核桃花芽分化相關(guān)研究進展

高 英　彭立新　徐惠鴿　裴 東

(1 天津農(nóng)學(xué)院園藝園林學(xué)院，天津 300384)(2 中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，北京 100091)(3 河南省洛寧縣林業(yè)局，河南 洛寧 471700)

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核桃花芽分化相關(guān)研究進展

高 英1彭立新1徐惠鴿3裴 東2*

(1 天津農(nóng)學(xué)院園藝園林學(xué)院，天津 300384)(2 中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，北京 100091)(3 河南省洛寧縣林業(yè)局，河南 洛寧 471700)

花芽分化是指植物莖尖生長點由分生出葉片、腋芽轉(zhuǎn)變?yōu)榉只龌ㄐ蚧蚧ǘ涞倪^程。其對果樹的早實性、豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性具有重要的影響，并且花芽分化的早晚、數(shù)量、質(zhì)量與果實的品質(zhì)和商品價值也有直接的關(guān)系。掌握調(diào)控花芽分化的因素和機制，可以為人工調(diào)控花期、提高花芽質(zhì)量提供理論基礎(chǔ)。本文主要從組織結(jié)構(gòu)，激素的調(diào)控和開花相關(guān)基因等方面對核桃的花芽分化進行了概述。

核桃；花芽分化；組織結(jié)構(gòu)；植物激素；開花基因

花芽分化是有花植物發(fā)育中最為關(guān)鍵的階段，是植物由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化的標(biāo)志[1-3]，同時也是一個復(fù)雜的形態(tài)建成過程[4,5]。這一過程也是開花多少和質(zhì)量好壞的基礎(chǔ)?；ㄑ康臄?shù)量和質(zhì)量直接影響花卉的觀賞性狀和經(jīng)濟價值，影響著果樹的產(chǎn)量和果實的品質(zhì)。了解花芽分化的機理，對于生產(chǎn)上確保植物順利通過花芽分化，保證花質(zhì)、花量以及實施開花的人工調(diào)控都有重要指導(dǎo)意義。

核桃(Juglans regia L.)屬胡桃科、核桃屬植物，共20多個種，主要分布于亞洲、歐洲和美洲。目前，核桃在我國大部分省區(qū)都有種植，栽培面積大，但是單株產(chǎn)量較低。制約核桃產(chǎn)量的因素有多種，其中花芽分化是影響核桃產(chǎn)量的重要因子。核桃果實的品質(zhì)和商品價值直接受花芽分化的早晚、數(shù)量和質(zhì)量影響。核桃屬雌雄同株異型異花的植物，花芽分化是一個復(fù)雜的過程，與多種因素相關(guān)，并且雌雄花數(shù)量比不合適也會影響核桃的豐產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性，因此，核桃花芽分化的研究具有重要性，也是人們關(guān)注的熱點。本文綜述了核桃花芽分化的研究進展，以期為更好的研究核桃花芽分化機理及調(diào)控機制提供參考。

1　核桃花芽分化的特點

1.1核桃一次花的分化和發(fā)育

核桃為雌雄異花植物，并具有雌雄異熟性，雌雄花具有各自的分化體系。核桃的雌雄花都屬于夏秋分化型，分化歷時較長。前人對核桃雌雄花分化各個時期的組織結(jié)構(gòu)變化已有了清楚的認(rèn)識[6-9]。然而，花芽分化的長短和時期的劃分可能與品種或者栽培環(huán)境不同有關(guān)，使得其表現(xiàn)出不同的花芽分化周期。張志華等[10]證明了品種間的差異，雌先型的雌花芽分化早于雄先型，而雄先型的雄花芽分化則早于雌先型。由于品種、栽培環(huán)境等不同，核桃花芽的分化進程也不一致。高英等[11]研究了核桃雌花芽外部形態(tài)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系，提供了一種直觀、快捷判斷雌花芽分化時期的方法，為試驗準(zhǔn)確取樣和人工調(diào)控時期的掌握提供了理論依據(jù)。

