大蔥花芽分化過程及形態(tài)特征變化

楊國棟 李 娜 賈俊香 田 云 蔣欣陶 崔連偉

（遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，遼寧沈陽 110161）

大 蔥（Allium fistulosumL.var.giganteumMakino）是典型的綠體春化型蔬菜作物，營養(yǎng)體大小適宜，滿足一定時(shí)間低溫條件才能通過春化繼而抽薹開花（張啟沛 等，2008）。其開花條件的特殊性，給大蔥育種研究和栽培生產(chǎn)造成諸多障礙。在育種中，大蔥資源種株收獲后需經(jīng)過冬儲(chǔ)低溫春化，第2 年才能抽薹開花獲得種子，嚴(yán)重延緩了育種進(jìn)度（王國華 等，2012）；在生產(chǎn)中，如品種選擇不當(dāng)，苗期遭遇低溫，先期抽薹會(huì)嚴(yán)重降低大蔥品質(zhì)（任志偉 等，2009）。明確大蔥花芽分化過程及形態(tài)特征，系統(tǒng)開展大蔥抽薹開花機(jī)理和調(diào)控機(jī)制研究是有效解決上述問題的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

目前，關(guān)于植物花芽分化過程及形態(tài)學(xué)研究的報(bào)道較多，如草莓（李榮飛 等，2020）、百合（郭蕊 等，2006；劉芳 等，2013）、大白菜（惠麥俠 等，2003）、甜瓜（郝敬虹 等，2007）、蘿卜（張慧蓉等，2010）等，多數(shù)采用石蠟切片法、電鏡掃描法進(jìn)行形態(tài)解剖觀察，將花芽分化過程分為4～6 個(gè)時(shí)期，并對花芽分化初始的形態(tài)特征進(jìn)行詳細(xì)描述。而蔥屬蔬菜作物相關(guān)研究較少，有報(bào)道的只有大蒜（Kamenetsky &Rabinnowitch，2001；吳澤秀 等，2019）和洋蔥（Jones &Emsweller，1936；Kamenetsky，1997；Lakshmi et al.，2017），鮮見大蔥花芽分化過程及形態(tài)特征的研究報(bào)道。本試驗(yàn)以不同抽薹性大蔥品種為試材，采用徒手解剖法并借助體式解剖鏡對大蔥花芽分化過程進(jìn)行觀察和拍照，詳細(xì)描述了各分化時(shí)期的形態(tài)特征及變化，旨在為深入開展大蔥抽薹開花機(jī)理研究及大蔥育種、栽培實(shí)踐提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)選用2 個(gè)不同抽薹性大蔥品種，易抽薹品種遼蔥5 號(hào)，種子來源于遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所；耐抽薹品種天光一本，種子來源于日本武藏野株式會(huì)社。

1.2 方法

2019 年4 月10 日將2 個(gè)大蔥品種播種于本所試驗(yàn)基地連棟溫室，5 月16 日（蔥苗3 葉期）篩選大小一致的壯苗移栽至營養(yǎng)缽（直徑13 cm，高12 cm），營養(yǎng)土配方為土、有機(jī)質(zhì)和草炭（體積比4∶1∶2），每個(gè)營養(yǎng)缽移栽5 株，田間正常管理。

