3种木兰属植物花芽分化时期及形态变化1)

2018-01-15范李节陈梦倩王宁杭申亚梅张寿洲

东北林业大学学报 2018年1期

范李节陈梦倩王宁杭申亚梅张寿洲

(浙江农林大学，临安，311300) (深圳市中国科学院仙湖植物园)

木兰属(Magnolia)植物在我国栽培历史悠久，种质资源丰富，其树形秀丽，花色多样，极具观赏价值[1]。望春玉兰(M.biondii)、白玉兰(M.denudata)和‘红运二乔玉兰’(M.×soulangeana‘Red lucky’)是木兰属中常见的种类，作为春季开花植物在园林中被广泛应用。3种玉兰花先于叶开放，花期2—3月份，望春玉兰早于白玉兰和‘红运二乔玉兰’。望春玉兰花被片9枚，外轮3片呈萼片状，内两轮花被片白色，外面中基部具有不同程度浅紫红色[2]。白玉兰花被片9枚，花色洁白，基部常带粉红色，适应性强，分布范围广；二乔玉兰(M.×soulangeana)是白玉兰和紫玉兰(M.liliiflora)的杂交种，‘红运二乔玉兰’是其芽变品种，其花被片9枚，大小、形状、颜色多变，为优良的庭园树种[3]。

花芽分化是植物重要的物候期之一，是植物从营养生长转变为生殖生长的转折点[4]。花芽分化的数量和质量是以后开花和结实的基础[5]，花是玉兰重要的观赏性状，了解和掌握花芽分化过程对玉兰的花期调控、繁殖育种具有重要的意义。目前，木兰科植物的花芽分化过程研究主要集中在鹅掌楸属(Liriodendron)和木兰属中的常绿类木兰，例如，中国鹅掌楸(L.chinese)[6]、北美鹅掌楸(L.tulipifera)和香港木兰(M.championii)、山玉兰(M.delavayi)、荷花玉兰(M.grandiflora)、长叶木兰(M.paenetalauma)[7]的花芽分化过程。落叶类玉兰的花芽分化研究较少，本研究以望春玉兰、白玉兰和‘红运二乔玉兰’3种木兰属落叶类玉兰为研究对象，希望能揭示其花芽分化过程，掌握分化规律，以期对木兰属植物的花期调控和品种选育提供理论依据。

1 材料与方法

望春玉兰(M.biondii)、白玉兰(M.denudata)、‘红运二乔玉兰’(M.×soulangeana‘Red lucky’)均来自于浙江农林大学苗圃(30°15′14″N,119°43′39″E)。供试验树种均为10年生，树势均匀、栽培管理条件一致，生长状况良好且无病虫害。

3种玉兰各选6株，从2016年6月份开始每月选定树冠中上部外围不同方向至少采集花芽15个，用FAA固定液保存(V(50%乙醇)∶V(甲醛)∶V(冰乙酸)=8∶1∶1)。2017年新叶萌发开始每7 d采集一次，观察到花芽开始分化后采样时间缩短为每3 d一次，直至分化结束。

每次采样后将材料置于体式解剖显微镜下观察内部结构，同时取固定24 h以上的花芽10个，采用改良的石蜡切片法切片观察[8]。改良方式为，固定24 h后的花芽用50%乙醇和70%乙醇漂洗0.5 h，70%乙醇过夜，次日各梯度酒精脱水2 h，不同比例的二甲苯乙醇混合液(3/4乙醇、1/2乙醇、1/4乙醇)依次处理1 h，二甲苯透明3次，每次1 h，通过早晚加细碎蜡的方式浸蜡3 d，最后一天开盖处理2 h后再包埋。切片厚度10 μm，番红固绿染色，染色时间为30 s,中性树胶封片后置于Axio Imager2荧光正置显微镜下观察拍照。

