野生山櫻桃花芽分化進(jìn)程及開花物候的研究

楊 楠 ，聶江力 *，辛 微 ，裴 毅 ，石福臣

（1.天津農(nóng)學(xué)院園藝園林學(xué)院，天津 300384；2.南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，天津 300071）

山櫻桃（Cerasus serrulata），別名山櫻花，是薔薇科（Rosaceae）李亞科（Prunoideae）櫻屬（Cerasus）多年生落葉喬木，樹干顏色為灰褐色，枝條顏色為灰白色或褐色。山櫻桃群體花期在4—5 月，花序呈傘形，有2～4 朵花。山櫻桃總苞片為褐紅色，苞片為褐色或淡褐色。山櫻桃花有5 片花瓣，顏色多數(shù)為白色，少數(shù)略帶淡粉色，花瓣頂端具凹缺；花萼5 片，綠色，被絨毛；果實(shí)為核果，橢圓形，狀似小型櫻桃[1]。山櫻桃樹型優(yōu)美，開花時花繁而艷麗，具有較高的觀賞價值，能夠美化環(huán)境，在預(yù)防水土流失、調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)小氣候和改善空氣條件等方面也有很好的效果[2]。相對于其他櫻屬植物，山櫻桃花期較長，生態(tài)適應(yīng)性和抗逆性強(qiáng)，并能夠正常進(jìn)行受精結(jié)實(shí)的生殖過程，經(jīng)常用作關(guān)山櫻、八重山櫻等櫻屬植物嫁接的砧木或接穗，是一種分布較為廣泛的園林喬木樹種[3-4]。

在園林生產(chǎn)中，果樹結(jié)果的大小年現(xiàn)象、低樹齡果樹提前結(jié)果和果實(shí)品質(zhì)的改良等都與植物的開花物候和花芽分化過程有關(guān)，對果樹花不同時期的情況進(jìn)行詳細(xì)的研究，對于準(zhǔn)確控制適宜的施肥澆水時間十分重要[5]。同時，對植物屬種類群的劃分的研究、新品種的栽培選育和果樹花期的調(diào)控，也需要以植物開花物候和花芽分化進(jìn)程作為依據(jù)[6]。果樹的開花物候和花芽分化在整個生命期中占據(jù)著重要的地位，是果樹生殖特性研究中不能缺少的一部分[7]。作為果樹的生活史特征，開花物候和花芽分化會對果樹的繁殖成功與否和對環(huán)境的適應(yīng)程度產(chǎn)生一定的影響，同時更能直接影響開花后的傳粉受精等生殖過程[8]。近些年，有許多學(xué)者使用石蠟切片、實(shí)體解剖、掃描電鏡和透射電鏡觀察等方法觀察研究了植物的花芽分化過程[9-10]。但關(guān)于野生山櫻桃花芽分化的研究尚未見報道。因此，該研究以天津地區(qū)發(fā)現(xiàn)的野生山櫻桃為材料，通過野外觀測與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)合，對其開花物候期和花芽的分化現(xiàn)象進(jìn)行了研究。希望通過相關(guān)試驗(yàn)獲得關(guān)于野生山櫻桃開花物候和花芽分化的相關(guān)結(jié)論，探究其生長過程中是否出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，進(jìn)而掌握野生山櫻桃的開花物候和花芽分化過程。以期為天津地區(qū)櫻屬植物的栽培育種和進(jìn)一步研究開發(fā)野生山櫻桃種質(zhì)資源和櫻桃水果改良等技術(shù)問題積累資料。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)材料。山櫻桃（Cerasus serrulate）采集地位于天津市薊州區(qū)八仙山自然保護(hù)區(qū)。

1.1.2 試劑與儀器。FAA 固定液配方如表1 所示，乙醇，愛式蘇木精染液，二甲苯，石蠟，番紅，固綠，樹膠，轉(zhuǎn)輪式切片機(jī)，Leica-DM4000 顯微鏡等。

表1 FAA 固定液配方

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)材料的固定。從2019 年7 月5 日山櫻桃花芽萌發(fā)到2019 年10 月30 日，每3 d 采集有芽鱗片包裹的花芽1 次，每次5 個，選用 FAA 作為固定液，將去除外部鱗片的花芽放入固定液中存放。

