杠柳花芽分化过程的形态解剖学特征

于楷力，洪 国，金英花，吴松权，全雪丽

(延边大学 农学院， 吉林延吉 133000)

杠柳(PeriplocasepiumBunge)是萝藦科(Asclepiadaceae)杠柳属(Periploca)多年生蔓生性灌木，又叫羊奶子、羊角桃、羊桃，其根皮被称为香加皮、北五加皮等[1-2]。杠柳具有耐荫、喜光、耐瘠薄、耐寒、耐盐碱等特性。由于根蘖性强，具有抗沙埋、抗风蚀能力，固沙及水土保持能力都很强[3]。传统中药材杠柳的干燥根皮，有抗肿瘤、强筋骨、强心、祛风湿等功效[4-5]。除此之外,杠柳还有杀虫作用，可毒杀瓢虫、菜青虫、蚜虫、小菜蛾和麦二叉蚜等[6-10]。近几年，随着杠柳药理作用的不断研究发现，杠柳茎皮活性成分含量较高的相关报道较多，使其市场需求量也随之增加[11]。杠柳的茎叶光滑无毛，花紫红色，形态奇特，观赏效果好。在园林应用上，宜作园林绿地、庭院及风景区的假山、棚架、篱垣、木桩、林缘地带垂直绿化，也可做地被材料[12]。

花作为植物的繁殖器官影响植物的传粉、授粉和结实[13]。花又作为观赏性状，它的数量多少、花期的长短和品质的好坏是衡量其景观价值的重要指标[14-15]。而植物的花芽分化与开花的数量、开花的质量和开花的时间密切相关，了解花芽分化过程及特点，是进行杂交育种、花器调控等相关研究的基础。

目前，关于杠柳的研究主要集中在药理和化学成分方面，但在花芽分化相关研究很少。因此，本研究以杠柳花为试材，通过石蜡切片法对其花芽分化过程进行观察研究，为杠柳在园林栽培应用上提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

2016年10月采自吉林向海湿地保护区杠柳植株的种子。采集地海拔高度为215 m，E122°15′07.20″，N45°01′32.64″。收集的试验材料在2017年5月播种在营养钵上，等幼苗长到10 cm左右时移栽到延边大学农学院试验田。

1.2 试验地概况

试验地位于吉林省延边大学农学院试验田，地理位置处于吉林省东部，海拔252 m，E129°28′31″，N42°54′47″，属于中温带半湿润气候区。根据延吉市气象局资料，本地年平均气温为5.5 ℃，年平均降水量为479.0 mm，无霜期160 d，平均日照2 447.2 h。

1.3 试验方法

从2017年开始连续5年观察其生长节律，主要测量株高(随机挑选10株，取平均值)。每年杠柳开花后调查开花数(任选10株，取平均值)、花期以及开花动态。2021年6月，杠柳(生长第5年)处于花期时(图1、2)，采集不同发育阶段的花芽，用FAA进行固定，制作常规石蜡切片，徕卡RM2016轮转式切片机进行切片，切片厚度为10～12 μm。用番红-固绿进行双重染色后，利用OLIYMPUS 光学显微镜观察并拍照。利用Image J软件测定不同发育时期花芽大小。

2 结果与分析

2.1 杠柳生长节律和开花物候期调查

杠柳每年的株高变化如图3。杠柳从种子播种开始的第一年只进行营养生长，并且生长较缓慢，后期平均株高为18.96 cm；第二年同样只进行营养生长，但生长速度较快，平均株高能达到102.40 cm；第三年植株继续长高，平均株高达到123.00 cm，并且能产生花芽，但开花数量不多，平均开花数为36.7朵，没有结果；第四年平均株高能达到156.00 cm，既能开花，又能结果，开花数明显比前一年多，平均开花数为149.9朵，同时植株主茎茎尖呈现藤本性状，并且产生很多分蘖；第五年继续开花，植株继续长高，开花数更多，平均开花数能达到522.7朵，平均株高达到172.00 cm，藤本性状越来越明显(图4)。

对第三、第四、第五年的花期调查结果如图5。在延边地区杠柳每年开花最早在5月末，花蕾期在5月末至6月初，始花期在6月初至6月中旬，盛花期在6月中旬至6月末，末花期在6月末至7月初，结果结实期在7月初到10月中旬。其中结果结实期时间最长，能达到将近3个月。

2.2 杠柳花芽分化各阶段解剖结构特征

杠柳在5月下旬开始进入花芽形态分化阶段，花芽分化可以分为未分化期、分化初期、花萼原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期和副花瓣原基分化期。

2.2.1 未分化期这个时期显微解剖切片显示，营养生长锥形态圆润，表面光滑，圆丘状(图版Ⅰ，A)。表面细胞排列密集，细胞小，但细胞核相对大，具备了分生组织的特征。

2.2.2 分化初期此时圆丘状生长锥宽度增加，生长锥两侧陆续出现小花原基(图版Ⅰ，B-C)。从形态上看，这时标志着进入生殖生长状态，过后杠柳植株开始进行花部各个器官分化过程。

