高州油茶花芽分化與發(fā)育特征研究

張 鵬，楊 穎，奚如春,2，黃容容，許 葉

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.廣東省森林植物種質(zhì)創(chuàng)新與利用重點(diǎn)實驗室，廣東 廣州 510642）

油茶（Camellia oleiferaAbel.）為山茶科（Theaceae）山茶屬（Camellia）植物，是我國南方重要的木本油料樹種［1］，與油棕（Elaeis guineensisJacq.）、椰子（Cocos nucifera L.）、油橄欖（Olea europaea L.）并稱為世界四大木本油料植物。高州油茶(Camellia gauchowensisChang ) ，又名大果油茶、華南油茶、越南油茶、陸川油茶，其樹體高大，果大葉茂，單位面積產(chǎn)量高，是山茶屬中一個較優(yōu)良的物種［2-5］。

花是被子植物的重要特征之一，花芽分化是葉芽轉(zhuǎn)化為花芽發(fā)育成花器官雛形的重要階段［6-9］。花芽分化過程一般包括成花誘導(dǎo)、花芽發(fā)端、花芽形態(tài)建成或花芽發(fā)育階段［10］。對不同植物的花芽分化時期的劃分存在差異［11-13］。如早實核桃的花芽分化期可分為雌花花序分化期、花柄原基和雌花原基分化期、花被原基分化期、苞片原基分化期、花萼原基分化期、花瓣原基分化期、雌蕊原基分化期和胚珠分化期8個階段［14］。不同植物的花芽分化時期雖有差異，但總體來說，花芽分化的順序都是萼片、花瓣、雄蕊和雌蕊［15］。普通油茶在每年5～6月進(jìn)入花芽分化期，持續(xù)到10月左右，因此整個花芽分化時間長。分化初期花芽分化快，但到了7～8月果實生長快速、內(nèi)部物質(zhì)積累多，花芽因營養(yǎng)不足導(dǎo)致大量脫落［16］，9月中下旬大部分花芽的形態(tài)分化結(jié)束，此時花芽飽滿，10月下旬進(jìn)入始花期，花芽分化結(jié)束。

花芽分化對植物開花、結(jié)果都有直接影響，目前油茶種植過程中普遍存在大量落花、落果問題，其花芽發(fā)育不良是導(dǎo)致油茶低產(chǎn)的重要原因之一［17］，油茶花芽分化不同階段的外觀形態(tài)特征不同，花芽分化過程對果實的產(chǎn)量和質(zhì)量有直接影響，通過控制花芽分化及果實的生長發(fā)育，可以達(dá)到優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的目的［18］。目前對高州油茶的研究主要集中在常規(guī)栽培和引種上，對其花芽分化報道較少，在生產(chǎn)技術(shù)上存在爭議。本試驗以高州油茶為材料，觀察了花芽分化過程及其外部形態(tài)、含水率變化和養(yǎng)分含量變化，旨在闡明其花芽分化的生物學(xué)特征，對高州油茶生產(chǎn)具有很高的理論價值和現(xiàn)實意義，為科學(xué)合理的栽培技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣東省揭陽市揭東區(qū)新亨鎮(zhèn)新西河水庫庫區(qū)揭陽市林科所油茶試驗地。該地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，日照充足、雨量充沛。試驗林總面積30 hm2，為20世紀(jì)70年代初采用高州油茶實生苗栽植的人工林，林地總體坡向西北、坡度30°～40°，土壤類型為山地黃紅壤。目前該林分管理條件好，總體生長良好。

1.2 樣地設(shè)置及樣品采集

在試驗區(qū)內(nèi)進(jìn)行全林踏查后，為使采樣樹具有隨機(jī)性和代表性，分別在上、中、下坡選擇具有代表性的地段內(nèi)設(shè)置3個樣地，每個樣地面積為20 m×20 m（有坡度時進(jìn)行改平）；在每個樣地內(nèi)選擇生長旺盛、無病蟲害的采樣樹10株，共30株。