6 月20 日（蔥苗5 葉期），將營養(yǎng)缽移至人工氣候箱（型號(hào)：Panasonic MLR-352H-PC）進(jìn)行低溫春化處理，根據(jù)前期篩選試驗(yàn)結(jié)果，適宜低溫春化的環(huán)境條件設(shè)定為：光照強(qiáng)度6 000 lx，光照周期晝10 h/夜14 h；溫度晝8 ℃/夜5 ℃，濕度65%。每7 d 澆水1 次（根據(jù)土壤水分情況調(diào)整），隔次葉面噴施0.2%的磷酸二氫鉀溶液。在低溫春化處理過程中每5 d 取樣1 次，每次每個(gè)品種20株。將植株洗凈吸干水分后小心剝離外層葉片，肉眼無法看清時(shí)，置于Olympus-SZX7 雙目體式解剖鏡下用解剖刀（比解剖針更容易控制）繼續(xù)剝離，觀察每個(gè)品種植株莖尖生長點(diǎn)的分化狀態(tài)并拍照記錄，直至莖尖組織無法再次分離。當(dāng)取樣植株全部轉(zhuǎn)為生殖生長后（總苞完全閉合），將這個(gè)品種全部放入另一個(gè)人工氣候箱（型號(hào)同上）進(jìn)行常溫抽薹處理。根據(jù)前期篩選試驗(yàn)結(jié)果，適宜抽薹的環(huán)境條件設(shè)定為：光照強(qiáng)度10 000 lx，光照周期晝14 h/夜10 h，溫度晝25 ℃/夜18 ℃，濕度65%。每5 d 澆水1 次（根據(jù)土壤水分情況調(diào)整），隔次施水溶性高鉀復(fù)合肥（N-P-K 為20-10-30+TE）。取樣時(shí)間和處理方法同上，小心將總苞外部葉片去除，在Olympus-SZX7 雙目體式解剖鏡下用解剖刀剝離總苞包片，觀察花序、花原基、花器官的分化形態(tài)并拍照記錄；當(dāng)花被片閉合后，用解剖刀撥開花被片，觀察雄蕊、心皮和雌蕊分化形態(tài)并拍照記錄，直至每個(gè)品種植株總苞開放，小花成熟。

以低溫處理開始作為第1 個(gè)時(shí)期的初始日期。以后每個(gè)時(shí)期以取樣20 株中60%達(dá)到這個(gè)分化時(shí)期的初始形態(tài)時(shí)，定為這個(gè)分化時(shí)期的初始日期，下一時(shí)期的前一天為這個(gè)分化時(shí)期的結(jié)束日期。

2 結(jié)果與分析

供試2 個(gè)不同抽薹性大蔥品種的花芽分化過程及解剖形態(tài)特征變化基本一致，均可分為4 個(gè)時(shí)期：誘導(dǎo)感應(yīng)期、花芽分化初期、花序原基和花原基分化期、花器官分化期。

2.1 誘導(dǎo)感應(yīng)期

低溫春化處理前期，大蔥植株感應(yīng)低溫短日照條件，體內(nèi)春化物質(zhì)開始積累，但外部形態(tài)未見明顯變化，植株生長緩慢，莖尖分生組織始終保持葉芽分化狀態(tài)。營養(yǎng)生長錐呈馬蹄形凸起，高出的半圓弧形部分是葉原基，中間較平的部分是莖尖分生組織（圖1-A）。隨著葉原基發(fā)育伸長，莖尖分生組織膨大凸起（圖1-B），逐漸被外側(cè)發(fā)育較快的葉原基所包裹，呈類似心形或半圓形（圖1-C），最后被完全遮擋。被包裹的營養(yǎng)生長錐開始新一輪葉原基分化，新葉原基出現(xiàn)的位置在先形成的上一級葉片對面。隨著營養(yǎng)生長錐不斷分化及葉片生長發(fā)育，老葉、新葉相繼對向從假莖的出葉孔露出。觀察發(fā)現(xiàn)，遼蔥5 號(hào)、天光一本誘導(dǎo)感應(yīng)期分別為20 d 和35 d。

