東京野茉莉花芽發(fā)育過程中的生理特性

徐麗萍， 喻方圓

(1.南通理工學院，江蘇南通 226001； 2.南京林業(yè)大學林學院/南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210037)

東京野茉莉(Styraxtonkinensis)又名越南安息香、白花樹等，屬于安息香科安息香屬，用途甚廣。近年來，眾多學者對該樹種開展了研究，主要研究了花色[1]和花香的成分[2]、樹脂成分[3]、苗木生長[4]、木材特性[5]等，但是對于其花芽發(fā)育過程中的生理生化變化的資料不多。為了解東京野茉莉花芽發(fā)育規(guī)律，以便進一步調控其開花質量、數(shù)量以及確定采收期，本試驗以4年生東京野茉莉為對象，研究花芽發(fā)育過程中的植物體內復雜的生理變化，以期明確東京野茉莉花芽發(fā)育進程和機制。

1　材料與方法

1.1　材料

供試材料為東京野茉莉，采自江蘇國杏生物科技有限公司育苗基地，該基地位于南京市六合區(qū)馬集鎮(zhèn)河王壩水庫邊。母樹4年生，已開始進入結實期。采樣樹高3～5 m，冠幅 1～2 m，列植，長勢良好。測定生理變化的樣品從2013年4月12日開始，第1次取樣，取花芽附近的葉片，以后每隔4 d取1次樣品，直到5月14日第1朵花開放，共取9次樣品。樣品取完放在超低溫冰箱保存。

1.2　方法

1.2.1營養(yǎng)物質含量的測定可溶性糖和淀粉含量，參照蒽酮比色法測定[6]；可溶性蛋白質含量，采用考馬斯亮藍G250比色法[6]。以上3種物質含量的測定都是在Du800 Beckman紫外分光光度計上完成。

1.2.2大量元素碳(C)、氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鎂(Mg)、鈣(Ca)的含量測定總碳含量測定，采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法[7]；K、Mg、Ca、N、P礦質元素的測定，樣品制備稱取0.1～0.5 g烘干的樣品于試管中先加9 mL濃硫酸，再加1 mL高氯酸，搖晃，然后高溫消煮，直至溶液澄清，過濾定容100 mL。進行K、Mg、Ca元素的含量測定時，吸取上述提取液 1 mL，水稀釋10倍，在原子火焰吸收分光度計Unican 969 AA Spectrometer上測定。進行N、P元素的含量測定時，采用酸消解總凱氮、磷測定，吸取上述提取液1 mL，4%稀硫酸稀釋2倍，在AutoAnalyzer 3 High Resolution Digital Colorimeter上測定。其中：C/N為有機碳含量/氮含量。

1.2.3內源激素含量的測定采用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)[8]測定內源激素含量。 結果計算參照Weiler等的方法[9-10]。

2　結果與分析

2.1　花芽發(fā)育過程中營養(yǎng)物質含量變化

2.1.1可溶性糖淀粉含量東京野茉莉在3—4月是花芽分化階段，4—5月是花芽形態(tài)發(fā)育階段，這期間葉片進一步長大成熟并行使自己的生理功能，其體內營養(yǎng)物質含量發(fā)生了復雜的變化?？扇苄蕴鞘侵参镏苯永煤瓦\輸?shù)酿B(yǎng)分主要形式，淀粉可作為能源物質，這些碳水化合物與花芽的生長發(fā)育有著密切的關系。從圖1可以看出，可溶性糖隨著葉片光合作用增強含量逐漸上升，4月20日升至最大值，然后隨之下降，4月24日降至低谷；隨后逐漸上升保持一個平穩(wěn)的趨勢，5月10日有所下降，然后臨近開花含量又上升。從4月至5月，可溶性糖含量有波動，但變化不大，說明植物體中可溶性糖含量保持相對穩(wěn)定， 可為植物提供良好的碳素營養(yǎng)來

適應外界環(huán)境條件的變化。淀粉含量在4月24日之前一直處于上升狀態(tài)，可能是可溶性糖轉變?yōu)榈矸鬯?。此后是花芽發(fā)育快速生長的時期，消耗的營養(yǎng)多，所以轉變?yōu)榈矸鄣牧繙p少。

