不同溫度調(diào)控下西紅花花芽分化進(jìn)程及內(nèi)源激素動(dòng)態(tài)變化

王 楨，李 心，李青竹，許俊旭，楊 貞，張永春

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 林木果樹(shù)研究所，上海201403)

植物花芽分化和開(kāi)花是一個(gè)復(fù)雜的生理生化和形態(tài)變化過(guò)程，是由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)(開(kāi)花)的轉(zhuǎn)變，與信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的不同排列組合緊密相關(guān)，這些信號(hào)包括外界的刺激如溫度和光照等[1-2]。在許多植物中，開(kāi)花時(shí)間受到光照長(zhǎng)短(光周期)和溫度的精確調(diào)控，特別是溫度已經(jīng)被證實(shí)能極大地影響開(kāi)花時(shí)間。在模式植物擬南芥中，高溫(27 ℃)處理能夠促進(jìn)擬南芥開(kāi)花[3]，而低溫(16 ℃)下生長(zhǎng)的擬南芥則表現(xiàn)為晚花，長(zhǎng)日照、低溫(16 ℃)生長(zhǎng)條件下的擬南芥比23 ℃(對(duì)照)處理表現(xiàn)出開(kāi)花延遲[4]。球根類(lèi)植物由于其特殊的形態(tài)結(jié)構(gòu)，在生理特性、養(yǎng)分運(yùn)輸、環(huán)境因子響應(yīng)等方面均具有一定的特異性，有關(guān)球根花卉成花誘導(dǎo)及開(kāi)花機(jī)制的研究中，針對(duì)百合[5-6]、鳶尾[7]、水仙[8-9]、郁金香[10-11]等的研究相對(duì)較多，已經(jīng)深入到分子和蛋白水平。水仙(Narcissustazetta)的花芽起始和分化發(fā)生在夏季的高溫休眠階段，相比低溫(12 ℃)環(huán)境，高溫(25～30 ℃)能顯著促進(jìn)水仙開(kāi)花[9]；同時(shí)也有研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度對(duì)郁金香(Tulipagesneriana)成花轉(zhuǎn)變具有重要的影響，冬季休眠后，相比較低的溫度(8～9 ℃)，較高的環(huán)境溫度(18 ℃)能促進(jìn)其成花[11]。

西紅花(CrocussativusL.)為鳶尾科西紅花屬多年生球根草本，又名藏紅花、番紅花，原產(chǎn)于伊朗、西班牙和希臘等地中海國(guó)家，目前以伊朗的栽培面積最大。其干燥柱頭可入藥，是一味名貴中藥材，也是世界上最昂貴的香料作物之一。20世紀(jì)80年代初，上海市藥材公司先后從日本、德國(guó)引進(jìn)西紅花種球資源進(jìn)行栽培研究，目前已發(fā)展成為上海的地道中藥材。現(xiàn)在在上海、安徽、浙江、江蘇等很多地區(qū)已經(jīng)形成了一定面積的栽培規(guī)模。

西紅花普遍采用“兩段法”栽培模式，由于其不能進(jìn)行有性繁殖，生產(chǎn)上多采用分球繁殖方式，每年11月至次年5月在大田繁育新的子球莖替代母球莖，6-11月是室內(nèi)儲(chǔ)藏-開(kāi)花階段，其間5-6月為休眠期，7-8月進(jìn)行葉芽、花芽的分化和葉片、花器官的形成，9月頂芽萌發(fā)伸長(zhǎng)，花期一般從10月底始花持續(xù)到11月中旬。西紅花在室內(nèi)儲(chǔ)藏-開(kāi)花的特性為通過(guò)控制溫度等環(huán)境條件來(lái)調(diào)控花期提供了可能性。筆者前期對(duì)西紅花子球莖膨大過(guò)程的形態(tài)學(xué)變化過(guò)程和生理指標(biāo)的變化進(jìn)行了觀測(cè)[12]，為通過(guò)調(diào)控室內(nèi)環(huán)境條件來(lái)調(diào)控花芽分化和開(kāi)花奠定了前期基礎(chǔ)。

