3个牡丹品种花芽分化过程形态及叶片碳水化合物质量分数变化1)

董晓晓 别沛婷 袁涛

(北京林业大学，北京，100083)

牡丹属芍药科芍药属亚灌木，是我国的传统名花，牡丹花大色艳，雍容华贵，自古以来深受人们的喜爱，被誉为花中之王。花芽分化是有花植物成花过程中最重要的阶段，影响着开花的多少和质量，研究不同品种牡丹的花芽分化进程，不仅可以了解不同时期病虫及旱涝灾害对牡丹开花的危害程度，对于牡丹的促成栽培及花期调控同样具有重要意义[1]。对牡丹花芽分化的研究较多集中在分化进程形态变化及发生时间上，王莲英[2]通过3 a形态观察得出，牡丹品种花芽分化一般始于6月上中旬，结束于9月下旬至10月中旬；贺丹等[3]通过石蜡切片观察得出，牡丹品种‘凤丹白’花芽分化始于6月初，结束于9月中旬，历时100 d左右。花芽分化是植物成花过程中一个十分重要的阶段，直接影响开花的数量及质量，牡丹作为中国的传统名花，其花芽分化不仅对其自然花期观赏价值有着重要影响，也是进行花期调控的重要依据。花芽分化是一个形态建成的过程，也是生理生化建成的过程，碳水化合物不仅是植物体所需的重要能源物质，为植物非光合作用器官提供能量及碳源，还参与重要开花控制基因的表达调节[4]。前人的研究较多集中于牡丹花芽分化形态的研究，而对碳水化合物的研究也较多集中于开花期及抗寒性等方面[5]，牡丹花芽分化过程叶片碳水化合物变化及花芽形态建成与内源碳水化合物变化的关系研究相对较少。本研究选择3个不同花型的牡丹品种,探究不同牡丹品种花芽分化进程及花芽分化过程中叶片内源碳水化合物变化，以期为牡丹花芽分化及花芽分化过程中叶片碳水化合物变化规律及生理生化研究提供参考。

1 材料与方法

供试材料采自山东省菏泽市牡丹区百花园，是株龄10～15 a的3个牡丹品种健壮植株，3个品种的生物学特征及花与花芽形态见表1及图1。

2018年6月至11月初，每隔7～14 d，选取芽体饱满、发育状况近似的芽5～6个，剥除外层芽鳞，FAA固定，冰箱4 ℃保存。石蜡切片参考王荣[6]的方法，体式显微镜(Leica DFC500)观察，拍照。同时每个品种取芽下叶片5～7片，用蒽酮比色法测定可溶性糖、淀粉质量分数[7]。采样地气温变化见图2(查询于中国天气网)。

数据处理采用SPSS 23.0进行，Excel 2010进行数据处理及作图。

表1 3个牡丹品种生物学特征

2 结果与分析

2.1 牡丹花芽分化形态观察

牡丹花芽为混合芽，文中观察的3个牡丹品种根据分化顺序可分为6个时期，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：这一时期主要是叶原基的形态分化期，此时顶端生长点向上凸起，叶原基围绕生长点向内螺旋状交替产生，叶原基分化初期呈三指状突起，后呈多指状。本研究中牡丹品种‘玉面桃花’‘红丽丽’6月初尚处于花芽分化初期(图3a,图4a),但根据生长点的状态来看，‘玉面桃花’的分化进程要先于‘红丽丽’。

苞片原基分化期：此时顶端生长点逐渐下凹，变平变宽，在生长点周围形成苞片原基，苞片原基呈一指状，不分裂，苞片原基出现标志着由营养生长向生殖生长转变，花芽分化开始。本研究中，‘玉面桃花’苞片原基分化始于6月中下旬(图3b),‘红丽丽’7月初开始分化苞片原基(图4b)，‘琉璃贯珠’分化时间最早，在第一次采样时已处于苞片原基分化期(6月1日，图5a)。

萼片原基分化期：此时顶端生长点进一步下凹呈浅盘状，在苞片原基内侧形成萼片原基，萼片原基也呈一指状，通常为5个。本研究中，‘玉面桃花’‘红丽丽’进入萼片原基分化期的时间大致同步(7月初，图3c,图4c)，‘琉璃贯珠’最早进入萼片原基分化期(6月下旬，图5b)。