2.1.2蛋白質含量可溶性蛋白質參與構成細胞結構、調節(jié)生命活動，也是花器官形態(tài)建成的物質基礎之一，在花芽分化時需求量很大。從圖2可以看出，東京野茉莉的葉片中蛋白質含量在4月16日、5月6日出現(xiàn)2個峰值，原因是4月初是東京野茉莉的花芽生理分化期，這期間蛋白質含量積聚到最大值，之后由于形成花各部分原基而消耗的蛋白質較多，這段時間環(huán)境溫度比較低，導致葉片中蛋白質含量下降?；ǜ鞑糠衷纬珊箝_始發(fā)育，細胞內含葉綠素也能合成部分營養(yǎng)物質，以減輕葉片的負擔，蛋白質含量又有所上升。形態(tài)分化末期，花器官生長速度加快，花部除了花萼是綠色外，其他都為白色，葉綠素含量降低，又需要葉片提供蛋白質，因而5月6日后蛋白質含量逐漸減少?？扇苄蕴羌暗鞍踪|在整個花芽發(fā)育過程中不斷地產(chǎn)生又不斷地被消耗，從而含量出現(xiàn)了波動現(xiàn)象。

2.2　花芽發(fā)育過程中大量元素含量變化

2.2.1有機碳含量及比值花芽發(fā)育過程中葉片有機碳含量變化幅度不大，從46.25%上升至50.74%，在4月20日時達到最大值，為52.87%。C/N比值在這個過程中基本上是呈緩慢上升趨勢，由22.36增加至36.29，有利于花芽的分化發(fā)育(圖3)。

2.2.2大量元素含量N、P、K、Ca 、Mg等5種元素的含量變化見圖4。N元素是構成蛋白質、核酸的重要組成元素，對莖葉生長和果實發(fā)育有重要作用，是與產(chǎn)量最密切的營養(yǎng)元素。氮還是某些植物激素如生長素、維生素如B1、B2等的成分，它們對生命活動起重要的調節(jié)作用。此外，氮是葉綠素的成分，與光合作用有密切關系。由于氮具有上述功能，所以氮的多寡會直接影響細胞的分裂和生長[11]。從圖4可以看出，N元素在這幾個元素中含量最高，4月16日出現(xiàn)峰值，含量為2.34%，為花芽生理建成和形態(tài)分化提供充足的氮元素，開花前需要合成大量的蛋白質，氮元素消耗多，至5月14日降到最低值1.39%。

鉀元素是植物生長所必需的一種成分，植物體通過根系從土壤中選擇性地吸收鉀。鉀元素含量在4月12日至5月2日期間變化不大，基本上在1.27%上下，5月14日降至最低值，為0.83%，鉀元素是以離子形式存在的，可以自由移動到生命活動旺盛部位，可能是轉移到附近的花芽里促進蛋白質的合成，或作為多種酶的活化劑。

磷是形成細胞核蛋白、卵磷脂等不可缺少的元素。磷元素能加速細胞分裂，促使根系和地上部加快生長，促進花芽分化[12]。磷元素含量在東京野茉莉花芽分化期間總體上是下降趨勢，從4月12日0.35%至5月14日下降為0.15%，減少了57%，可能是轉移到花芽里，從而利于花芽發(fā)育。

鈣在植物體中能和果膠酸結合成果膠酸鈣，是細胞壁的中膠層不可缺少的組成成分[13]。鈣和氮的代謝有密切關系，氮還原時需要鈣。鈣元素含量在4月12日至4月20日處于上升階段，最大值為0.92%，利于葉片的成熟，同時也為花芽分化儲存了充足的鈣源；隨后花芽分化主要是形態(tài)分化，需要大量的營養(yǎng)物質，因此，葉片中鈣元素含量減少。

鎂是葉綠素的必要成分，是許多酶的活化劑，還能促進核糖體亞單位之間的結合，從而保持核糖體結構的穩(wěn)定，保證蛋白質的合成[13]。在東京野茉莉的花芽分化過程中，鎂元素含量在4月12日至5月10日期間總體上在0.26%上下，變化幅度不大，有利于葉片細胞內部的生理生化反應順利進行，為花芽分化輸送相應的營養(yǎng)物質，5月14日時又增加至 0.42%，可能是由于鎂在植物體內能再度利用，能向新生組織轉移。