2.2 花芽分化初期

隨著低溫春化處理時(shí)間延長，2 個(gè)品種外部形態(tài)出現(xiàn)明顯差異。遼蔥5 號(hào)植株老葉逐漸變黃萎蔫，假莖增粗且基部明顯膨大，而天光一本植株新老葉片保持綠色正常生長，假莖增粗但未見基部膨大。在低溫處理20 d 左右，遼蔥5 號(hào)莖尖分生組織膨大隆起，呈半球狀，其下半部被1 層膜狀組織結(jié)構(gòu)包裹（圖1-D）。將上一級葉原基剝掉，可見中央半球形凸起的環(huán)狀體（圖1-E），外環(huán)即為總苞包片原基，此時(shí)，植株莖尖分生組織從營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)變?yōu)樯成L，標(biāo)志著大蔥形態(tài)上的花芽分化已經(jīng)開始。遼蔥5 號(hào)、天光一本花芽分化初期持續(xù)的時(shí)間都在10 d 左右，且2 個(gè)品種花芽分化初始形態(tài)特征基本一致。

2.3 花序原基和花原基分化期

此階段2 個(gè)品種植株外部形態(tài)與上個(gè)時(shí)期的末期相近，植株緩慢生長。環(huán)狀生殖生長錐基部直徑增加，位于外側(cè)的環(huán)狀總苞包片發(fā)育快于內(nèi)側(cè)，慢慢包裹生殖分生組織，形成傾斜的總苞包片愈合面，在總苞基部可見平坦的肥厚組織，為花莖側(cè)芽葉原基（圖1-F）。總苞包片逐漸愈合，外觀顏色加深變綠，同時(shí)基部開始伸長抬高（圖1-G、H），花莖形成，在花莖基部可見花莖側(cè)芽的葉原基分化成形（圖1-I）。在總苞包片閉合過程中，包片內(nèi)部生殖生長錐逐漸分化隆起，形成圓錐形的花序原基，當(dāng)總苞包片閉合且花莖伸長至2～3 mm 時(shí)，花序原基表面分生出多個(gè)膜泡狀凸起的小花原基（圖1-J），然后花序原基和花原基同時(shí)分化，圓錐形的花序原基體積逐漸增加，其表面的花原基數(shù)量也逐漸增多，布滿整個(gè)花序（圖1-K）。此階段花序原基先分化，然后花序原基和花原基同時(shí)分化，2 個(gè)時(shí)期存在部分重疊，歸為1 個(gè)時(shí)期比較適宜，為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可將總苞原基閉合或即將閉合作為這一分化時(shí)期的開始。遼蔥5 號(hào)和天光一本花序原基和花原基分化期持續(xù)時(shí)間都在15 d 左右，相對來說，耐抽薹品種天光一本持續(xù)的時(shí)間略長。

2.4 花器官分化期

當(dāng)人工氣候箱設(shè)置為大蔥適宜生長條件后，遼蔥5 號(hào)植株老葉逐漸脫落，新葉迅速生長，葉色深綠且粗壯，天光一本葉片生長速度加快，老葉蠟粉增多。去除外層葉片，肉眼見花莖伸長至3～5 mm時(shí)，體式解剖鏡下輕輕剝離總苞包片，可見花原基表面中央出現(xiàn)凹陷，扁平加寬，呈明顯的三角形，當(dāng)花莖伸長至5～10 mm 時(shí)，花序軸上部每個(gè)花原基三角形的頂點(diǎn)處按一定規(guī)律先后形成1 個(gè)扁圓形的外層花被片原基和被其包裹的球形外層雄蕊原基（圖1-L），標(biāo)志花器官分化開始啟動(dòng)。在單個(gè)三角形花原基的上部邊緣，先分化第1 個(gè)外層花被和雄蕊，第2、3 個(gè)外層花被和雄蕊逆時(shí)針方向發(fā)育，而內(nèi)層花被和雄蕊晚于外層發(fā)育且呈反向的順時(shí)針方向，通常在第1 和第2 個(gè)外層花被和雄蕊之間先分化出第1 個(gè)內(nèi)層花被和雄蕊，第2 和第3 個(gè)內(nèi)層花被和雄蕊則按順時(shí)針方向相繼出現(xiàn)在3 個(gè)外層花被和雄蕊的間隔處（圖1-L）。當(dāng)外層、內(nèi)層花被和雄蕊成形之后，花原基中央處出現(xiàn)隆起，心皮原基開始分化（圖1-M）?？偘冻鋈~孔前，由于花序軸上部的花原基分化較早，花被片先閉合形成小花雛形，而下部小花的花被和雄蕊剛剛開始分化（圖1-N）?？偘冻鋈~孔后，花莖生長抬高，隨著總苞內(nèi)部小花的花被合攏及雄蕊發(fā)育，心皮逐漸成形并在中間分化出雌蕊原基（圖1-O），總苞開裂后，可見上部未開放的小花，內(nèi)部雄蕊、雌蕊伸長，花器官即將成熟（圖1-P）。由于花序軸上部花原基分化較早，最先開花，當(dāng)頂端30%小花開放時(shí)花器官分化進(jìn)入末期?；ㄆ鞴俜只跁r(shí)間較長，需要30 d 左右的時(shí)間，供試2 個(gè)品種在這一時(shí)期的持續(xù)時(shí)間相差不大。

