕊分化期時可溶性蛋白含量較雄蕊分化期顯著下降(p＜0.05)。進入更新芽地下發(fā)育階段后，鱗莖可溶性蛋白含量整體呈上升趨勢，9月22日以后維持在較高的水平。

圖5 豬牙花更新芽年發(fā)育進程中鱗莖可溶性蛋白含量變化Figure 5 Change in content of soluble protein in bulb during the annual growth and development of renew bud of E.japonicum

3 討論與結論

試驗結果表明，豬牙花更新芽地上生長期短暫，約為40 d，在展葉、開花、結實過程中，地下鱗莖進行更新，新鱗莖膨大，積累地上葉片光合作用產生的營養(yǎng)，在地上部枯萎死亡時代替母鱗莖。豬牙花更新芽的形態(tài)發(fā)生是在地上部枯萎后開始的，鱗莖不經夏眠而是直接進行更新芽的分化，約1 個半月形態(tài)分化完成，隨即進行各器官的發(fā)育，到11月4日土壤上凍時，更新芽發(fā)育成熟，進入冬眠。這一結果與同為早春類短命植物的伊貝母[18-19]、新疆貝母[18]及郁金香[20-21]研究結果一致。

淀粉是豬牙花鱗莖的主要貯藏性碳水化合物，在豬牙花更新芽的分化、發(fā)育過程中起到營養(yǎng)物質“源”的作用。本試驗研究發(fā)現(xiàn)豬牙花鱗莖在更新芽地上生育期階段，淀粉含量在初花期、盛花期、初果期含量較低，增長緩慢，而盛果期時含量最高，生育末期含量又快速下降。其原因可能為：一是生育前期受環(huán)境條件、葉面積等因素影響，葉片光合同化能力不強，積累養(yǎng)分速度慢；二是初花期新鱗莖已開始更新生長，需要消耗淀粉，在盛果期時葉面光合能力增強，新鱗莖也已完成更新，所以鱗莖貯藏的淀粉會顯著增加；而在生育末期時，葉片衰老及林冠層郁閉、光照減弱導致葉片光合能力下降，同時果實快速發(fā)育需消耗大量貯藏淀粉，所以造成生育末期鱗莖淀粉含量快速下降。在更新芽地下分化階段，鱗莖淀粉含量在分化中后期(花被分化期、雄蕊分化期、雌蕊分化期)含量處于較高水平，這一結果與孫乃波等[22]在草莓花芽分化過程中葉片淀粉含量變化及汪曉謙等[23]在郁金香花芽分化過程中鱗莖淀粉含量的變化趨勢基本一致。更新芽進入地下發(fā)育期后，鱗莖淀粉含量下降迅速，可能與更新芽快速發(fā)育消耗有關。9月22日以后鱗莖淀粉含量處于較低的水平，可能與大量淀粉分解為可溶性糖以提高細胞液的濃度來抵御低溫有關。

可溶性總糖是鱗莖可以直接利用和運輸?shù)酿B(yǎng)分存在形式，是植物生理變化過程的重要代謝產物，其含量反映植物體內可利用物質和能量的供應基礎[24]。本試驗結果表明，在豬牙花更新芽地上生育周期中，盛果期鱗莖可溶性總糖含量明顯升高，其原因可能與調節(jié)果實發(fā)育有關。在更新芽地下分化期剛開始時，鱗莖可溶性總糖含量相比于地上生育末期含量陡然下降，隨分化進程的推進含量又逐漸升高，說明鱗莖在更新芽分化剛開始時代謝最旺盛，大量可溶性糖被消耗，其原因可能與鱗莖是更新芽分化所需營養(yǎng)的“庫”有關，這一結果與張綠萍等[25]研究發(fā)現(xiàn)，蓮霧花芽分化過程中葉片碳水化合物含量顯著下降一致。更新芽分化完成后鱗莖可溶性總糖含量又急劇下降，而后波動上升，到11月4日含量達到地下發(fā)育期的最高水平，出現(xiàn)“低溫糖化”現(xiàn)象，其原因可能與鱗莖通過調節(jié)可溶性總糖含量增加細胞質濃度，使冰點降低，防止細胞內結冰和凍害的發(fā)生有關[26-27]。

可溶性蛋白質作為一種結構物質，對各種物質的合成起到重要作用，是器官形態(tài)建成的物質基礎。在植物花芽分化過程中常伴隨蛋白質合成過程的增強[28]。本研究結果表明，在更新芽形態(tài)分化期間鱗莖可溶性蛋白質含量呈增加的趨勢，說明可溶性蛋白與可溶性糖均是豬牙花更新芽分化的重要營養(yǎng)物質。更新芽地下發(fā)育期鱗莖可溶性蛋白含量整體呈上升趨勢，9月22日以后維持在較高的含量水平，可能與植物對低溫傷害的防御性生理響應有關。

綜上所述，豬牙花更新芽年生育進程可分為4個時期，分別為地上生育期、地下形態(tài)分化期、地下形態(tài)發(fā)育期、冬眠期。豬牙花鱗莖營養(yǎng)物質含量隨年生育進程的推進而不斷調節(jié)，在更新芽地上生育期的盛果期時鱗莖營養(yǎng)物質含量大量積累，而在更新芽地下分化期營養(yǎng)物質消耗較大，更新芽地下發(fā)育期間，營養(yǎng)物質含量呈波動變化，可溶性總糖和可溶性蛋白含量在冬眠前含量處于較高的水平。