1.2.2 石蠟切片的制作。采集的試驗(yàn)材料用FAA 固定24 h 以上后，取出材料依次放入50%和70%乙醇浸泡3 h，將材料放置在愛氏蘇木精稀釋染液中整染3 d。整染后取出材料用蒸餾水漂洗至不再出現(xiàn)藍(lán)紫色后進(jìn)行脫水，依次用30%、50%、70%、85%、95%以及100%乙醇分別浸泡3 h 進(jìn)行脫水，其中100%乙醇浸泡2 次。脫水后的材料仍然放置于100%乙醇中，用1/5 二甲苯（吸出瓶內(nèi)1/5 試劑，再加入1/5 二甲苯）、2/5 二甲苯、3/5 二甲苯、4/5 二甲苯和純二甲苯（2 次）依次浸泡3 h，對材料進(jìn)行透明處理。在裝有透明好的材料的二甲苯溶液中加入碎蠟（36℃培養(yǎng)箱中），注意少量多次并放置過夜。

第2 天取出用二甲苯和石蠟充分浸泡的材料依次用50%石蠟（40℃～42℃恒溫箱） 和70%石蠟（48℃～50℃恒溫箱）浸泡1 h，純石蠟（58℃恒溫箱，3次）浸泡30 min。將經(jīng)過純石蠟浸泡的材料進(jìn)行包埋，并在蠟塊凝固后將其修整成為適宜大小的正方體并用LEICA RM2265 切片機(jī)進(jìn)行切片，切片厚度設(shè)定為8～9 μm。切片完成后取完整清晰的蠟帶用粘片劑粘在載玻片上，放置展片臺上展開后于36℃烘箱中烘干。烘干完成后用純二甲苯和1/2 二甲苯浸泡，然后將 100%、95%、85%、70%、50%、30%乙醇依次滴在載玻片上停留5 s，用番紅固綠染色并用樹膠封片。

1.2.3 顯微鏡觀察。在Leica-DM4000 顯微鏡下觀察目的細(xì)胞并拍照。

1.2.4 開花物候期觀測。開花物候期的觀察過程中不同物候期的劃分方法如下，見表2。

表2 開花物候期劃分方法

2 結(jié)果與分析

2.1 開花物候期觀測

生長在天津市薊州區(qū)八仙山自然保護(hù)區(qū)的野生山櫻桃群體于4 月初進(jìn)入露瓣期，持續(xù)4 d 左右，4月中旬進(jìn)入始花期，隨后山櫻桃群體開始大量開花，4 月末植株進(jìn)入落花期，整個花期持續(xù)1 個月左右。單株花期持續(xù)約11～14 d，不同山櫻桃單株之間沒有明顯的物候差異。

2.2 花芽分化

通過對野生山櫻桃的生長周期觀察發(fā)現(xiàn)，其花芽在7 月初開始分化，過程主要由花芽分化初期、花序原基分化期、花萼分化期、花瓣分化期、雄蕊分化期和雌蕊分化期這6 個時期組成。

2.2.1 花芽分化過程中大小變化。從7 月5 日開始用游標(biāo)卡尺測定花芽膨大處的直徑和長度，由表3可知，野生山櫻桃的花芽在7 月5 日的平均長度為2.74 mm，平均直徑為1.15 mm，整個分化過程中，花芽不斷膨大并伸長，至10 月5 日時，平均長度伸長為7.44 mm，平均直徑膨大為4.37 mm。

表3 野生山櫻桃花芽外部形態(tài)測量

2.2.2 花芽分化初期（7 月初）。山櫻桃分化初期花芽較小，外部被鱗片包裹，處于未分化時期的花芽，觀察縱切面發(fā)現(xiàn)，形狀近似錐形，花芽生長點(diǎn)頂端微凸，短小、先端圓鈍，由很多體積小排列緊密的初生分生細(xì)胞組成。此時，表皮細(xì)胞下的原套細(xì)胞和原始細(xì)胞中沒有發(fā)現(xiàn)細(xì)胞分裂現(xiàn)象（圖1-1）。當(dāng)花芽開始分化，生長點(diǎn)頂端的分生細(xì)胞開始分裂，進(jìn)入花芽分化初期。

