果树花芽分化机理研究进展

杨盛，白牡丹，高鹏，郭黄萍

(山西省农业科学院果树研究所/果树种质创制与利用山西省重点实验室，山西太原030031)

果树花芽分化机理研究进展

杨盛，白牡丹，高鹏，郭黄萍*

(山西省农业科学院果树研究所/果树种质创制与利用山西省重点实验室，山西太原030031)

花芽分化是由营养生长向生殖生长转变的生理和形态标志。介绍了果树花芽分化进程及形态特征、控制果树花芽分化的学说及果树花芽分化的分子机理。

果树；花芽分化；分化进程；形态特征；机理

花芽分化是指植物茎生长点由分生出叶片、芽转变为分化出花序或花朵的过程，是由营养生长向生殖生长转变的生理和形态标志，由花芽分化前的诱导阶段及之后的花序与花分化的具体进程所组成。一般花芽分化可分为生理分化、形态分化两个阶段。芽内生长点在生理状态上向花芽转化的过程，称为生理分化；花芽生理分化完成的状态，称作花发端；此后，便开始花芽发育的形态变化过程，称为形态分化。

1 果树花芽分化进程及形态特征

花芽分化过程与树体的营养生长有关。不同种类的果树其花芽分化过程及形态指标各异，仁果类果树花芽形态分化进程中，6月初以前处于未分化期，此期生长点狭小、光滑，生长点范围内均为排列整齐的原分生组织细胞。6月初至6月中旬为花芽分化初期，生长点逐渐增大变圆，呈扁平的半球体，此时为控制花芽分化的关键时期，也称为花芽分化临界期。6月中旬至7月初为花蕾分化期，肥大隆起的生长点变的不圆滑，出现突起状。苹果的中心突起较早、体积也较大；梨的周边突起较早，体积稍大，为侧花原基。7月初至7月中旬为花萼分化期，花原基顶部先变平坦，中间部分相对凹入，周围产生突起，为花萼原始体。7月中旬至7月下旬为花瓣分化期，在萼片原基内的基部发生突起体，即花瓣原始体。7月下旬至8月中上旬为雄蕊分化期，花瓣原始体内侧基部发生的突起即雄蕊原始体。8月中旬至9月上旬为雌蕊分化期：在花原始体中心底部所发生的突起即雌蕊。花芽分化的数量和质量对于果树的产量及品质有着重要的影响。果树在由营养生长向生殖生长的转化过程中受到许多因素的制约。

2 控制果树花芽分化的学说

2.1 C/N学说

20世纪初得到广泛试验证实的C/N(碳/氮)学说，认为植物包括果树体内糖类的积累是花芽分化的物质基础，用碳和氮的比值来表示。当碳氮比高时，有利于花芽分化。许多国内外学者通过大量的试验也证明了这一观点，认为在同化养分也就是糖类物质不足的情况下影响花芽分化的正常进行[1-4]。人们针对特定碳氮比与成花关系开始研究表明，充足的碳水化合物不仅能为成花提供大量能量，也为代谢过程反应的进行提供能量保证[5-6]。关于不同氮素形态与成花关系的研究表明，氮素供应充足的条件下，铵态氮促进成花，硝态氮则抑制成花，不同种类的氨基酸对于成花的作用不同，即不同形态氮素在成花过程中的具体作用不同。C/N学说为成花生理过程的研究起到了推动作用[7-9]。

2.2临界节位学说

临界节数学说是1970年Abbott D.L.在苹果花芽孕育研究中提出的，认为花芽孕育是在达到一定的节位后自发发生的过程，在花芽内的胚状新梢上具有一定的临界节数之后苹果花芽开始进行形态分化。花芽能否形成由节位形成的间隔期决定。随着研究的深入，许多果树开花的临界节位被找到，并对童期与临界节位的关系以及促花措施与实生树提早成花的机理展开了研究[11-12]。

2.3激素平衡学说

激素与成花关系的研究主要集中在单种激素与成花的影响和多种激素对成花关系的研究。众多研究结果表明，激素对花芽分化的顺利进行起着重要的调节作用。多数情况下，细胞分裂素(CTK)对成花有促进作用；赤霉素(GA3)在不同类型的植物体中对成花的作用有所区别，GAs对当年生植物有促进成花的作用，但对大多数果树的成花具有抑制作用。在当年生植物组织中发现GAs的合成受到吲哚乙酸(IAA)的调控，在多年生植物上，IAA与GAs有着明显的互作关系[13-18]。有研究表明，脱落酸(ABA)能够促进成花。环剥能够促进成花可能是由于阻断了树上部ABA通过韧皮部的向下运输过程，加速根部的ABA和CTK合成以及通过木质部向上运输，树上部ABA和CTK形成一定浓度后，提前达到花诱导平衡状态。也有研究表明，ABA诱导花芽分化可能是通过拮抗GAs，起到延缓茎的伸长作用而实现的。果树花芽分化的各个时期都受到激素的调控，极易受到环境条件的影响，体内激素种类含量和激素之间平衡关系都会对花芽分化的进行产生巨大的影响[19-23]。

