假俭草花序发育的形态学观察及其与物候期和积温的对应关系

宗俊勤， 牛佳伟， 徐 芳， 陈静波， 郭爱桂， 郭海林， 刘建秀

〔江苏省中国科学院植物研究所(南京中山植物园) 国家林业和草原局暖季型草坪草种质创新与利用工程技术研究中心， 江苏 南京 210014〕

假俭草〔Eremochloaophiuroides(Munro) Hack.〕又称懒人草[1]，为禾本科(Poaceae)蜈蚣草属(EremochloaBuse)多年生草本植物，主要分布于中国长江流域及以南地区，是起源于中国的优质暖季型草坪草之一[2-3]。假俭草的生态适应能力较强，并具有耐酸铝、耐贫瘠、病虫害少等优点[4-5]，与杂草的竞争力强，可广泛用于庭院、公共绿地及护坡草坪的建植[3，6]。

目前，国内外对于假俭草的研究主要集中于抗逆性、解剖学、结实性、形态学、遗传多样性及坪用价值等方面[7-15]，而对于假俭草生殖性状尚缺乏广泛而深入的研究。刘建秀等[16]比较了中国假俭草的结实性，发现假俭草的种子产量主要取决于花序密度，从营养生长转向生殖生长是决定花序密度的重要过程，且其结实率和百粒质量也对种子产量有一定的影响。刘金平等[17]的研究结果显示：假俭草在种植后的第3年花序最多、种子产量最高，合理施肥可成倍提高种子产量，而花序发育状况直接影响植株的小穗数、小花数及雌雄蕊质量，并最终影响种子产量。假俭草自然结实率低、种子产量低、种子价格昂贵，严重制约了假俭草种业的规模化发展以及该草种的大面积推广与应用[17-18]。

解析植物花序发育过程对于植物种子生产的栽培调控和种子增量具有重要意义。植物生长期或某个发育期一般需要具有特定阈值的活动积温，积温既可以反映农作物对热量的需求，又可以在农业气象预报中预报作物的发育时期，并影响植物花序的生长发育[19-21]。植物器官受光照和温度等外界环境因子影响，由营养生长向生殖生长转变，此阶段的典型标志是生长锥开始显著伸长并最终发育成穗轴[22]。而植物花序发育状况受与种子产量和品质相关的重要经济性状影响，如花序密度、单位花序小穗数、单位花穗小花数、结实率和种子饱满度等，也就是说，花序发育阶段是植物种子产量和品质形成的关键时期，其发育状况最终影响着种子产量和品质[23]。因此，了解假俭草的花序发育过程，对于指导假俭草种子生产具有重要意义。

作者以自主选育的假俭草品种‘渝西’(E.ophiuroides‘Yuxi’)为研究材料，通过连续取样对其花序发育过程进行持续观察，根据各时期花序形态的变化划分不同时期；并分析花序发育各时期与对应的物候期和积温的关系，以期弄清假俭草花序生长发育规律，为假俭草种子生产关键技术研发以及草坪学科发展提供基础研究资料。

1 材料和方法

1.1 材料

于2010年4月选取生长相对一致的假俭草品种‘渝西’的匍匐茎，剪成含4个节的茎段，采用条栽的方法种植于江苏省中国科学院植物研究所草业研究中心试验苗圃(东经118°28′、北纬32°02′，海拔30～40 m)，种植面积4 m2。观测当年(2014年)的年平均气温15.45 ℃，极端最高温37.5 ℃，极端最低温-8.0 ℃，年降水量1 443.3 mm；种植地为沙质土壤，假俭草生长期间采用常规水肥管理。

1.2 方法

1.2.1 花序发育过程观察 于2014年4月15日至7月15日连续取样观测。每天从样地中随机选取包含2～5枚叶片、生长状况基本一致的健康茎尖40枚，用解剖针将茎尖轻轻拨开，置于Olympus SZX12体视解剖镜(日本Olympus公司)下观察，并随机挑选解剖后无损伤的茎尖30枚进行观察和测量；对目标视野拍照，并利用目镜测微尺(100 μm)和台尺(10 μm)测量生长锥的长度。根据假俭草花序发育的形态特征变化，结合禾本科植物总状花序的分期方法[24-25]和库彼尔曼[26]对植物结实器官形成规律的划分原则，对假俭草花序发育过程进行划分。在取样时同步观察假俭草的物候期和开花习性，并统计取样生殖枝上成熟叶片的数量。