有研究發(fā)現(xiàn)，西紅花開(kāi)花前需要經(jīng)歷炎熱的夏季高溫階段，較高的環(huán)境溫度對(duì)打破西紅花芽休眠和開(kāi)花起始是必需的[13]，前期西紅花種球在23～27 ℃下處理50 d以上，再轉(zhuǎn)移至17 ℃下開(kāi)花量最大[14]，25 ℃處理105 d后開(kāi)花最早[15]，此外前期2 ℃冷藏處理會(huì)延遲開(kāi)花[16]。近幾年，國(guó)內(nèi)關(guān)于西紅花花芽分化過(guò)程及生理指標(biāo)變化有少量報(bào)道[17-19]，基本明確了花芽分化的起始時(shí)間，但是花芽分化和發(fā)育過(guò)程中主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和激素變化存在異同，關(guān)于溫度對(duì)其花芽分化、發(fā)育和開(kāi)花階段的影響也有待探討。

花芽分化作為西紅花球莖從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，其早晚和有無(wú)直接影響后續(xù)的開(kāi)花率、開(kāi)花時(shí)間及柱頭產(chǎn)量等。本研究以西紅花頂芽(花芽)作為研究對(duì)象，對(duì)不同溫度處理?xiàng)l件下西紅花頂芽的形態(tài)學(xué)變化過(guò)程和內(nèi)源激素等進(jìn)行觀察測(cè)定，明確西紅花花芽分化及后續(xù)開(kāi)花階段需要的適宜溫度條件，以期為室內(nèi)環(huán)境調(diào)控其開(kāi)花提供理論依據(jù)，為其花期調(diào)控、生產(chǎn)實(shí)踐等方面提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為西紅花(CrocussativusL.)種球，種植于上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院林果所青浦白鶴花卉基地。2018年5月上旬收獲子球莖，晾干后儲(chǔ)藏于陰涼通風(fēng)干燥處，挑選單球質(zhì)量16～20 g的健康種球作為供試材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年5月至11月在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院奉浦院區(qū)進(jìn)行。(1)選取1 000顆球莖隨機(jī)分成3組，作為3次重復(fù)。從06-15開(kāi)始，將其置于自然溫度，濕度60%～80%，光照以暗為主，通風(fēng)良好的室內(nèi)培育房中，頂芽向上排放于培養(yǎng)架上，并測(cè)量頂芽長(zhǎng)度。前期預(yù)試驗(yàn)結(jié)果表明，6月西紅花處于休眠期，頂芽無(wú)肉眼可見(jiàn)的變化。因此，于07-05開(kāi)始，每周測(cè)量頂芽長(zhǎng)度，并以3 d為間隔取樣，每組隨機(jī)采集生長(zhǎng)一致的西紅花球莖頂芽各3個(gè)，于福爾馬林-醋酸-乙醇(Formalin-acetic acid-alcohol,FAA)固定液中固定，用于石蠟切片，觀察花芽分化形態(tài)變化過(guò)程。