2.2.3 花原基分化期（7 月25 日左右）。隨著花芽分化的開始，山櫻桃的花芽頂端開始膨大。位于生長點(diǎn)底部表皮下方的細(xì)胞，即原套細(xì)胞和原始細(xì)胞進(jìn)行了平周分裂形成向上的花苞片原基的突起（圖1-2）。苞片原基的突起逐漸分化生長，生長點(diǎn)頂端的微凸逐漸變平緩，接近半圓形，進(jìn)入花原基分化期。

2.2.4 萼片原基分化期（8 月15 日左右）?；ㄑ糠只纬苫ㄔ螅L點(diǎn)底部細(xì)胞繼續(xù)進(jìn)行平周分裂，花原基繼續(xù)進(jìn)行伸長發(fā)育，同時花原基頂端逐漸變得平坦，由于花原基內(nèi)外細(xì)胞的分裂速率不同，導(dǎo)致花原基頂端中間部位出現(xiàn)凹陷，四周相對突起，突起部分即為花萼原基（圖1-3）。從切片可以觀察到，花原基頂端細(xì)胞體積較小，染色較深。此時，花芽繼續(xù)膨大，花芽分化進(jìn)入花萼原基分化期。

2.2.5 花瓣原基分化期（9 月20 日左右）?；ㄑ績?nèi)產(chǎn)生花萼原基后，細(xì)胞繼續(xù)分裂?；ㄔ陌枷葑兤教共⒃鰧?，四周突起的花萼原基繼續(xù)伸長變細(xì)并向花芽內(nèi)側(cè)微微彎曲。此時，花萼原基基部內(nèi)表皮下側(cè)的分生細(xì)胞持續(xù)進(jìn)行細(xì)胞分裂，形成突起，這一突起頂端的分生細(xì)胞快速分裂進(jìn)行伸長生長，進(jìn)而形成花瓣原基（圖1-4），最終發(fā)育成花瓣。此時，花芽持續(xù)膨大并伸長，分化進(jìn)入花瓣原基分化期。

2.2.6 雄蕊原基分化（10 月10 日左右）。在花萼原基和花瓣原基進(jìn)行分化的同時，花原基中央仍然保持平坦，花瓣原基底部內(nèi)側(cè)的細(xì)胞開始進(jìn)行細(xì)胞分裂并形成突起（圖1-5），這一突起即為雄蕊原基。雄蕊原基的突起表面細(xì)胞持續(xù)進(jìn)行快速的平周分裂，使雄蕊原基逐漸伸長，最終會發(fā)育形成花藥和花絲。此時，花芽伸長膨大，直徑達(dá)到3.48 mm，花芽分化開始進(jìn)入雄蕊原基分化期。

2.2.7 雌蕊原基分化（10 月25 日左右）。雄蕊原基形成后，突起上的細(xì)胞繼續(xù)分裂產(chǎn)生更多的突起，并進(jìn)行伸長生長最終形成雄蕊群。與此同時，位于花原基中間的細(xì)胞分裂形成突起，這一突起即為心皮原基。心皮原基頂端的細(xì)胞發(fā)生快速分裂使其逐漸向上突起（圖1-6），而后細(xì)胞繼續(xù)進(jìn)行分裂使心皮原基持續(xù)向上伸長，最終形成柱頭、花柱和子房。此時，花芽直徑膨大至4.37 mm 左右，花芽分化處于雌蕊原基分化期。雌蕊分化完成后，花芽分化過程結(jié)束。

圖1 野生山櫻桃花芽分化觀察

3 討論

3.1 野生山櫻桃花芽形態(tài)分化

植物的花芽分化是一個復(fù)雜的變化過程，各個分化階段之間沒有明顯的界限。為了方便研究，以花芽中組織生長狀態(tài)為依據(jù)，將這一過程劃分為不同時期。對于不同種類的植物，花芽分化階段的劃分也有所區(qū)別[11]。在該研究中，通過石蠟切片觀察，從果實(shí)成熟時期開始，將山櫻桃花芽分化過程分為花芽分化初期、花原基分化期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期以及雌蕊原基分化期6個階段，分化過程主要發(fā)生在7—10 月。