2 结果与分析

2.1 3种玉兰花芽分化过程变化

3种玉兰自花谢后开始萌芽长出新叶，经过近一个月的抽新枝，在新枝的顶端开始出现新芽。在分化过程中，芽外部依次形成2～3层被白色或浅褐色毛的佛焰苞状苞片。3种玉兰每年只进行一次花芽分化，从4月底开始顶芽逐步分化，至6月中上旬分化结束。以望春玉兰长出新叶为0 d(2017年3月21日)统计花芽分化的时间(图1)，‘红运二乔玉兰’和白玉兰长出新叶的时间为3月25日和3月28日，比望春玉兰长出新叶的时间晚4 d和7 d。望春玉兰在长出新叶35 d后开始进入花芽分化，分化过程历时39 d；白玉兰和‘红运二乔玉兰’在43 d时进入花芽分化状态，白玉兰完成花芽分化需要41 d，早长出新叶的‘红运二乔玉兰’则只需要34 d。开花较早的望春玉兰比白玉兰和‘红运二乔玉兰’早8 d进入花芽分化。

图1 3种玉兰花芽分化进程及开花形态

2.2 3种玉兰花芽分化的形态变化

根据石蜡切片观察结果，白玉兰和‘红运二乔玉兰’的花芽分化可以划分为未分化期、花芽分化初期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期5个时期。望春玉兰因为具有萼片结构，其花芽分化过程可以分为未分化期、花芽分化初期、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6个时期。3种玉兰花芽分化的形态变化如下：

未分化期：3种玉兰新芽淡黄绿色，望春玉兰芽外部光滑无被毛，白玉兰和‘红运二乔玉兰’外被浅褐色毛(图2A,图3A,图4A)。芽顶端较尖，紧贴于顶端叶柄。花芽内部生长点体积小，分化原基分生细胞较小且排列紧密(图2H,图3G,图4G)。

花芽分化初期：芽基部开始膨大，望春玉兰外部开始着生白色鳞毛，3种玉兰内部佛焰苞状苞片开始分层(图2B,图3B,图4B)，芽内部的花芽原基处开始出现空腔，分化原基开始变粗、凸起、顶部光滑，细胞排列紧密(图2I,图3H,图4H)。

萼片原基分化期：望春玉兰花芽继续变长变宽，外部被白色鳞毛(图2C)。在切片上看芽内部花芽原基生长锥伸长两侧变形，出现两个凸起，此时最外轮的3枚萼片开始分化(图2J)。白玉兰和‘红运二乔玉兰’因无萼片结构无此时期。

花瓣原基分化期：芽变长变宽，顶生于枝顶，明显区别于叶芽，芽内部已分化出多层被毛佛焰苞状苞片(图2D,图3C,图4C)。白玉兰和‘红运二乔玉兰’的芽内部花原基生长锥伸长变形，在外围出现凹陷和凸起，花瓣原基开始分化(图3I,图4I)。望春玉兰萼片原基分化完成，内侧生长锥上出现小凸起，花瓣原基出现(图2K)。

雄蕊原基分化期：3种玉兰芽增大，外部白色或浅褐色毛逐渐细密(图2E,图3D,图4D)，内部生长锥变粗、伸长，顶端光滑整体外形似“驼峰”，外缘细胞小而紧密，内部较为疏松。在花瓣原基的内侧，生长锥的底部周边开始出现多排凸起的小点，雄蕊原基开始分化(图2L,图2M,图3J,图4J)。

雌蕊原基分化期：3种芽体积变大，外部鳞毛开始变得蓬松(图2F,图2G,图3E,图3F,图4E,图4F)。内部生长锥伸长，底部变粗，顶部光滑，似圆锥形。生长锥上部出现多轮凸起，开始进行雌蕊分化(图2N,图3K,图4K)，直至分化完成(图2O,图3L,图4L)。