(2)選取2 000顆球莖隨機(jī)分成4大組，每組再隨機(jī)分成3小組作為3次重復(fù)。06-15，分別將每組球莖置于15，20，25和30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中，濕度60%～80%，6-9月光照以暗為主，10月上旬開(kāi)始16 h/8 h光暗條件，光強(qiáng)為100 μmol/(m2·s)，測(cè)量頂芽長(zhǎng)度，同時(shí)選取5個(gè)西紅花種球的頂芽，液氮處理后凍存于-80 ℃冰箱中。于07-05開(kāi)始，每周測(cè)量不同處理頂芽長(zhǎng)度，同時(shí)每小組選取3個(gè)西紅花種球頂芽，用FAA固定液固定，石蠟切片用于花芽分化的顯微觀測(cè)(頂芽長(zhǎng)度小于7 mm)，或者直接觀察(頂芽長(zhǎng)度大于7 mm)，共進(jìn)行10次；于07-05開(kāi)始，每周每小組另選取5個(gè)西紅花種球的頂芽，液氮處理后凍存于-80 ℃冰箱中備用，共采樣8次，根據(jù)花芽分化觀測(cè)結(jié)果選擇相應(yīng)采樣點(diǎn)樣品用于激素含量測(cè)定。其中，花芽分化完成后，將25 ℃恒溫處理下的球莖于10月上旬轉(zhuǎn)移至15 ℃恒溫培養(yǎng)箱中至開(kāi)花，統(tǒng)計(jì)不同溫度處理下花芽分化的球莖比例。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 頂芽形態(tài)發(fā)育過(guò)程觀察 取新鮮球莖的頂芽部位，于FAA固定液中固定24 h，然后進(jìn)行50%，70%，85%，95%，100%乙醇梯度脫水，再于二甲苯中透明，包埋于石蠟中。用Leica顯微切片機(jī)切成厚度8～10 μm的切片，脫蠟透明，愛(ài)氏蘇木精染色，Olympus光學(xué)顯微鏡下觀察并拍照[20]。另外，頂芽長(zhǎng)度大于7 mm后，可直接剝離外層的白色葉鞘和包裹花器官的半透明薄膜結(jié)構(gòu)，對(duì)葉片、花器官等進(jìn)行觀察拍照。

1.3.2 激素含量測(cè)定 根據(jù)不同溫度下花芽分化進(jìn)程顯微鏡觀察結(jié)果，選擇15 ℃(無(wú)花芽分化，葉芽)和25 ℃(有花芽分化，花芽)條件下，對(duì)7次采集的頂芽樣品進(jìn)行脫落酸(ABA)、生長(zhǎng)素(IAA)和GA3含量的測(cè)定。激素含量測(cè)定采用改良高效液相色譜(HPLC)方法[21]，以鮮質(zhì)量計(jì)，各時(shí)間點(diǎn)采集的頂芽樣品設(shè)2個(gè)生物學(xué)重復(fù)。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和制表，利用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然溫度下西紅花花芽分化進(jìn)程的形態(tài)學(xué)觀察

通過(guò)對(duì)不同時(shí)期的西紅花頂芽石蠟切片進(jìn)行觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，西紅花頂芽從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，至形成完整的花器官到最終開(kāi)花，需要經(jīng)歷一系列的形態(tài)發(fā)育過(guò)程。根據(jù)其花芽分化的先后順序與形態(tài)特征，可將其整個(gè)分化過(guò)程大致分為5個(gè)階段。

2.1.1 未分化期 7月中旬，頂芽均未進(jìn)入分化期，此時(shí)生長(zhǎng)錐呈半圓球狀，寬度大于高度。隨著生長(zhǎng)錐的進(jìn)一步生長(zhǎng)，由生長(zhǎng)錐頂端分生組織側(cè)面的表層細(xì)胞分裂而來(lái)的葉原基不斷形成，呈小指狀突起，向兩側(cè)擴(kuò)展，包圍生長(zhǎng)錐(圖1-A)。

2.1.2 分化初期 最早出現(xiàn)在7月下旬，一直持續(xù)到8月初，頂芽生長(zhǎng)錐陸續(xù)開(kāi)始由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯成L(zhǎng)狀態(tài)。生長(zhǎng)錐頂部逐漸變圓滑肥大，向上隆起，呈半球形(圖1-B)。

2.1.3 花原基分化期 8月上旬，大部分西紅花球莖頂芽生長(zhǎng)點(diǎn)可明顯觀察到2個(gè)形狀相似、大小各異的突起。生長(zhǎng)錐繼續(xù)伸長(zhǎng)增長(zhǎng)，在隆起的半球形生長(zhǎng)錐上分化出幾個(gè)突起，即為花原基(圖1-C)。08-02頂芽長(zhǎng)度為(0.50±0.09) mm(圖2)。