通過石蠟切片觀察發(fā)現(xiàn)，野生山櫻桃花芽分化初期，花原基分化期，萼片原基分化期和花瓣原基分化過程與部分櫻屬植物花芽分化研究結(jié)果相似[12-14]。但不同種類植物分化時間有一定的區(qū)別，浙江短柄櫻桃花芽分化時期從7 月15 日持續(xù)到10 月末[12]，而陜西馬哈利櫻桃的花芽分化期集中在7—8 月，這可能是受生長地溫度氣候等條件的影響。

在雄蕊形成的過程中，首先在花原基周圍出現(xiàn)少量突起，為雄蕊原基，之后這些突起逐漸增多，分裂成為更多的雄蕊，并最終發(fā)育成雄蕊群，分化完成的花絲基部與花冠基部聯(lián)合。雄蕊原基形成后，花原基中央的心皮原基開始突起分化形成雄蕊原基。有研究發(fā)現(xiàn)，部分櫻桃[14-16]和杏[17]雌蕊分化過程中會產(chǎn)生回攏現(xiàn)象，但是在該研究中，并未發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象。

野生山櫻桃從7 月初開始至10 月末結(jié)束，整個花芽分化過程持續(xù)時間較長，同一株植物上的花芽能觀察到小部分花芽所處分化時期不同，大部分花芽分化進(jìn)程時間接近。且在分化過程中，花芽長度平均從7 月初開始由2.92 mm 伸長至5.73 mm，花芽前段直徑由1.24 mm 膨大4.37 mm。因此從花芽分化開始，基本可以以時間差為基準(zhǔn)，同時觀察花芽大小，采集花芽觀察分化過程。

3.2 野生山櫻桃冬季休眠期花芽發(fā)育

10 月末野生山櫻桃花芽分化過程結(jié)束后，花器官仍然繼續(xù)發(fā)育。11 月中旬，隨著氣溫下降，山櫻桃植株進(jìn)入休眠期，花芽內(nèi)花器官的分化發(fā)育基本停止，結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯變化。到次年3 月下旬，氣溫回暖后，胚珠原基和小孢子母細(xì)胞繼續(xù)分化發(fā)育成相應(yīng)的花器官。關(guān)于櫻屬植物花芽分化過程的研究報道較多，北京地區(qū)櫻屬植物大島櫻花芽分化從7月下旬開始，到11 月下旬結(jié)束進(jìn)入休眠期，在次年2 月休眠結(jié)束后才出現(xiàn)胚珠原基[18]；甜櫻桃品種紅燈在煙臺、鄭州和金華3 個地區(qū)花芽分化的起始和結(jié)束時間不同，但分化過程中形態(tài)特征的變化一致，均于休眠期之前發(fā)育出胚珠原基，并在休眠期間沒有明顯發(fā)育情況，這與該研究結(jié)果接近[19]?；ㄑ吭谛菝咂陂g雖然沒有明顯的結(jié)構(gòu)變化，但其內(nèi)部會發(fā)生大量的生化反應(yīng)，以此調(diào)控花芽休眠期的開始與結(jié)束[20]。同時，不同年份和生理狀態(tài)的植物的休眠期可能會有所不同，不能單單以時間判斷進(jìn)行采樣[21]。

4 結(jié)論

通過對野生山櫻桃的生長周期觀察發(fā)現(xiàn)，山櫻桃花芽分化過程由7 月初持續(xù)至10 月末，主要由花芽分化初期、花序原基分化期、花萼分化期、花瓣分化期、雄蕊分化期和雌蕊分化期這6 個階段組成。野生山櫻桃花芽從7 月初進(jìn)入分化初期，持續(xù)20 d 左右于7 月下旬進(jìn)入花原基分化期，這一過程持續(xù)時間約為20 d，而后于8 月中旬進(jìn)入花萼原基分化期，經(jīng)過35 d 左右，于9 月下旬進(jìn)入花瓣原基分化期，此后20 d 左右進(jìn)入雄蕊原基分化期，經(jīng)過15 d 左右進(jìn)入雌蕊原基分化期，整個花芽分化過程于10 月末完成。

野生山櫻桃群體于4 月初進(jìn)入露瓣期，持續(xù)4 d左右，4 月中旬進(jìn)入始花期，4 月末進(jìn)入落花期，整個花期持續(xù)1 個月左右。單株花期持續(xù)約11～14 d，不同單株之間的物候期差異不明顯。