于2016年5～10月進(jìn)行野外樣品采集及花芽分化期觀測。分別于每月的上、中、下旬進(jìn)行采樣，每隔10 d采樣1次，每次隨機(jī)采集60個大小相似、發(fā)育進(jìn)程一致的花芽，其中30個立即用FAA（福爾馬林5 mL+冰醋酸5 mL+70%酒精90 mL）固定保存，30個立即帶回實驗室處理。

1.3 試驗方法

1.3.1 花芽外部形態(tài)觀察測定 用游標(biāo)卡尺測量花芽的長度和寬度，精確至0.01 mm，并觀察記錄其外部形態(tài)特征。

1.3.2 含水率測定 稱量花芽的鮮重后，置于65℃ 烘箱恒溫烘24 h以上（至恒重），冷卻后及時稱量干重，計算其含水率。

1.3.3 花芽養(yǎng)分含量測定 將烘干后的樣品貼好標(biāo)簽干燥保存，測定花芽的N、P、K、Ca、Mg、Zn、B等養(yǎng)分含量。全氮采用硫酸-雙氧水消煮-蒸餾滴定法；全磷采用硫酸-雙氧水消煮-釩鉬黃比色法；全鉀采用硫酸-雙氧水消煮-火焰原子吸收分光光度法；鈣、鎂、鋅采用干灰化-稀鹽酸溶解-火焰原子吸收分光光度法；硼采用干灰化-稀鹽酸溶解-姜黃素比色法。

1.3.4 常規(guī)石蠟切片制作與觀察 參照李和平等［19］的常規(guī)石蠟切片制作方法。具體試驗步驟如下：固定，脫水，透明，浸蠟和包埋，切片，展片、粘片及烤片，脫蠟，復(fù)水，番紅—固綠染色，脫水，透明，封片。使用OLYMPUS BX-51型顯微鏡觀察花芽縱切面的內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)，并且拍攝照片，記錄花芽分化過程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化特征。

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 花芽的解剖結(jié)構(gòu)及外觀形態(tài)特征

對試驗地的高州油茶進(jìn)行觀測結(jié)果表明，其樹體每年3月中旬開始萌發(fā)春梢，5月中旬少量林緣樹體的花芽開始分化，5月下旬大部分樹體的花芽開始分化，光照不足的樹體進(jìn)入花芽分化的時間稍晚，個體間存在差異。由于每年的氣溫、濕度等差異，花芽分化也略有差異。根據(jù)花芽分化特征，本文將高州油茶花芽分化分為6個時期，即前分化期、萼片形成期、花瓣形成期、雌雄蕊形成期、子房與花藥形成期、雌雄蕊成熟期，各個時期的解剖結(jié)構(gòu)及外觀形態(tài)見圖1（封二）。

2.1.1 前分化期 5月中旬進(jìn)入前分化期（圖1a2），此時其生長點(diǎn)開始發(fā)生變化，分裂較快，初期生長點(diǎn)較尖，后期逐漸變圓，生長錐增大呈半圓形或圓錐形，前分化期為5月中旬至6月上旬?；ㄑ客庥^形態(tài)（圖1a1，封二）：此時期花芽很小，長2.52～4.21 mm，寬2.06～2.88 mm，外觀形態(tài)與葉芽無明顯區(qū)別，很難區(qū)分，后期花芽逐漸增寬。

2.1.2 萼片形成期 6月上旬進(jìn)入萼片分化期（圖1b2，封二），約持續(xù)15～20 d，分化前期生長點(diǎn)周圍出現(xiàn)花萼原基小突起，逐漸伸長并向內(nèi)彎曲，后期覆蓋生長點(diǎn)，萼片形成期為6月上旬至6月下旬。花芽外觀形態(tài)（圖1b1，封二）：長 3.00～5.03 mm，寬 2.21～3.46 mm，形狀逐漸變寬，外觀較扁，左右可見苞片2～3片。