(A) 7月中旬，未分化期，頂芽側(cè)翼長(zhǎng)出葉原基，被低出葉包裹；(B) 7月底，分化初期，頂芽從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯成L(zhǎng)；(C) 8月上旬，花原基分化；(D) 8月中旬，花被片原基和雄蕊原基分化期；(E) 8月下旬，產(chǎn)生明顯的花被片和雄蕊；(F) 9月上旬，雌蕊原基分化，產(chǎn)生明顯的雌蕊和心室。c.低出葉；l.葉片；b.苞片；fp.花原基；t.花被片；st.雄蕊；g.雌蕊；ve.心室;圖4同(A) In mid-July,vegetative stage:shoot apex with leaf primordia initiated at the flank of the meristem,wrapped in cataphylls;(B) At the end of July, initial differentiation stage:shoot apex was transferred from vegetative to reproductive stage;(C) In early August,the flower primordium initiated;(D) In mid-August,perianth primordium and stamen primordium produced;(E) In late August,tepals and stamens produced; (F) In early September,gynoecium and ventricles produced.c.Cataphyll;l.Leaf;b.Bract;fp.Floral primordium;t.Tepal;st.Stamen;g.Gynoecium;ve.Ventricle;The same for Fig.4圖1 自然溫度下西紅花花芽分化進(jìn)程Fig.1 Process of floral bud differentiation of saffron under natural temperature

2.1.4 花被原基及雄蕊原基分化期 進(jìn)入花原基分化期后，生長(zhǎng)錐進(jìn)一步升高，于中央及基部周邊隆起，且逐漸分離，兩側(cè)各出現(xiàn)一片凸起，即為外輪花被原基。西紅花有3枚外輪花被原基，石蠟切片顯示為2枚大小不等的側(cè)面突起；接著在外輪花被原基內(nèi)側(cè)又逐漸形成1對(duì)相對(duì)較小的凸起，與外輪花被原基對(duì)生，即為內(nèi)輪花被原基(圖1-D)?；ū辉纬珊螅谄鋬?nèi)側(cè)基部出現(xiàn)突起，經(jīng)過(guò)快速分裂、分化形成雄蕊原基。西紅花有3枚雄蕊，石蠟切片可明顯觀測(cè)到2枚(圖1-E)。從花被分化過(guò)渡到雄蕊分化，進(jìn)程很快，一般8月中旬西紅花球莖頂芽基本完成花被原基及雄蕊原基的分化。

2.1.5 雌蕊原基分化期 繼雄蕊原基分化完成后，花芽原基的頂端開(kāi)始凹陷，并逐漸發(fā)育形成3個(gè)突起，向上生長(zhǎng)，即雌蕊原基。一般8月底至9月上旬西紅花球莖頂芽基本完成雌蕊原基的分化，逐漸伸長(zhǎng)長(zhǎng)大，并伴隨心室和胚珠的形成與發(fā)育(圖1-F)。09-10頂芽長(zhǎng)度為(7.22±1.48) mm(圖2)。

圖2 自然溫度下西紅花頂芽長(zhǎng)度的變化Fig.2 Changes of shoot length of saffron under natural temperatures

2.2 不同溫度下西紅花頂芽(花芽)分化進(jìn)程的比較

不同恒溫(15，20，25和30 ℃)處理的西紅花頂芽表現(xiàn)出花芽分化和生長(zhǎng)發(fā)育的巨大差異。如表1所示，15 ℃恒溫處理下花芽分化的球莖比例為0，且頂芽中只有葉片生長(zhǎng)；20 ℃恒溫處理下，約有55%的球莖頂芽能進(jìn)行花芽分化并開(kāi)花；而在25 ℃恒溫處理和自然溫度下，該比例達(dá)到95%以上；但是持續(xù)30 ℃溫度下，在處理時(shí)間內(nèi)未觀測(cè)到頂芽萌發(fā)伸長(zhǎng)現(xiàn)象，后續(xù)轉(zhuǎn)移至20～25 ℃適宜溫度后，只觀測(cè)到頂芽萌發(fā)和葉片生長(zhǎng)，未見(jiàn)花芽分化和開(kāi)花。