從這些大量元素含量變化可知，它們能構成東京野茉莉植物體內有機物及某些活性物質，參與酶促反應或能量代謝及生理調節(jié)等多種生命活動。

2.3　花芽發(fā)育過程中內源激素含量變化

2.3.1內源激素含量花芽分化發(fā)育過程中不但需要營養(yǎng)物質作為物質基礎，還需調控生命活動的物質，植物體內的植物激素對花芽分化起調控作用。從圖5可以看出，4月12日至5月14日，生長素(IAA)、脫落酸(ABA)的含量比細胞分裂素(ZR)、赤霉素(GA3)含量高，IAA主要集中在正生長部位，所以幼葉中含量較高，隨著花芽逐漸發(fā)育成熟，東京野茉莉的葉片中IAA含量逐漸減少，從128.98 ng/g減少至 89.11 ng/g，可能是葉片逐漸成熟所致。植物葉中也含有ABA，能抑制莖和側芽生長，有利于細胞體積增大，與赤霉素有拮抗作用，ABA也能影響葉片氣孔的開關，當保衛(wèi)細胞受到干旱脅迫時，細胞內ABA含量增加，氣孔就關閉，從而可減少蒸騰失水。ABA含量總體上是呈下降趨勢，從128.89 ng/g降至108.66 ng/g，4月底5月初有所增加，可能是這段時間較干燥，植株生長在湖邊風大蒸發(fā)量大，ABA含量增加可使氣孔關閉，減少蒸發(fā)。

GA3和ZR也普遍存在于植物各部分器官中，在植物體內運輸時無極性。GA3能促進細胞伸長，ZR促進細胞分裂和防止葉片衰老，還可促進芽的分化。GA3、ZR含量呈下降趨勢，但變化幅度不大，采樣初期和后期，GA3含量分別為11.73、9.80 ng/g，ZR含量分別為23.59、20.78 ng/g。

2.3.2內源激素比值植物體內的激素種類多，其中IAA、GA3、ZR都對植物的生長起了促進作用，而ABA起了抑制作用，它們之間相互作用，相互影響。從圖6可以看出，ABA/GA3比值明顯高于ABA /IAA、IAA/ZR、ABA/ZR的比值，這有利于花芽的分化。這幾個比值基本上都是先升高后降低而后又升高隨后再降低的趨勢，5月10日時除了IAA/ZR比值都是最低的，5月14日時隨之升高。其中ABA/ GA3由4月12日的10.98增至5月2日的15.77，5月10日再降至4.91，5月14日后升至11.09；IAA/ZR由4月12日的5.47升至4月28日的7.25，5月14日再降至4.29；ABA /IAA比值總體上是上升，由0.99升至1.22；比較花芽發(fā)育前后ABA/ZR比值雖差別不大，但是花芽發(fā)育過程中也經(jīng)歷了由增加至減少的變化趨勢，4月12日與5月2日的比值差距為4.19。

3　討論與結論

3.1　花芽發(fā)育與營養(yǎng)成分的關系

花芽發(fā)育過程中伴隨著形態(tài)、結構和生理變化，此過程還受許多內外因素的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，東京野茉莉冬芽在來年分化長出新梢，后有營養(yǎng)枝和生殖枝之分，3—4月期間是花芽分化的生理分化階段，4—5月是花芽的形態(tài)發(fā)育階段?；ㄑ糠只l(fā)育受內外因素的影響，外因如溫度，2014年3月六合地區(qū)溫度較低，東京野茉莉花期比2013年延遲1周。溫度變化在東京野茉莉花芽分化過程中有很大影響。內因如營養(yǎng)物質和激素等?；ㄑ堪l(fā)育時需要消耗營養(yǎng)，營養(yǎng)物質是花芽分化、發(fā)育的物質基礎。東京野茉莉花芽發(fā)育期間，可溶性糖含量有波動，但變化不大，可為植物提供良好的碳素營養(yǎng)狀況，以適應外界環(huán)境條件的變化。而淀粉含量開始增加，可能是在花芽分化早期消耗的營養(yǎng)不多，有些可溶性糖轉變?yōu)榈矸鬯?。此后是花芽發(fā)育快速生長的時期，消耗的營養(yǎng)多，淀粉的量減少。Hartman等曾認為，碳水化合物含量可能限制花芽的形成[14]。本試驗一定程度上說明了花芽分化與此物質的關系。蛋白質含量變化出現(xiàn)2個峰值，總體上表現(xiàn)出下降的趨勢，說明花芽分化需要大量的蛋白質。相關學者認為，生理分化期花芽和花枝中蛋白質大量積累；形態(tài)分化期各花器原基形態(tài)分化需大量蛋白質用于器官建成，花原基、花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊原基中都富含蛋白質，花枝中蛋白質含量持續(xù)下降[15]。本試驗中如果僅比較可溶性糖、蛋白質含量，很明顯前者遠大于后者，這個現(xiàn)象符合Kleb Hans的看法，糖類化合物占優(yōu)勢時，有利于花芽分化。