1.2核桃二次花的分化和發(fā)育

早實核桃存在二次開花的現(xiàn)象，即在一次正常開花后1個月左右，進行二次開花。據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)二次花多為花序，有雌花序、雄花序、雌雄同序，亦有雌雄同花者[12-14]。李敏等初步觀察了早實核桃二次花的分化過程，在5月上旬二次枝抽生的同時，二次枝的側(cè)芽首先分化出穗狀花序原基，接著在花序原基上分化出花原基，單花分化從外到內(nèi)依次分化出花被、雄蕊和雌蕊，花器官發(fā)育成熟，并在當(dāng)季開放。高英[15]等利用摘葉和植物激素等處理初步研究了影響核桃二次花發(fā)生的因素。然而，對二次花的發(fā)生還沒有更深入的研究。由于核桃二次果是新型的研究材料，因此，關(guān)于二次花的分化成為人們關(guān)注的熱點。

2　植物激素對核桃花芽分化的調(diào)控作用

2.1生長素(IAA)對核桃花芽分化的影響

生長素是發(fā)現(xiàn)較早的一類促進植物生長的物質(zhì)，而其在成花上的作用各學(xué)者持有不同的看法。對于核桃成花生長素水平的上升可能是必需的。

Sladky等[16,17]利用生物測試法對核桃的內(nèi)源生長素進行了測定，結(jié)果表明雌花芽的分化伴隨著IAA水平的上升。童本群等[18]的研究也證明生長素濃度的增加促進花芽分化，但雌花芽分化過程中生長素的濃度始終低于營養(yǎng)芽，說明相對較低水平的生長素利于核桃雌花芽的形成。Gao等[19]利用免疫組織化學(xué)方法研究了核桃雌花芽分化過程中生長素的分布及變化情況，生理分化期頂端分生組織的生長素水平較低，進入形態(tài)分化時頂端分生組織中生長素的水平迅速提高，并且在分化中的花器官中保持較高水平的生長素濃度。這一結(jié)果與前人的研究相一致。雄花芽的形成需要較雌花芽更低水平的IAA，Sladky等外源生長調(diào)節(jié)劑的試驗證明噴施0.2 %IAA+0.1 %MH后，有利于雄花芽向葉芽的轉(zhuǎn)化，說明高濃度的生長素抑制雄花芽的分化，0.3 %TIBA和0.1 %GA的施用促進了葉芽向雄花芽的轉(zhuǎn)化，這是由于生長調(diào)節(jié)劑降低了IAA的水平，說明生長素在核桃雄花芽的分化中起著主要的作用。

2.2脫落酸(ABA)對核桃花芽分化的影響

ABA是一種抑制植物生長的植物激素，在果樹花芽分化中的作用目前還沒有一致的意見。這可能是由于不同樹種花芽分化對ABA的響應(yīng)機制不同。ABA在核桃花芽分化的作用直到現(xiàn)在認(rèn)識還不是很深入，Sladky等[16]研究認(rèn)為雌花芽的分化需要一定水平的ABA，隨著分化的進行脫落酸的累積能使生長和分化過程停止，并引起雌花芽休眠。童本群[17]對核桃雌花芽和營養(yǎng)芽內(nèi)源脫落酸的測定結(jié)果顯示，在核桃雌花芽分化過程中ABA有兩個高峰，但水平都較營養(yǎng)芽中低，尤其在第一次高峰時僅為營養(yǎng)芽的1/2，因此，童本群認(rèn)為較低水平的ABA對核桃雌花芽的分化有促進作用。ABA對核桃雄花芽分化的影響，還沒有詳細(xì)的研究報道。

2.3赤霉素(GA)和細(xì)胞分裂素(CTK)的調(diào)節(jié)作用

赤霉素主要在種子中合成，對花芽分化起抑制作用，而細(xì)胞分裂素具有促進花芽分化的作用。GA3的抑制作用可能是在信號產(chǎn)生位點刺激IAA生物合成而產(chǎn)生的。MaLaughlin和Greene[20]認(rèn)為細(xì)胞分裂素可能是通過促進芽細(xì)胞有絲分裂來影響花芽孕育的。