2.1.3 花瓣形成期 6月下旬至7月中旬進(jìn)入花瓣形成期（圖1c2，封二）。在萼片形成期的末期，生長點(diǎn)開始出現(xiàn)花瓣原基，花芽進(jìn)入花瓣分化期?；ò暝饾u向上生長，縱向生長比橫向生長稍快，頂端較圓，花瓣原基最后分化成花瓣?；ㄑ客庥^形態(tài)（圖1c1，封二）：此時花芽膨大速度較快，長3.70～7.48 mm，寬2.52～3.87 mm ，形態(tài)較為圓胖，可見3～4片苞片，與葉芽區(qū)分明顯。

2.1.4 雌雄蕊形成期 7月中旬，在花瓣形成期后期，生長點(diǎn)變得更寬， 在生長點(diǎn)上出現(xiàn)雌雄蕊原基小突起，此時為雌雄蕊形成期（圖1d2），由7月中旬至8月中旬，大約20～30 d。中間較大的突起為雌蕊原基，后期雄蕊原基在雌蕊原基附近生長。花芽外觀形態(tài)（圖1d1，封二）：花芽生長快速，長度增長較快，長7.77～16.21 mm，寬 4.43～6.37 mm，新增苞片被有少量絨毛，可見4～5片苞片。

2.1.5 子房與花藥形成期 8月中旬至9月中旬分化，在雌雄蕊形成后期，雌蕊原基下部膨大，形成子房，雌蕊原基頂部逐漸靠攏形成柱頭和子房室，子房室內(nèi)著生有多個胚珠，同時雄蕊原基分化形成花藥（圖1e2，封二）?；ㄑ客庥^形態(tài)（圖1e1，封二）：花芽持續(xù)增大，長11.71～16.47 mm，寬 5.76～6.98 mm，此時寬度增長較快，外觀圓胖，苞片上被有大量絨毛。

2.1.6 雌雄蕊成熟期 9月下旬到10月中旬分化，20～30 d，最晚的樹體至10月下旬左右。此時期花柱繼續(xù)伸長，子房持續(xù)膨大，內(nèi)含3～5室，每室兩個至多個胚珠，此時花藥已全部形成，花藥囊內(nèi)已有花粉母細(xì)胞開始分化。10月中下旬子房內(nèi)的胚珠基本發(fā)育成型，有內(nèi)含物，花藥內(nèi)已有大量花粉（圖1f2，封二）。花芽外觀形態(tài)（圖1f1，封二）：外形由長度增長轉(zhuǎn)變?yōu)閷挾仍鲩L，長13.73～18.75 mm，寬6.53～9.00 mm，形態(tài)圓胖，顏色逐漸由嫩綠色變?yōu)辄S綠色，內(nèi)部的花藥由無色逐漸變成淺黃色。

2.2 花芽長寬比變化特征

高州油茶花芽長寬比（長/寬）在花芽分化時期內(nèi)的變化如圖2所示。整個花芽分化期內(nèi)，花芽不斷增大，花芽平均長度由5月中旬的3.55 mm增長到10月下旬的17.44 mm，平均寬度由2.63 mm增大到7.56 mm。從圖2可以看出，花芽長寬比總體表現(xiàn)為先緩慢增長，經(jīng)歷短暫的快速增長期后又保持平緩增長趨勢。

5月15日至6月5日，花芽處于前分化期，花芽體積逐漸變大，花芽長寬比略有增大，由1.35增大到1.48。6月5日后，花芽分化處于前分化期的末期，此時花芽分生組織分裂加快，花芽橫向生長快于縱向生長，增寬明顯，長寬比有所下降。6月15日之后，花芽分化處于萼片形成期的后期，此時縱向生長加速，長寬比開始回升。6月25日開始，花芽進(jìn)入花瓣形成期，此時橫向增長快于縱向生長，長寬比從1.65下降到1.53，外觀表現(xiàn)圓胖。在7月15日花芽進(jìn)入雌雄蕊形成期，雌雄蕊原基縱向生長加快，花芽長寬比急劇增加，由1.53迅速增長到2.13，后趨于平緩。8月15日花芽開始進(jìn)入子房與花芽形成期，前期縱向生長依舊保持較快速度，長寬比有一次上升，8月25日時達(dá)到整個分化時期的最大值2.33，后由于子房開始膨大，長寬比下降，9月5日為2.23。進(jìn)入雌雄蕊成熟期后，伸長和增寬同時進(jìn)行，長寬比無明顯變化。整個分化過程花芽的長寬比經(jīng)歷增大、減小、增大再減小，最后趨于平緩的過程，這與花芽分化過程中各個組織的生長密切相關(guān)。