1.2.2 花序发育期的起止日期和有效积温的统计 以60%茎尖进入某一时期作为该时期的开始期，以达到下一时期标准的前一天作为该时期的结束期，据此记录假俭草花序发育各时期的持续时间。气象数据均来自中国气象数据网(http：∥data.cma.cn/site/index.html)，仅选取取样期间南京地面气象观测站的逐日平均气温数据，并统计各时期≥5 ℃积温；花序发育各时期所需≥5 ℃积温为假俭草返青日起至花序发育某一时期开始前一天≥5 ℃的日平均气温之和[27]。

2 结果和分析

2.1 假俭草的花序发育过程

观察结果表明：在南京地区，假俭草于4月中旬返青后，生长锥即开始形成，此时期的生长锥仅为半球状的突起。生长锥刚形成时并不立即伸长，仅外部包裹的叶原基不断分化出叶片，该时期为营养生长阶段。随着假俭草植株的进一步生长发育，生长锥由初生期进入伸长期，植株进入生殖生长阶段，经过持续不断的形态特征变化，最终完成花序发育过程并形成总状花序。

假俭草大约在6月中旬进入孕穗期，7月中旬进入开花期，其生殖生长可持续至10月份，单个生殖枝最多可发育出3个花序。根据假俭草花序发育各时期的形态特征变化，按分化顺序可将其花序发育过程划分为8个时期：生长锥初生期、生长锥伸长期、苞叶原基分化期、小穗原基分化期、小穗分化期、小花分化期、雌雄蕊形成期和开花期，各时期花序的形态特征见图版Ⅰ。

2.1.1 生长锥初生期 此时期生长锥呈半球状突起，外部被2层闭合的幼叶包裹，不断向外分化出叶原基，生长锥尚未分化(图版Ⅰ-1)。此时植株正处于返青期，对外界环境条件的改变不敏感，且主要进行营养生长，是植株由营养生长向生殖生长转变的基础；该时期生长锥平均长度201 μm，单个生殖枝的平均叶片数为4.2枚，持续时间约55 d。

2.1.2 生长锥伸长期 此时期生长锥不再分化出叶原基，茎尖逐渐由半球状突起转变为半透明的圆柱状穗轴原基，并逐渐加粗、伸长，最终突破外部包裹的叶原基(图版Ⅰ-2)。此时期标志着假俭草植株进入生殖生长阶段；该时期生长锥平均长度415 μm，单个生殖枝的平均叶片数为4.4枚，持续时间约5 d。

2.1.3 苞叶原基分化期 此时期随生长锥的伸长，在其顶端下方的表面连续形成并排排列的环状突起，即苞叶原基(图版Ⅰ-3)；随着苞叶原基的进一步发育，假俭草的幼穗呈扁平状(图版Ⅰ-4)。该时期生长锥平均长度1 065 μm，单个生殖枝的平均叶片数为4.3枚，持续时间约5 d。

2.1.4 小穗原基分化期 此时期生长锥继续伸长到一定长度，在中上部的苞叶原基基部产生半透明球状突起，即小穗原基(图版Ⅰ-5)，并逐渐向上下2个方向进行分化；小穗原基与外部的苞叶原基呈4列半球状突起并列于幼穗穗柄上，可区分出花序的正反面(图版Ⅰ-6)。该时期生长锥平均长度2 169 μm，单个生殖枝的平均叶片数为4.5枚，持续时间约4 d。

2.1.5 小穗分化期 此时期随着穗轴的进一步生长发育，中部的小穗原基基部形成碗状突起，即颖片原基(图版Ⅰ-7)；内外颖开始生长但并未覆盖花原基，最后发育成颖片。颖片原基的出现，标志着该穗轴上的小穗数已基本确定，单个穗轴上的平均小穗数为39.4个；在穗轴外侧的2列小穗为有柄小穗，平均小穗数为19.7个；而中间的2列小穗则为无柄小穗，平均小穗数也为19.7个(图版Ⅰ-8)；有柄小穗最终退化，仅存披针形小穗柄与花序轴贴生，而无柄小穗则孕育出小花原基；此时的生长锥仍处于生长分化状态，但分化速度较为缓慢。该时期生长锥平均长度3 024 μm，单个生殖枝的平均叶片数为4.4枚，持续时间约4 d。