表1 不同溫度下西紅花花芽分化時(shí)間及比例Table 1 Duration and ratio of floral bud differentiation in saffron under different temperatures

同時(shí)，在自然溫度下，花芽分化的起始時(shí)間在7月底左右，一直持續(xù)到9月上旬，持續(xù)時(shí)間45～50 d。而在25 ℃恒溫下，花芽分化的起始時(shí)間提前至7月中旬左右，持續(xù)到8月中下旬，持續(xù)時(shí)間30～40 d。說(shuō)明溫度能顯著影響西紅花頂芽的花芽分化與否和快慢，適宜的溫度能使成花轉(zhuǎn)變階段提前，并且花芽分化持續(xù)時(shí)間縮短。

如圖3所示，從6月中旬開(kāi)始，15 ℃下西紅花頂芽萌發(fā)最早，特別是從7月下旬開(kāi)始，伸長(zhǎng)生長(zhǎng)速度比20和25 ℃處理球莖頂芽快，可以推測(cè)一定溫度范圍內(nèi)，溫度高低與頂芽伸長(zhǎng)生長(zhǎng)速度呈反比。09-03，15和20 ℃處理頂芽長(zhǎng)度分別為(44.39±2.09)和(40.80±1.01) mm，25 ℃處理頂芽長(zhǎng)度僅為(7.98±0.79) mm。

圖3 不同溫度下西紅花頂芽長(zhǎng)度的變化Fig.3 Changes of shoot length in saffron under different temperatures

于7月初開(kāi)始，每周采集15和25 ℃頂芽進(jìn)行顯微和形態(tài)學(xué)觀測(cè)。如圖4所示，在15 ℃條件下，頂芽的生長(zhǎng)錐保持營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài)，從生長(zhǎng)錐側(cè)翼產(chǎn)生葉原基和葉片，隨著頂芽的萌發(fā)伸長(zhǎng)，葉片逐漸伸長(zhǎng)，顏色逐漸從淡黃色變?yōu)辄S綠色和綠色，葉片數(shù)最終維持在7～11片(圖4-I1)。在25 ℃條件下，最早從7月中旬開(kāi)始，生長(zhǎng)錐向上隆起，有向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)(圖4-B2)；07-19，頂芽生長(zhǎng)錐明顯向上隆起，出現(xiàn)不規(guī)則突起，進(jìn)入花芽分化初期(圖4-C2)；07-25，頂芽長(zhǎng)度達(dá)到(3.12±0.48) mm，明顯可見(jiàn)2個(gè)完整的花原基，有苞片、花瓣、雄蕊等(圖4-D2)；08-18，剝開(kāi)管狀低出葉后，可見(jiàn)葉片和花被、雄蕊(圖4-G2)，剝除雄蕊后，可見(jiàn)幾乎無(wú)色的雌蕊；09-10，頂芽長(zhǎng)度達(dá)到(13.84±2.87) mm，剝開(kāi)管狀低出葉后，可見(jiàn)花瓣和黃色的花藥組織，以及環(huán)繞的葉片(圖4-J2)。

(A1-D1)從6月中旬開(kāi)始，15 ℃西紅花頂芽的形態(tài)學(xué)觀測(cè)；(E1-J1)剝離頂芽外包裹的低出葉(葉鞘)后，明顯可見(jiàn)葉片。(A2-F2)從6月中旬開(kāi)始，25 ℃西紅花頂芽的形態(tài)學(xué)觀測(cè)；(G2)8月18日，剝離頂芽外包裹的低出葉(葉鞘)、苞片和雄蕊后，可見(jiàn)明顯的葉片、花被和柱頭；(H2-J2)剝離頂芽外包裹的低出葉(葉鞘)和苞片后，可見(jiàn)明顯的葉片、花被和雄蕊，雌蕊位于雄蕊內(nèi)輪(A1-D1) From mid-June,morphological observation of shoot apex of saffron under 15 ℃;(E1-J1) Leaves were obvious after removing sheath of cataphylls.(A2-F2) From mid-June,morphological observation of shoot apex of saffron under 25 ℃;(G2) On August 18th,leaves,tepals and stigma are shown with the sheath of cataphylls,bract and stamen removed;(H2-J2) Leaves,tepals and stamen are shown with the sheath of cataphylls and bract removed,pistils are inside the stamen圖4 不同恒溫處理下西紅花頂芽形態(tài)學(xué)變化過(guò)程Fig.4 Process of floral bud differentiation in saffron under different constant temperatures