花瓣原基分化期：此时顶端生长点进一步下凹成杯状，花瓣原基沿花托盘边缘内侧产生，呈交错状，外轮较大，内轮较小，花瓣原基产生初期略呈圆形，随后逐渐伸长，呈近三角形，此时期花蕾雏形已较为明显。本研究中，‘玉面桃花’与‘红丽丽’花瓣原基分化基本同步，时间为7月下旬(图3d，图4d)，‘琉璃贯珠’7月上中旬开始分化花瓣原基(图5c、d)。

雄蕊原基分化期：此时顶端生长点进一步下凹，变宽，呈深杯状，在花托盘底部产生若干个颗粒状突起，即为雄蕊原基。本研究中，‘玉面桃花’雄蕊原基分化始于9月初(图3e)，‘红丽丽’为9月下旬(图4e)，‘琉璃贯珠’8月初开始分化雄蕊原基(图5e)。

雌蕊原基分化期：随着雄蕊原基的伸长，在花托盘的底部形成较大的圆形突起，即为雌蕊原基，雌蕊原基较雄蕊原基大的多。本研究中，‘玉面桃花’雌蕊原基分化始于9月中旬(图3f)，‘红丽丽’为10月初(图4f)，‘琉璃贯珠’雌蕊原基分化最早，为8月中旬(图5f)。

3个牡丹品种花芽分化各个时期起始时间见表2。

表2 3个牡丹品种花芽分化各时期起始时间

2.2 牡丹花芽分化过程叶片碳水化合物质量分数变化

2.2.1 可溶性糖质量分数

如图6所示，在整个分化过程中，‘玉面桃花’‘红丽丽’叶片中可溶性糖质量分数表现为先升高后下降的趋势，而‘琉璃贯珠’前期较为平稳，后期逐渐下降。‘玉面桃花’在萼片原基分化前期(7月7日)可溶性糖质量分数达到最大值，随后至花瓣原基分化前期(8月6日)较为平稳下降，8月6日至10月20日(雌雄蕊原基分化期)急速下降。‘琉璃贯珠’从萼片原基分化期(6月7日)至雄蕊原基出现(8月6日)，可溶性糖质量分数较为平稳，随后至10月20日处于下降趋势。‘红丽丽’在萼片原基分化后期(7月22)达到最大值，随后一直处于下降趋势。

2.2.2 淀粉质量分数

如图7所示，3个牡丹品种花芽分化过程中叶片中淀粉质量分数变化基本一致，6月初至8月初保持平稳，随后开始急速下降，至10月底已降至较低水平。

3 结论与讨论

花芽分化是有花植物发育中的关键阶段，研究牡丹花芽分化机理对牡丹促成栽培及花期调控具有重要意义，未完成花芽分化的植株是无法进行催花处理的[10]。牡丹花芽为混合芽，当叶片分化结束后，从苞片原基出现至雌蕊原基出现,大多数牡丹品种需要3个月或更长时间,而一些单瓣品种分化速度较快，可能不到2个月[11-14]。牡丹品种繁多，尽管花芽分化历程相同，都遵循芽鳞原基、萼片原基、苞片原基、花瓣原基、雄蕊原基、雌蕊原基的顺序依次分化，不同品种间分化时间及花器官结构存在一定差异。而在本研究中观察到，3个牡丹品种花芽分化开始的早晚不同，‘琉璃贯珠’早于‘玉面桃花’和‘红丽丽’，此外，从苞片原基产生至雌蕊原基产生所需时间不同，‘琉璃贯珠’最短(77 d)，其次为‘玉面桃花’(88 d)，‘红丽丽’最长(102 d)。在本研究中，‘琉璃贯珠’花型为绣球型，有较多的瓣化雄蕊，故花瓣最多，花型最复杂，演化程度最高，但进入花芽分化最早，从苞片原基分化至雌蕊原基分化所需时间最短，不同品种进入花芽分化的时间及花芽分化的持续时间有所差异。杨正申等[15]通过对27个牡丹品种解剖观察，根据心皮的排列及数目，雌、雄蕊瓣化情况将27个牡丹品种分为3个类型：“赵粉型”“洛阳红型”“樱落宝珠型”。王莲英[2]通过对5种不同花型的牡丹品种花芽形态观察得出，重瓣性高的品种在雌雄蕊原基出现后，雌雄蕊原基会发生不同程度的瓣化，雄蕊原基瓣化多数发生在当年年底至第二年年初，本研究中，10月底已可见‘琉璃贯珠’瓣化雄蕊，而其他两个品种此时尚未发现瓣化雄蕊。牡丹品种繁多，花型复杂，本研究仅选用了3个不同花型牡丹品种，3个品种花芽分化虽有不同，但尚不足以了解不同品种、不同花型的牡丹品种花芽分化间是否存在一定规律，因此，还需进一步探究。