大量元素含量變化也體現(xiàn)著東京野茉莉花芽發(fā)育過程中的生理變化規(guī)律。在此過程中葉片有機碳含量變化幅度不大，總體上是增加的，C/N比值在這個過程中基本上是呈緩慢上升趨勢，從22.36增加至36.29，有利于花芽分化。磷元素含量在東京野茉莉花芽分化期間總體上是下降趨勢，從4月12日的0.35%下降至5月14日的0.15%，可能是轉移到花芽里，從而有利于花芽分化。鈣對蛋白質的合成和碳水化合物的運輸，以及植物體內有機酸中和起著很大的作用[13]。鈣還作為第二信使，參與生命活動調節(jié)。鈣元素含量在4月12日至4月20日之間處于上升階段，最大值為0.92%，利于葉片的成熟，同時也為花芽分化儲存了充足的鈣源；隨后花芽分化主要是形態(tài)發(fā)育，需要大量的營養(yǎng)物質，因此，葉片中鈣元素含量減少。鉀元素含量在4月12日至5月2日變化不大，基本上在1.27%左右，5月14日降至最低值，為0.83%。鉀元素是以離子形式存在，可以自由移動到生命活動旺盛部位，可能是轉移到附近花芽里促進蛋白質的合成，或作為多種酶的活化劑。鉀可以提高光合作用的強度，促進作物體內淀粉和糖的形成，增強作物的抗逆性和抗病能力，還能提高作物對氮的吸收利用[12]。在東京野茉莉的花芽分化過程中，鎂元素含量總體上在0.26%左右，變化幅度不大，有利于葉片細胞內部的生理生化反應順利進行，為花芽分化輸送相應的營養(yǎng)物質，在5月14日時又增加至0.42%，可能是由于鎂在植物體內能再度利用，能向新生組織轉移。

葉片中營養(yǎng)物質及元素含量在東京野茉莉花芽發(fā)育期間變化幅度有大有小，但總體上是下降的趨勢，可能是向花芽轉移則有利于花芽的起始發(fā)育。

3.2　花芽發(fā)育與內源激素的關系

植物在成花期間，營養(yǎng)物質由營養(yǎng)器官調運到生殖器官[16-17]，其中內源激素起了很重要的作用。何鐘佩認為，內源激素可以使營養(yǎng)物質向生殖器官分配增多，向營養(yǎng)器官分配減少[18]。東京野茉莉從2013年4月12日至5月14日期間，葉片中IAA、ABA含量比ZR、GA3含量高，說明葉片中高水平的IAA、ABA與東京野茉莉花芽分化相關聯(lián)。Kinet認為，花芽孕育需要一定濃度的IAA，葉片中內源ABA含量高利于花芽分化[19]。Harada 等研究牽牛(Pharbitisnil)施用外源ABA利于花芽分化得到證明[20]。Naor 等認為，GA3在花芽分化中有雙重作用，能誘導花芽分化，促進花莖延長[21]。本試驗中GA3含量偏低，變化不大，看來對花芽分化的作用不是很明顯。從激素平衡來看，ABA/GA3比值明顯高于ABA /IAA、IAA/ZR、ABA/ZR的比值，有利于花芽的分化發(fā)育。這幾個比值基本上都是先升高后降低后又升高隨后再降低。說明各種內源激素在東京野茉莉花芽分化的各個時期都存在，且有各自的變化規(guī)律，它們之間相互促進、拮抗，共同發(fā)揮調節(jié)作用。

東京野茉莉花芽孕育是一個耗能過程，所需的營養(yǎng)物質可由葉片甚至莖中提供，營養(yǎng)物質向花器官運轉從而促進花器的分化和發(fā)育，則需要IAA、GA3、ZR、ABA內源激素相互配合。如Ulger 等所說，許多生長調節(jié)因素參與了促進或抑制花芽誘導和分化[22]。

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