A-G.未分化期到花芽分化完成的芽；H.未分化期；I.花芽分化初期；J.萼片原基分化期；K.花瓣原基分化期；L-M.雄蕊原基分化期；N.雌蕊原基分化期；O.体式解剖镜下分化完成的花芽；Te.花被片；Le.叶；Fl.花原基；Sc.鳞毛；Se.萼片原基；Pe.花瓣原基；St.雄蕊原基；Pi.雌蕊原基；比例尺:5 000 μm、1 000 μm、50 μm。

图2望春玉兰花芽分化过程形态特征

A-F.未分化期到花芽分化完成的芽；G.未分化期；H.花芽分化初期；I.花瓣原基分化期；J.雄蕊原基分化期；K.雌蕊原基分化期；L.体式解剖镜下分化完成的花芽；Te.花被片；Le.叶；Fl.花原基；Sc.鳞毛；Se.萼片原基；Pe.花瓣原基；St.雄蕊原基；Pi.雌蕊原基；比例尺:5 000 μm、1 000 μm、50 μm。

图3白玉兰花芽分化过程形态特征

图4 ‘红运二乔玉兰’花芽分化过程形态特征

3 结论与讨论

植物的花芽分化需要经过一段时间的营养物质积累[9-12]，在外观上表现为芽变长增粗，3种玉兰在新叶生长近一个月后，新枝的顶芽开始变得粗长，逐渐进入花芽分化状态，在花瓣原基分化期时外观上已能明显区分叶芽和花芽。3种玉兰的花芽分化集中在4月底到6月中上旬，整个过程历时近40 d，花芽分化时期接近红花玉兰(M.wufengenis)[13]，其中白玉兰需要41 d，比武祖发等[14]对白玉兰花芽分化观察时得出的时间稍短。3种玉兰中望春玉兰开花最早，进入花芽分化的时间也比白玉兰和‘红运二乔玉兰’提前8 d左右，白玉兰和‘红运二乔玉兰’花期相近，进入花芽分化的时间也基本相同，这与王珂等[15]研究甘肃桃(Prunuskansuensis)、新疆桃(P.ferganensis)和普通桃(P.persica)花芽分化特性时得出的早分化、早开花的结论相同。

植物花芽分化时期的形态变化大体是相同的[16]，通过石蜡切片观察发现，白玉兰和‘红运二乔玉兰’的花芽分化可以划分为未分化期、花芽分化初期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期5个时期。望春玉兰因为具有萼片结构其花芽分化过程可以分为未分化期、花芽分化初期、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6个时期，这与枣花(Ziziphusjujuba)[17]、杏(Apricotcultivars)[18]、天山樱桃(Cerasustianschanica)[19]的花芽分化的阶段划分类似。在形态上，3种玉兰花芽分化时期的形态变化和鹅掌楸属、木兰属中的常绿类木兰也是相同的[7]，在进入花芽分化时花芽原基都开始伸长变宽，由外而内逐步出现多轮凸起的小点[20]。望春玉兰的萼片是最外轮的花被片，成熟时在形态上和内部的花瓣具有明显差异，但在分化时期与白玉兰、‘红运二乔玉兰’最外轮的花瓣的形态和分化特点相同。3种玉兰雄蕊原基和雌蕊原基在生长锥上都是多轮环状排列，每轮原基几乎同时出现，同木兰科的桂南木莲(Manglietiachingii)、木莲(Manglietiafordiana)、观光木(Tsoongiodendronodorum)一样很难找到两者间的分界线[21-22]。

综上所述，通过石蜡切片和体式解剖镜观察到3种玉兰在新叶长出约30d后开始进入花芽分化，分化时间主要集中在4月底至6月中上旬，其中望春玉兰进入花芽分化的时间早于白玉兰和‘红运二乔玉兰’。望春玉兰的花芽分化过程可以分为6个时期，白玉兰和‘红运二乔玉兰’都可以分为5个时期。本研究丰富了玉兰属植物花芽分化研究的理论基础，为玉兰花发育的分子机制研究提供了形态学依据，同时也对玉兰花期调控和品种选育具有一定的指导意义。

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