3 討論與結(jié)論

3.1 大蔥花芽分化的初始形態(tài)特征

花芽分化是指植物莖尖分生組織由營養(yǎng)生長分化產(chǎn)生葉片轉(zhuǎn)變?yōu)樯成L形成花序、花器官的過程（B?urle &Dean，2006），不同植物的花芽分化過程和形態(tài)特征變化也可能存在很大差別（張軍莉 等，2020）。相比較而言，大蔥花芽分化的初始形態(tài)特征與洋蔥和大蒜相似。Kamenetsky（1997）和Lakshmi 等（2017）采用電鏡掃描法對洋蔥花芽分化的形態(tài)特征進(jìn)行觀察，將總苞包片閉合后，莖尖分生組織明顯變大，外圍出現(xiàn)凸起，分化出外圍花原基，并在中央形成多個(gè)分化中心，形成傘狀花序作為花芽分化開始的標(biāo)志。吳澤秀等（2019）采用電鏡掃描法和熒光體式顯微鏡解剖法進(jìn)行觀察，將大蒜總苞包片閉合后，營養(yǎng)生長錐轉(zhuǎn)變?yōu)榛考訉?、表面有溝槽的花序雛形作為花芽分化開始的標(biāo)志。本試驗(yàn)采用徒手解剖法并借助體式解剖鏡觀察發(fā)現(xiàn)，大蔥莖尖營養(yǎng)生長錐轉(zhuǎn)變?yōu)橹醒胪蛊鸬沫h(huán)狀體時(shí)，總苞包片原基已經(jīng)形成，標(biāo)志著生殖生長已經(jīng)開始，而且特征明顯，易于辨認(rèn)，可以作為大蔥花芽分化的初始形態(tài)標(biāo)志。

3.2 大蔥花芽分化過程

通?；ㄑ糠只倪^程大體可以分為5 個(gè)分化時(shí)期：誘導(dǎo)感應(yīng)期、花芽分化初始期、花器官分化期、花器官發(fā)育期和開花期（（Nard &Hertogh，1993）。不同學(xué)者對花芽分化時(shí)期的劃分有很大區(qū)別。Jones &Emsweller（1936）、Kamenetsky（1997）將洋蔥花芽分化分為花序分化期和花的發(fā)育兩個(gè)階段，對花芽分化時(shí)期的劃分過于籠統(tǒng)。寧云芬等（2008）將百合花芽分化過程分為5 個(gè)階段：未分化期、花芽分化初期、花序原基和小花原基分化期、花器官分化期和花序形成期。吳澤秀等（2019）將大蒜花芽分化過程劃分為4 個(gè)時(shí)期：未分化期、總苞和花序原基分化期、小花原基分化期（包括小花原基、苞片和珠蒜原基分化）以及花器官原基分化期（包括花被片、雄蕊和雌蕊原基分化），這些研究對不同蔬菜作物的花芽分化過程進(jìn)行了細(xì)致劃分，并將分化重疊的時(shí)期進(jìn)行了歸類，相對科學(xué)合理。本試驗(yàn)參照上述作物花芽分化時(shí)期劃分方法，根據(jù)大蔥花芽分化關(guān)鍵時(shí)期的解剖形態(tài)特征，將大蔥花芽分化過程劃分為4 個(gè)時(shí)期：誘導(dǎo)感應(yīng)期、花芽分化初期、花序原基和花原基分化期、花器官分化期。同時(shí)詳細(xì)描述了每個(gè)時(shí)期植株表觀形態(tài)、莖尖解剖形態(tài)的特征和變化，并統(tǒng)一界定了每個(gè)時(shí)期起始的標(biāo)志性形態(tài)特征，可為進(jìn)一步開展大蔥春化、抽薹開花等相關(guān)研究提供理論依據(jù)。