圖1 花芽分化外觀形態(tài)及其對應(yīng)內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)

2.3 花芽含水率變化

高州油茶在花芽分化時期內(nèi)花芽含水率隨時間的變化如圖3所示。整個分化時期花芽含水率在41.51%～55.32%之間，在分化期內(nèi)經(jīng)歷下降、上升、下降的反復(fù)過程，總體表現(xiàn)為從花芽分化開始到結(jié)束時花芽含水率有所降低。

圖3 花芽含水率的動態(tài)變化

5月15～25日，花芽含水率由55.32%下降到51.10%，此時花芽剛開始進(jìn)入前分化期，組織開始加快生長，營養(yǎng)物質(zhì)增多，水分含量略有降低。6月上旬，進(jìn)入萼片形成期，花芽含水率經(jīng)歷先上升后下降的過程。隨后進(jìn)入花瓣形成期，含水率先上升2.98%，花瓣形成期后期花芽含水率急劇下降，從7月5～25日持續(xù)下降，由53.17%下降到43.07%，下降了10.10%，此時花芽膨大速度較快，營養(yǎng)物質(zhì)積累快速，消耗一定的水分。雌雄蕊形成后期，含水率略有提升，8月5日的含水率上升為50.64%。8月中旬至9月中旬，處于子房與花藥形成期，含水率沒有明顯變化。之后進(jìn)入雌雄蕊形成期，含水率有所下降，降幅為7.21%，隨后雌雄蕊分化基本完成，含水率較為穩(wěn)定，波動不大。

2.4 花芽養(yǎng)分含量變化

高州油茶花芽在花芽分化時期全N、全P、全K、全Ca、全Mg、全Zn、全B的含量變化如圖4和圖5所示。

圖4 花芽中N、P、K、Ca、Mg含量的動態(tài)變化

圖5 花芽中Zn、B含量的動態(tài)變化

全N含量在6～8月變化較為平緩，總體上略有下降，這段時期花芽中的組織生長旺盛，可能消耗了花芽中原有的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)，8月是整個時期的最低值6.37 g/kg，隨后全N含量持續(xù)上升，到11月達(dá)到最大值9.93 g/kg。全K含量在6～7月略有下降，但降幅不大，只下降0.39 g/kg，之后在7～11月全K含量逐漸上升，到11月達(dá)到最大值6.63 g/kg，碳水化合物在植物花芽形成過程中起到重要作用，而K對碳水化合物的合成和轉(zhuǎn)移有重要作用，全K含量持續(xù)上升，促進(jìn)花芽分化。全Ca含量在6～11月總體表現(xiàn)出下降的趨勢，特別是6～8月花芽分化前期，全Ca含量急劇下降，由8.63 g/kg下降到3.62 g/kg，花芽分化時消耗大量的Ca，最后維持一個適度的水平。全P和全Mg含量在花芽中的含量較低，在整個花芽分化時期的變動不大，均在1.0 g/kg上下波動。全Zn含量在整個時期的波動很大，在6～8月急劇下降，由14.23 mg/kg下降到9.01 mg/kg，Zn在蛋白質(zhì)合成中起到不可或缺的作用，在花芽快速分化階段Zn的消耗較大。隨后，全Zn的含量略有上升，但9～10月雌雄蕊形成期其含量又從10.82 mg/kg下降到7.72 mg/kg，10～11月，全Zn的含量回升至10.54 mg/kg。全B含量在6～8月略有下降，但在8～11月持續(xù)上升，尤其在8～9月上升速度加快，從7.06 mg/kg上升到11.35 mg/kg。全B含量在分化前期低于全Zn含量，但在9月份之后，全B含量高于全Zn含量。花芽分化結(jié)束時，花芽中養(yǎng)分含量的高低依次為：全N＞全K＞全Ca＞全 P＞全 Mg＞全 B＞全 Zn。