兩種植物激素在核桃花芽分化中的作用同其他果樹基本一致。雌花芽中細(xì)胞分裂素保持在較高的水平，且有兩個顯著的高峰，而營養(yǎng)芽中細(xì)胞分裂素則平穩(wěn)在較低的水平，雖有高峰但不明顯。由此可見，與同時期的營養(yǎng)芽相比，雌花芽分化時細(xì)胞分裂素的活性是占優(yōu)勢的，促進了雌花原基的形成。赤霉素的水平則是營養(yǎng)芽高于雌花芽，雄花芽的分化過程也伴隨低水平的GA。外源生長調(diào)節(jié)劑的施用也間接的反應(yīng)了植物激素與核桃成花的關(guān)系。在核桃品種希爾(Serr) 上的試驗表明[21]，在新梢旺盛生長的6 ，7 月份噴施25～50 mg/ L BA，對促進雌花發(fā)育有一定的效果，在哈特利(Hartley) 和福蘭克蒂(Franguette) 兩個品種上[22]，7 月份噴施10 mg/ L和1 000 mg/ L BA，能刺激芽發(fā)育，促進花芽發(fā)育，增加每個側(cè)枝上的堅果數(shù)。

2.4多胺對核桃花芽分化的影響

多胺是一類新的植物內(nèi)源生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，廣泛存在于植物體內(nèi)并影響著植物的生長、生殖、休眠、衰老和抗逆性。它對花芽形成具有促進作用，在銀杏、香榧和百合等多種植物上得到了證明[23-25]。內(nèi)源多胺隨核桃雌花芽的分化出現(xiàn)兩個高峰，并且雌先型品種的高峰較雄先型出現(xiàn)的早。徐繼忠[26]認(rèn)為內(nèi)源多胺與花芽的誘導(dǎo)和發(fā)育關(guān)系密切，而且多胺的變化可引起形態(tài)學(xué)的變化，多胺變化的早晚與核桃雌雄異熟關(guān)系密切，因此多胺可能能夠作為鑒定核桃雌雄異熟的指標(biāo)。多胺與核桃性別分化具有密切關(guān)系，陳海江等[27,28]的外源多胺試驗證明噴施 1×10-3mol/L的亞精胺和腐胺能夠提高核桃樹的單枝雌花量，降低單枝雄花量。這為人工調(diào)控雌雄花比例，提高產(chǎn)量提供了新途徑。另外，外源多胺的施用對細(xì)胞分裂素等幾種內(nèi)源激素也有影響，明顯的提高了葉片中ZT和ABA的含量，降低了GA3和IAA的含量。這也可能是多胺促進核桃雌花芽分化的機制。

3　成花基因的相關(guān)研究

花的發(fā)育過程幾乎涉及植物發(fā)育的所有方面，如器官分化，細(xì)胞分化，細(xì)胞分裂和基因表達等，既受遺傳因素的控制，也受環(huán)境因子的影響。目前，對花發(fā)育的研究已深入到分子水平，人們利用基因工程和組織培養(yǎng)技術(shù)產(chǎn)生突變體并克隆與成花有關(guān)的基因，已初步構(gòu)建起了花器官發(fā)育的遺傳模型?；蛘{(diào)控花發(fā)育主要從成花誘導(dǎo)、花序分生組織分化、花分生組織分化等幾個階段進行。