2.1.6 小花分化期 此时期在颖片原基和外稃原基出现后，无柄小穗上发育形成了2个小花原基(图版Ⅰ-9)，此时雌蕊和雄蕊尚未分化；随着小花原基的发育，其中1个小花原基分化为雄性花，位于无柄小穗基部靠近颖片的位置，包含3个雄蕊原基；另外1个小花原基分化为两性花，包含1个雌蕊原基和3个雄蕊原基(图版Ⅰ-10)；随着小花原基进一步的生长发育，颖片呈覆瓦状并完全将无柄小穗包围。总体上，假俭草的1个无柄小穗可以发育出2朵小花，第1花为仅包含3枚雄蕊的单性花，第2花为包含1枚雌蕊和3枚雄蕊的两性花。该时期生长锥平均长度8 534 μm，单个生殖枝的平均叶片数为4.5枚，持续时间约4 d。

2.1.7 雌雄蕊形成期 此时期无柄小穗上的第1花和第2花的雄蕊原基均由半球状变为球状，进一步发育成方形柱状，进而生长为四棱柱状花药，其颜色由半透明状转变为黄绿色，且第1花的雄蕊发育较第2花稍慢，第2花的雌蕊原基由小突起逐渐发育出二叉状柱头，并慢慢生长发育成羽状；早期的二叉状雌蕊上形成很多小突起，在显微镜下呈颗粒状，随后发育出柱头、花柱和子房；同时，颖片、外稃也在发育，颖片的发育比其他器官快，2片外稃分别紧紧保护着第1花和第2花并共同发育，成熟时间较颖片略慢(图版Ⅰ-11～13)。该时期生长锥平均长度28 148 μm，单个生殖枝的平均叶片数为4.5枚，持续时间约5 d。

2.1.8 开花期 此时期花序的大小和形状已基本固定，花药由黄绿色转变为黄色，第2花花丝伸长，并将第2花的花药顶至柱头上方；在柱头生长过程中子房也不断膨大，最终形成羽状柱头，并与花药一起逐渐伸出颖外(图版Ⅰ-14)；此时，花药开裂，柱头向两侧弯曲并进入授粉状态，柱头伸出后逐渐变为红褐色，花药完成散粉后转变为棕色(图版Ⅰ-15，16)；最后，第1花的花药也被花丝顶出颖外并逐渐开裂，形成发育完全的无柄小穗(图版Ⅰ-17)。该时期生长锥平均长度155 097 μm，单个生殖枝的平均叶片数为4.5枚，持续时间约4 d。

2.2 假俭草花序发育与物候期和积温的关系

假俭草花序发育各时期对应的物候期、持续时间及≥5 ℃积温见表1。结果显示：从假俭草花序发育对应的物候期看，生长锥初生期对应返青期，生长锥伸长期对应孕穗初期，苞叶原基分化期、小穗原基分化期、小穗分化期和小花分化期4个时期对应孕穗期，雌雄蕊形成期对应抽穗期，开花期对应始花期。

在观测期间，假俭草返青后其生长锥即开始形成，经过55 d的营养生长，当≥5 ℃积温达1 217.5 ℃时，生长锥由初生期进入伸长期，标志着假俭草正式进入生殖生长阶段。进入生殖生长阶段后，分别经过5、10、14、18和22 d的生长发育，假俭草由生长锥伸长期依次进入苞叶原基分化期、小穗原基分化期、小穗分化期、小花分化期和雌雄蕊形成期，而从返青后进入上述5个发育时期所需的≥5 ℃积温分别为1 352.5 ℃、1 475.0 ℃、1 571.5 ℃、1 667.5 ℃和1 769.5 ℃。最终，返青期结束后经过27 d的生长发育，≥5 ℃积温达到1 888.5 ℃，假俭草进入开花期。

2.3 假俭草的开花习性

结果显示：假俭草花序轴较长，从花序开始开花到整个花序开花结束需4 d(表1)。从整个花序来看，开花顺序是从中上部小穗上的小花向花序两端逐次开放；中上部小穗上的小花开花时间早于两端小穗上的小花，基部小穗的分化时间最晚；每个小穗开花完成需1～2 d，通常花序顶部的小穗分化成1个发育不完全的小花。