2.2.3 花萼原基分化期隆起的小花原基表面面积和体积逐渐变大，并且在生长锥两侧出现隆起，就是花萼原基(图版Ⅰ，D-E)。花萼原基逐渐变大，包裹中部生长锥。

2.2.4 花瓣原基分化期花萼原基分化一定阶段，紧接着在内侧又出现新的隆起，即花瓣原基(图版Ⅰ，F-G)。花萼原基和花瓣原基形成后，都不断分化生长，并向中心位置伸长弯曲，包裹花芽中心的即将产生的雌雄蕊原基。

2.2.5 雄蕊原基分化期花萼原基和花瓣原基继续生长分化，在花瓣原基内侧出现隆起，即雄蕊原基(图版Ⅰ，H-J)。雄蕊原基形成后生长迅速，赶上花瓣的生长速度，大小相差不大(图版Ⅰ，J)。之后花瓣原基进入生长迅速阶段，仅仅包裹着雄蕊原基。雄蕊原基形成后，首先分化形成的是花药原基，花丝原基形成较晚(图版Ⅰ，K-P)。

2.2.6 雌蕊原基分化期当雄蕊原基分化成花药，花药进入孢原细胞时期，在雄蕊原基的内侧观察到两个小隆起，即雌蕊原基(图版Ⅰ，K)。雌蕊原基形成后进入生长分化阶段，最后达到与雄蕊相同高度(图版Ⅰ，M-N)。随着生长分化，雌蕊原基的两个小隆起，慢慢并在一起(图版Ⅰ，N)，逐渐分化出柱头、花柱和子房(图版Ⅰ，O-R)。雄蕊的花药原基仅仅包裹着雌蕊，柱头膨大，花柱很短，子房下位。

2.2.7 副花瓣原基分化期杠柳的花芽除了以上器官以外，花瓣内侧还有副花瓣器官，经过解剖观察发现，副花瓣原基分化时期出现较晚，大约在雌蕊原基分化后期在花瓣的内侧出现小隆起，即副花瓣原基(图版Ⅰ，P)。花芽开放之前，副花瓣的生长较缓慢(图版Ⅰ，R)。

2.3 杠柳花芽各分化阶段对应的花芽大小

杠柳的雌雄蕊均为向心式发育，雄蕊比雌蕊先发育。花芽形态不同分化阶段与花芽的大小对应关系如表1。从表1的花芽长度和宽度大小可知，花芽最初的形态为扁圆形，长度短，宽度大；当雄蕊原基分化后，花芽变长，长度比宽度大。雄蕊原基形成后的一段时间只进行伸长分化生长，当雌蕊原基形成之前，雄蕊原基分化形成的花药进入小孢子母细胞时期、减数分裂时期，而且维持一定时间，直到雌蕊各部位器官分化之前。当杠柳花芽形态完全分化成熟时，雄配子体处于四分体时期，此时花芽长度大约在2.223～3.289 mm，宽度约在1.910～2.985 mm。

表1 杠柳花芽形态分化阶段对应的花芽大小

2.4 杠柳单花开放动态

杠柳的花芽为绿色，从花芽状态逐渐膨大后进入开放状态。杠柳单花的开放状态如图6～7。从花芽的形成到即将开放大约需要10～14 d。之后花朵开放，花瓣打开，露出雄蕊和雌蕊。图6～7的A～F的记录时间为每隔1 h的开放进展，G～H的记录间隔时间为4 d。杠柳单花花期(花芽的形成至花朵枯萎)为18～23 d不等，而单花的开放时间(即将开放到完全开放，即图6～7中的A～F)很短，6～8 h。

3 讨 论

在吉林延边地区，杠柳种子萌发后第一年和第二年主要进行营养生长，第三年能形成花芽，进入生殖生长期，但仅开花，不结果，开花数也少。第四、五年开花数越来越多，也能结果结种子。杠柳的株高随着年份增加逐渐升高，在第四年开始出现藤本性状。

植物的花芽形成过程是一个极其复杂的形态分化和生理过程。掌握植物花芽分化的详细进程能够为植物的花期调控、杂交育种、生产栽培提供重要的科学依据[16]。国内外大多研究报道认为，花芽形态分化可分为未分化期、花芽分化初期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期和雌蕊原基分化期6个时期[17-18]。花芽分化时其顺序是由外向内进行，比如最初分化花萼原基，之后依次是花瓣、雄蕊、雌蕊。杠柳的花芽分化几乎符合这个规律。唯一特殊的是花瓣内侧副花瓣的分化顺序，它是在雌蕊原基形成后不久形成，分化较晚。花芽分化受到温度的控制，达到一定的温度进入花芽分化阶段，而且不同植物花芽分化所需的温度是有差异的。本研究发现在延边地区杠柳花芽分化较早，5月末至6月初进入花芽分化阶段，说明花芽分化需要的温度较低。本研究丰富了杠柳花发育的理论基础，也为杠柳资源开发利用提供重要的参考价值。