2.3 不同溫度下頂芽(花芽)分化過(guò)程中內(nèi)源激素含量的變化

基于不同恒溫處理下的花芽分化進(jìn)程觀察結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從6月中旬開(kāi)始至07-05第1次采樣，頂芽均保持營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài)，同時(shí)25 ℃處理下的球莖于7月中旬開(kāi)始陸續(xù)進(jìn)入花芽分化初期。因此對(duì)07-05至08-27采樣期間，15和25 ℃溫度下的頂芽(花芽)進(jìn)行內(nèi)源激素含量測(cè)定。

如圖5-A所示，15 ℃處理脫落酸(abscisic acid,ABA)含量較25 ℃處理要高，與處理前相比，整體均呈下降趨勢(shì)；但25 ℃處理呈現(xiàn)“上升-下降”趨勢(shì)。25 ℃處理下，ABA含量在07-12，即花芽分化初期最低，為(1.11±0.03) μg/g，說(shuō)明ABA對(duì)花芽萌發(fā)的抑制作用減弱，花芽分化開(kāi)始之后ABA含量逐漸升高，峰值出現(xiàn)在08-02，即花被片、雄蕊發(fā)育期，之后ABA含量急劇降低。15 ℃處理下，ABA含量整體呈下降趨勢(shì)，07-12頂芽開(kāi)始萌動(dòng)并產(chǎn)生葉片，此時(shí)ABA含量為(11.88±0.62) μg/g，隨著頂芽和葉片的進(jìn)一步萌發(fā)伸長(zhǎng)，ABA含量逐漸降低。說(shuō)明低水平的ABA有利于西紅花花芽向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，形態(tài)分化開(kāi)始后，ABA含量略有升高，花器官、葉片形成后，又趨于下降。

如圖5-B所示，15 ℃處理生長(zhǎng)素(indole-3-acetic acid,IAA)含量較25 ℃處理要高，與處理前相比，整體均呈下降趨勢(shì)。25 ℃處理下，花芽分化過(guò)程中呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，與15 ℃趨勢(shì)相似，07-12，即花芽分化初期，IAA含量最低為(0.91±0.09) μg/g，之后含量升高，在07-25花被、雄蕊分化期達(dá)到一個(gè)峰值；08-18，此時(shí)頂芽進(jìn)一步發(fā)育，肉眼可見(jiàn)完整的各輪花器官和葉片，IAA含量達(dá)到(3.28±0.27) μg/g，是分化初期的3.6倍。說(shuō)明低水平的IAA有利于西紅花從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)變，較高水平的IAA有利于西紅花花芽分化的進(jìn)行和花器官發(fā)育。

如圖5-C所示，15 ℃處理GA3含量較25 ℃處理要低，整體分別呈現(xiàn)“下降-上升”和“上升-下降”的相反的變化趨勢(shì)。15 ℃處理下，頂芽萌動(dòng)前期，GA3含量逐漸下降，隨著葉片的伸長(zhǎng)發(fā)育，從08-02開(kāi)始上升。25 ℃處理下，07-12，即花芽分化初期，GA3含量較處理前有所上升，為(8.09±0.14) μg/g，之后逐漸升高，于07-25花被、雄蕊分化期達(dá)到峰值，與IAA含量變化相似，之后GA3含量略有降低；08-18頂芽進(jìn)一步發(fā)育，GA3含量達(dá)到(9.58±0.39) μg/g，仍然高于花芽分化初期(07-12)。說(shuō)明GA3的積累有利于西紅花花芽向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，且在分化過(guò)程中含量逐漸升高，說(shuō)明較高水平的GA3有利于花器官的分化和發(fā)育。