3 結(jié)論與討論

高州油茶的花芽分化時間長，于每年5月中旬至10月中旬進(jìn)行花芽分化，持續(xù)時間100～120 d，比袁德義等［20］觀察到的湘林 1號的143 d略短?；ㄑ糠只煞譃?個時期：前分化期、萼片形成期、花瓣形成期、雌雄蕊形成期、子房與花藥形成期、雌雄蕊成熟期，與莊端林［21］對湘林系列油茶、劉曲等［22］對浙江紅花油茶、朱雯等［23］對廣寧紅花油茶花芽分化時期的劃分結(jié)果一致?；ㄑ糠只拿總€時期持續(xù)的時間不同，其外觀形態(tài)和內(nèi)部特征變化明顯。在觀察中發(fā)現(xiàn)，各單株花芽分化的時間有差異，不是所有花芽都集中在短期內(nèi)進(jìn)行花芽分化，而是分期、分批進(jìn)行，同一時期在不同單株上采集的花芽可能發(fā)育進(jìn)程相差很大，總體表現(xiàn)為光照充足的樹體進(jìn)入花芽分化的時間較早。說明光照充足有利于花芽提早分化，在生產(chǎn)中可適當(dāng)調(diào)整林分密度與樹體管理進(jìn)行花期調(diào)控。

長寬比的變化與花芽各個組織的生長密切相關(guān)?；ㄑ糠只瘯r，長寬比總體變化特征為：先緩慢增長，經(jīng)歷短暫的快速增長期后又趨于平緩?；ㄑ亢士傮w表現(xiàn)為從花芽分化開始到結(jié)束時花芽含水率有所降低。含水率的下降可能是因為花芽分化時內(nèi)部的營養(yǎng)物質(zhì)增多，水分在總鮮重的比例有所降低。高州油茶在進(jìn)行花芽分化時，花芽的養(yǎng)分元素含量有所變化。全N含量總體表現(xiàn)為先下降后上升，N是蛋白質(zhì)的重要組成成分，全N含量的變化與花芽分化時蛋白質(zhì)的消耗和合成密切相關(guān)。全K含量在整個時期逐漸上升，K對碳水化合物的合成和轉(zhuǎn)移有重要作用，全K含量持續(xù)上升，促進(jìn)了花芽分化。全Ca含量總體表現(xiàn)為下降趨勢，花芽分化時消耗大量的鈣，最后維持一個適度的水平。鈣在植物花芽分化中起重要作用，促進(jìn)植物的花芽分化，彭抒昂等［24］對梨成花過程中鈣的動態(tài)變化研究中也發(fā)現(xiàn)Ca含量在花芽發(fā)端時出現(xiàn)高峰值，隨著花芽分化的進(jìn)行逐漸被消耗。全P和全Mg含量在花芽中的含量較低，在整個花芽分化時期的變動不大。全Zn含量在花芽分化中的波動很大，總體表現(xiàn)為先下降、后上升、再下降、再上升的過程，Zn對植物的生長發(fā)育有著良好的促進(jìn)作用，在整個花芽分化過程中與其內(nèi)部組織的生長發(fā)育密切相關(guān)?；ㄑ恐腥獴的含量總體表現(xiàn)為先下降后上升。B能與細(xì)胞壁成分組成復(fù)合體，是細(xì)胞壁半纖維素的組成成分，同時B集中存在于植物的根尖、莖尖和花器官中，所以與植物的花芽分化和花粉萌發(fā)密切相關(guān)［25］?；ㄑ糠只l(fā)育過程對果實的產(chǎn)量和質(zhì)量有直接影響，通過養(yǎng)分控制，調(diào)控花芽分化及發(fā)育，實現(xiàn)高州油茶優(yōu)質(zhì) 豐產(chǎn)。