表1 假俭草花序发育各时期对应的物候期、持续时间和≥5 ℃积温

3 讨论和结论

禾本科植物的花序均由小穗组成，但不同种类的花序类型不同，在结构上亦具有不同的特征，导致学者们对禾本科植物花序发育时期的划分缺乏统一的标准。在禾本科植物的花序发育过程研究中，已有学者们对具有穗状花序的冰草〔Agropyroncristatum(Linn.) Gaertn.〕[23]、多花黑麦草(LoliummultiflorumLam.)[28]、老芒麦(ElymussibiricusLinn.)[29]、长穗偃麦草〔Elytrigiaelongata(Host) Nevski〕[30]、梭罗草〔Roegneriathoroldiana(Oliv.) Keng〕[31]和披碱草(ElymusdahuricusTurcz.)[32]等种类的花序发育时期进行了划分，大致可分为初生期、伸长期、单棱期、双棱期、小穗突起期、颖片突起期、小花突起期、雌雄蕊形成期和抽穗期等时期；程晓丽等[33]则将狗牙根〔Cynodondactylon(Linn.) Pers〕的花序发育过程分为营养生长期、穗轴发生期、苞叶原基分化期、小穗原基分化期、小穗分化期、小花分化期、颖片和内外稃发育期及花药和柱头形成期8个时期。相对而言，对具有总状花序的禾本科种类花序发育过程缺乏广泛的研究。澹台国银等[24]将扁穗牛鞭草〔Hemarthriacompressa(Linn. f.) R. Br.〕的总状花序发育过程划分为初生期、伸长期、结节期、小穗分化期、小花分化期和孕穗期6个时期；金明等[25]将薏苡(Coixlacryma-jobiLinn.)的总状花序发育过程划分为伸长期、分枝分化期、小穗分化期、小花分化期和雌雄蕊建成期6个时期；而在本研究中，作者通过观察假俭草花序发育的形态特征变化，参考库彼尔曼[26]的划分原则，结合扁穗牛鞭草[24]和薏苡[25]的观察结果，将假俭草花序发育过程划分为8个时期，即生长锥初生期、生长锥伸长期、苞叶原基分化期、小穗原基分化期、小穗分化期、小花分化期、雌雄蕊形成期和开花期。可见，在禾本科植物中，不仅各类花序的花序发育过程划分存在差异，同类花序的花序发育过程划分也存在差异。另外，假俭草的花序属于典型的总状花序，其花序发育过程与扁穗牛鞭草[24]和薏苡[25]类似，但又有其独有的特点，且假俭草花序发育中间时期划分与狗牙根花序发育过程中间时期划分[33]一致，表明花序不同类型的禾本科植物的花序发育过程也具有一定的共性。

禾本科植物由营养生长转向生殖生长，是植株繁殖器官(种子)形成的关键时期，决定了其繁殖器官的产量和品质，因此，准确认识和判断花序发育时期以及各时期的典型形态特征，对植物种子生产具有十分重要的意义。一般来讲，在作物栽培学领域通过判断叶龄可使一些作物品种的生育进程模式化、各生育时期的生长指标数量化、栽培调控措施规范化[34-37]。作者在对假俭草花序发育过程的研究中，尝试对假俭草的叶龄与发育时期进行关联分析，但由于假俭草兼有无性繁殖和有性繁殖的特点，且具有典型的匍匐生长特性，在抽穗之前不断发出新叶，导致假俭草植株的总叶片数与花序发育各时期之间无明显关联性，因此，叶龄并不适合作为判定假俭草花序发育状态的形态指标，但是否可以利用其他营养器官形态指标判定假俭草的花序发育状态，还有待广泛的观察和细致的研究。

相关研究结果[38-41]表明：积温是影响植物生长发育状况的重要气候因子之一，可广泛应用于农作物的花期预报、栽培措施实施以及品种选育等方面。本研究结果表明：在2014年假俭草花序发育过程中，当≥5 ℃积温达到1 217.5 ℃时，假俭草开始由营养生长阶段转入生殖生长阶段。因此，在返青期开始至生长锥初生期开始期间，≥5 ℃积温达到1 217.5 ℃的日期可以作为判断假俭草转入生殖生长的初步依据。由于在本研究中作者仅统计了当年积温值数据，研究结果具有一定的局限性，因而，判断假俭草生长时期转变的积温数据还需进行更多年份的数据积累和综合分析。