花芽分化是一个复杂的过程，不仅受自身基因型调控，与所处环境条件也是密不可分的。许多研究表明，温度是调节植物成花的重要因素[16]，3个牡丹品种开始花芽分化的时间虽不同，但均是在6月下旬之前进入花芽分化，平均气温为27.5 ℃，且随着花芽分化的进行，气温逐渐升高，7月中旬平均气温达到最高值(30.5 ℃)，直到7月下旬平均气温仍较高(30 ℃)，根据石蜡切片结果，此时花芽宽度变化较小，进入8月份气温逐渐下降，根据石蜡切片结果，8月份芽体宽度显著增加，此时，3个牡丹品种处于花瓣分化期(‘玉面桃花’‘红丽丽’)和雄蕊分化期(‘琉璃贯珠’)。温度可能是牡丹花芽分化的重要因素，适宜的温度可能是牡丹花芽分化起始及花器官发育的重要条件，然而除温度外，光照、水分、营养元素也是影响花芽分化的重要环境因素，因此，有关温度对牡丹花芽分化的影响还需进一步验证。

植物开花过程的实现需要营养物质及能量作基础，碳水化合物作为植物体内重要的能源物质，与植物花芽分化的诱导关系密切[17-18]。李建安等[19]对油桐花芽分化期营养变化研究中发现，叶片中可溶性糖质量分数随着花芽分化的进行先上升后下降；林榕燕等[20]研究发现，杂交兰‘小神童’叶片中可溶性糖及淀粉质量分数在花芽分化前不断升高，在小花原基分化期达到最高值，随后不断下降；张衡峰等[21]认为，较高质量分数可溶性糖和淀粉可以促进番红花花芽的分化和成花。本研究中，‘玉面桃花’‘红丽丽’叶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趋势，而‘琉璃贯珠’第一次采样时已处于花芽分化期，其花芽分化期叶片可溶性糖质量分数较为平稳，直至雌蕊原基出现后可溶性糖质量分数开始降低。本研究认为，牡丹同其他植物一样，花芽分化前会积累糖类物质，为花芽分化顺利进行提供保障，随着花芽分化的进行，叶片中可溶性糖向花芽输出，因此，叶片中可溶性糖质量分数逐渐降低。此外，‘琉璃贯珠’从萼片分化期至雌蕊原基出现，可溶性糖质量分数基本保持不变，雌蕊原基出现后开始逐渐降低，而‘玉面桃花’‘红丽丽’在雌雄蕊分化期，叶片中可溶性糖降低的幅度大大增加，其原因可能为雌雄蕊分化需要的能量更多，花芽消耗的可溶性糖增加，叶片中产生的可溶性糖更多的输送到花芽，因此，叶片中的可溶性糖大幅降低。此外，叶片可溶性糖大幅降低始于8月初，此时，采样地气温降低，叶片开始衰老，光合作用减弱，也有可能造成叶片中可溶性糖质量分数的降低[22-23]。莫宁捷[24]研究发现，在花芽分化过程中，牡丹叶片中的淀粉质量分数从萼片原基分化期开始逐渐降低，水解为可溶性糖供花芽分化利用。而本研究中，从花芽分化开始至8月初，3个牡丹品种淀粉质量分数均基本保持不变，8月初才开始逐渐降低，至11月初已降至极低水平。郑国生[23]研究发现，4月底至8月初牡丹叶片中淀粉质量分数变化平稳，随后开始降低，本研究与郑国生[23]的研究结果一致，因此推测，淀粉作为能量的贮存与转运物质可能是牡丹花芽分化的能源补充物质，而不是直接能源物质，如果植物叶片通过光合作用产生的可溶性糖等可直接利用的能源物质可以满足自身生长代谢及花芽分化所需能量，则淀粉质量分数可以维持动态平衡状态，如果叶片中可溶性糖等不足以满足花芽分化所需能量，则需消耗淀粉作为能量的补充，因此淀粉质量分数降低，这可能与牡丹品种、生长环境、营养条件等有关，具体原因还需进一步探究。