2.4基因启动与花芽分化

遗传基因控制论认为，植物所有的细胞都具有相同的遗传密码，且具有细胞全能性。但是细胞的表达却不是在任意时期都表现的。比如控制花芽分化的基因，需要特定的外界刺激和内部各种生理调节后才进行表达。成花基因的相关研究有助于从根本上实现对成花过程的调控[24-27]。成花基因的启动对成花过程起着根本作用，成花过程具有遗传保守性，同时发现了一系列诱导花芽分化的基因(FT，SVP，SOC1，FLC等)。依据成花基因的同源性，可利用转基因诱导不同种属间植物开花[28-31]。然而，从基因启动到最终的花芽形成是一个十分复杂的过程。对花芽分化关键时期重要代谢酶活性和成花相关蛋白的研究，更有助于了解花芽形成过程中的内部生理变化，有助于从生理水平上对花芽分化过程进行深入研究[32]。

2.5成花素学说

成花素学说是1880年Sachs提出的，他认为植物营养生长过程中，叶片在合成碳水化合物和含氮化合物的同时，也合成一种成长激素，称为成花素。当成花素达到一定浓度时，能诱导碳水化合物贮藏在生长点细胞的原生质中，引起变质，形成花芽。近几年，随着分子生物学的发展，通过对模式物种的研究，认为FT蛋白最有可能就是成花素的组成成分。成花素是直接调节成花基因还是通过与激素相协同的多调控系统来实现对花芽分化的调控有待进一步研究。

2.6多因子控制理论

成花诱导过程受到多种化学物质、同化产物及植物激素的共同调控。研究发现，光周期、春化、GA调节、自主调节共同调节着植物的开花过程。糖除为成花提供能量外，还可能通过miR156及其靶基因，参与碳水化合物调节成花的过程。成花多因子控制理论对于成花过程研究具有较大的可适性[33-34]。

3 果树花芽分化的分子机理

3.1成花过程相关基因研究

近年来，研究人员主要通过遗传和分子生物学手段对成花过程的分子机理进行研究。利用的突变体主要有两种，即人工诱变和天然的突变产生的突变体。人工诱变的方法主要有甲基磺酸乙酯(EMS)化学诱变法、转移DNA(T-DNA)插入诱变法、转座子导入诱变法等。采用的技术主要有染色体步移、转座子标记、农杆菌感染的T-DNA标记、减法杂交、差异显示等。

刘芳等以9年生甜樱桃红灯(PrunusaviumL.‘Hongdeng’)为试材，研究外源赤霉素(GA3)、多效唑(PP333)对甜樱桃新梢生长及对赤霉素代谢关键基因表达的影响。对处于新梢生长期的红灯叶面喷施GA3100mg/L、 PP333300mg/L处理，发现GA3对新梢的生长有明显的促进作用，新梢生长量最高达到15.04cm，是对照组的2倍，红灯的内源赤霉素含量显著增加，并且在14天后达到最高，是对照组的2.2倍，之后呈现下降趋势；PP333对新梢的生长有明显的抑制作用，使内源赤霉素的含量呈现明显的下降趋势。用实时荧光定量PCR法检测时，发现经过GA3处理后，GA20ox和GA3ox这两种合成关键酶基因的转录受到抑制，经过PP333处理后GA20ox和GA3ox在转录水平的后期呈现上升趋势。在转录水平上进行不同处理后的赤霉素代谢关键酶GA2ox，均表现出与赤霉素含量类似的变化规律，这说明在甜樱桃内源GA3含量与合成代谢酶转录水平间，反馈调节机制可能发挥着重要作用，此结果可以为生产中采用基因工程手段控制营养生长，实现密植栽培提供理论参考[35-36]。

3.2碳水化合物相关基因研究

研究人员以浙江省富阳市千禧园艺场内未采用任何修剪及化学处理的翠冠梨(PyruspyrifoliaNakai)花芽为试材，探索翠冠梨处于休眠过程时碳水化合物含量变化及编码酶(如：α-淀粉酶、β-淀粉酶和α-葡聚糖磷酸化酶等)和碳水化合物代谢相关基因的表达模式。结果表明，随着翠冠梨花芽休眠的不断加深，可溶性糖含量呈现下降趋势，于11月15日时出现最小值。随着内休眠及其解除的过程中，可溶性糖含量不断增加，花芽中淀粉含量与可溶性糖含量的变化大体相同，只是花芽中淀粉含量的最小值出现的时间在年度间有所不同，花芽中的淀粉含量在花芽完全解除休眠前达到最高值后下降，PpAMY、PpBAM1、PpBAM2和PpPHS基因在内休眠阶段的表达不断增加，均出现高峰值，之后逐渐下降直到内休眠完全解除前水平。PpBAM2基因在此过程中结束表达，PpAMY、PpBAM1、PpPHS基因在之后又继续表达，认为PpAMY、PpBAM1、PpPHS基因和淀粉含量的变化存在某种关联，推断PpAMY、PpBAM1、PpPHS基因可能是翠冠梨花芽休眠期碳水化合物代谢的调控关键基因[37-38]。

4 展望

花芽分化是果树生命中复杂的形态建成过程，是从量变到质变的过程，是植物体内各种因素与环境相互协调的结果。随着分子遗传学研究的发展，运用现代遗传学理论和分子生物学手段，开展生理变化与基因调控的联系以及各种因子协调机理方面的研究将更加深入。

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S66-3

A

1002-2910(2017)06-0022-04

2017-02-03

国家现代农业产业技术体系建设专项资金项目(CARS-29-24)。

*

郭黄萍(1959-)，女，山西太原人，研究员，主要从事梨生理与栽培方面研究。

杨盛(1983-)，男，山西晋中人，助理研究员，主要从事梨生理与栽培方面研究。E-mail：ys20080808@163.com

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