在擬南芥中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些這方面的基因，其中比較重要的基因有TFL、LFY、AP、CAL、CO、EMF等，這些基因正調(diào)節(jié)或負(fù)調(diào)節(jié)花的發(fā)育。比較多年生木本果樹與擬南芥等一、二年生草本植物開花過程，發(fā)現(xiàn)最大的差異在于木本果樹實生苗在具備開花能力之前通常需要經(jīng)歷一段很長的營養(yǎng)生長期，即童期，在這一階段中任何技術(shù)措施均不能誘導(dǎo)其開花[29]，這是木本果樹所特有的，可能與木本果樹童期階段LFY表達與否或表達強弱關(guān)系十分密切。分子生物學(xué)技術(shù)的引入為植物開花的研究提供了新的途徑。近幾年，關(guān)于核桃開花基因方面的研究也逐漸深入到分子水平。LEAFY基因作為花發(fā)育網(wǎng)絡(luò)中比較關(guān)鍵的一個基因，決定花芽分生組織的形成，因此，成為人們研究的熱點。葉春秀[30]獲得的新疆核桃LEAFY同源基因核苷酸與其他植物的LEAFY基因核苷酸有較高的同源性(97%～79%)，其中與山核桃的LEAFY 同源性為97%。何富強[31]以‘中林5’為試材，獲得了1496bp的cDNA全長序列，將該基因命名為JrLFY，同源性分析結(jié)果表明JrLFY與山核桃的關(guān)系最近，達99%；并研究了該基因在各個組織中的表達，結(jié)果顯示核桃各組織中JrLFY基因均有表達，芽、雄花序和雌花表達量高，嫩莖中表達次之，葉中表達最少，表明該基因在核桃成花過程中起著重要的作用。JrAP1基因也是調(diào)控成花的重要基因，在早實核桃的頂芽、花芽、枝條、果實、老葉、嫩葉上都有表達，說明了該基因參與了早實核桃的營養(yǎng)生長和生殖生長[32]。然而，這些基因功能的驗證還有待于進一步的研究。核桃成花基因的克隆對探索其花芽分化過程調(diào)控機制，揭示木本植物童期形成分子機制具有重要的意義，并使成花理論從草本兩性花的模式植物擴展到木本雌雄同株或異株植物，豐富和完善植物成花理論。

4　展望

擬南芥等草本植物成花的研究已經(jīng)深入到分子水平，并取得了一定的研究成果，由于核桃花芽分化是一個高度復(fù)雜的生理生化和形態(tài)發(fā)生過程，雖然在解剖學(xué)研究上認(rèn)識已經(jīng)比較清楚了，但在成花的激素調(diào)控方面和成花基因的研究較模式植物明顯滯后，并且在核桃成花上的分子研究也處在基因的克隆與表達水平，其基因的功能還不得知，因此，如何將模式植物上的研究成果推廣到大田作物和木本植物的研究上來是我們研究的重點，也是難點。隨著分子生物學(xué)、遺傳學(xué)及免疫學(xué)的不斷發(fā)展，對研究植物激素調(diào)控核桃花芽分化及成花基因有重大的推動作用。

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Progress Related to the Flower-bud Differentiation of Walnut

Gao Ying1Peng Lixin1Xu Huige3Pei Dong2*

(1 College of Horticulture and Landscape, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384) (2 Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091) ( 3 Luoning County Forestry Bureau， Luoning, Henan 471700)

shoot apical meristem growing from leaf and axillary buds to inflorescence and flowers called flower-bud differentiation. Significantly impact on short juvenile, high yield and yield stability, meanwhile, phenophase, quantity, and quality of flower-bud differentiation appeared direct relationship with the quality and value of the fruits. It can provide a theoretical basis for regulating flowering period , therefore artificially improving flower buds quality by master factors and mechanisms of the flower bud differentiation. In this paper, we elaborated walnut flower-bud differentiation from organizational structure, hormone regulation and flowering genes.

walnut; flower-bud differentiation; histological structure; plant hormones; flowering gene

2015-08-10

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201304712)；天津農(nóng)學(xué)院園藝學(xué)實驗教學(xué)中心項目(2015SY045)。

高英(1982- )，女，博士，講師，研究方向為果樹的生殖生物學(xué)。E-mail：lhgy616@126.com

?E-mail：peigu@caf.ac.cn

1009-0568(2016)03-0123-05

S664.1

ADOI：10.3969/j.issn.1009-0568.2016.03.021