3.3 不同大蔥種質(zhì)花芽分化過程及形態(tài)特征的差異

實(shí)際觀察中，易抽薹品種遼蔥5 號(hào)和耐抽薹品種天光一本的花芽分化過程及形態(tài)特征變化基本一致。但易抽薹品種遼蔥5 號(hào)在低溫處理20 d 達(dá)到花芽分化初期，比耐抽薹品種天光一本早15 d 左右，而花芽分化初期、花序原基和花原基分化期、花器官分化期持續(xù)時(shí)間相近，說明大蔥抽薹性主要取決于花芽分化時(shí)間早晚，且耐抽薹大蔥品種花芽分化所需的條件更苛刻。任志偉（2010）、董殷鑫（2016）的研究表明，不同抽薹性大蔥花芽分化的早晚與苗齡大小、低溫要求及持續(xù)時(shí)間有關(guān)。也有研究表明洋蔥的抽薹開花除與品種、植株大小、低溫持續(xù)時(shí)間有關(guān)外，還與外源激素和肥力相關(guān)（陳微 等，2020）。具體大蔥是如何感應(yīng)外界環(huán)境刺激繼而抽薹開花的機(jī)理機(jī)制目前尚不明確，有待進(jìn)一步研究。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，在花芽分化初期易抽薹品種遼蔥5 號(hào)植株老葉逐漸變黃萎蔫，假莖增粗且基部明顯膨大，而耐抽薹品種天光一本植株葉片保持綠色正常生長，假莖增粗但未見基部膨大，說明不同抽薹性大蔥品種對低溫誘導(dǎo)的響應(yīng)機(jī)制也存在明顯差異，需進(jìn)一步研究。

2019 年2 個(gè)不同抽薹性品種移栽人工氣候箱后剩余的蔥苗定植露地試驗(yàn)田，秋季收獲后放入低溫貯藏庫進(jìn)行自然低溫春化處理，2020 年春季定植塑料大棚，從低溫春化處理至抽薹開花定期觀察花芽分化的形態(tài)特征，最后證實(shí)大蔥成株和苗期的花芽分化過程及形態(tài)特征變化基本一致。相比較，成株植株莖尖生長錐較大，更容易觀察，花序軸上花原基數(shù)量是苗期的2～3 倍，第2 年返青后抽薹開花速度更快，開花時(shí)花球大且飽滿，小花數(shù)量較多。但自然條件下大蔥花芽分化過程較長，從花芽分化初期到花器官分化末期需6～7 個(gè)月，而在本試驗(yàn)人工設(shè)定的環(huán)境條件下可縮短至2～3 個(gè)月。

本試驗(yàn)采用徒手解剖法并借助體式解剖鏡清晰觀察到大蔥花芽分化過程及形態(tài)特征變化，與石蠟切片法和電鏡掃描法相比，具有成本低、簡單、高效等優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)中雖人工控制了低溫春化和抽薹開花條件，環(huán)境條件相對穩(wěn)定，但選用大蔥品種較少，不同大蔥品種、不同環(huán)境條件下花芽分化過程及形態(tài)特征變化是否存在區(qū)別還需進(jìn)一步觀察驗(yàn)證。