圖5 不同恒溫處理下西紅花頂芽分化過(guò)程中內(nèi)源激素含量的變化Fig.5 Changes of endogenous hormones during shoot apex differentiation in saffron under constant temperatures

2.4 不同溫度下西紅花頂芽(花芽)分化過(guò)程中內(nèi)源激素含量比值的變化

如圖6所示，在西紅花頂芽分化(15 ℃)之前，ABA/GA3和IAA/GA3均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但從07-12開(kāi)始，葉片開(kāi)始形成，兩者變化出現(xiàn)差異。ABA/GA3持續(xù)降低，且在后期隨著葉片伸長(zhǎng)，降低幅度加大；而IAA/GA3開(kāi)始逐漸升高，07-25出現(xiàn)一個(gè)峰值后，又開(kāi)始降低。ABA/IAA在頂芽分化以前升高，07-12達(dá)到峰值，頂芽分化開(kāi)始后，持續(xù)降低。整體而言，較高的ABA/GA3和ABA/IAA有助于維持頂芽的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài)和葉原基的萌發(fā)，隨著葉片的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，比值均逐漸下降。

圖6 不同恒溫處理下西紅花頂芽分化過(guò)程中內(nèi)源激素含量比值的變化Fig.6 Changes in ratios of endogenous hormones during shoot apex differentiation in saffron under constant temperature

如圖6所示，在西紅花花芽分化過(guò)程(25 ℃)中，ABA/GA3和IAA/GA3變化幅度不大，一直處于較平穩(wěn)的狀態(tài)，但是相比6月中旬和07-05花芽未分化期的高比值，ABA/GA3和IAA/GA3都有急劇降低的過(guò)程，并在07-12花芽分化初期有低峰值。比對(duì)15 ℃處理下，只有葉片萌發(fā)生長(zhǎng)的頂芽中內(nèi)源激素比值變化，說(shuō)明較低的ABA/GA3和IAA/GA3有助于西紅花頂芽向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變。由于ABA和IAA含量都在花芽分化初期降低，分化過(guò)程中略有升高，整體變化趨勢(shì)說(shuō)明較低的ABA/IAA有助于頂芽向生殖生長(zhǎng)階段的轉(zhuǎn)變，花器官形成后比值下降。

3 討 論

3.1 溫度對(duì)西紅花花芽分化和生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控作用

本研究對(duì)西紅花頂芽進(jìn)行解剖結(jié)構(gòu)觀測(cè)后發(fā)現(xiàn)，自然溫度下，7月底開(kāi)始，頂芽從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，主要經(jīng)歷花原基分化期、花被原基及雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期等3個(gè)關(guān)鍵的時(shí)期，整個(gè)分化過(guò)程歷時(shí)45～50 d，屬于向心型發(fā)育。同時(shí)，花芽分化過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)分化不同步的現(xiàn)象，可能是由于群體較大和個(gè)體差異，相同時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)不同分化時(shí)期的重疊，但是某個(gè)時(shí)間段會(huì)有分化高峰期。9月上旬，幾乎所有球莖的頂芽已經(jīng)形成完整的花器官，之后頂芽進(jìn)一步伸長(zhǎng)，進(jìn)入頂芽(花芽)發(fā)育期。

西紅花一般采用“兩段法”栽培模式，為通過(guò)控制室內(nèi)條件來(lái)調(diào)控花期提供可能性。有文獻(xiàn)報(bào)道西紅花在25 ℃處理105 d后，轉(zhuǎn)移至17 ℃下開(kāi)花最早，同時(shí)，西紅花種球前期在23～27 ℃中處理50 d以后，再轉(zhuǎn)移至17 ℃下開(kāi)花量最大[15,22]。

本研究通過(guò)不同恒定溫度(15,20,25和30 ℃)處理，觀測(cè)了其頂芽的萌發(fā)時(shí)間、生長(zhǎng)速度和花芽分化的比例等。結(jié)果表明，從6月中旬處理開(kāi)始，15 ℃下頂芽萌發(fā)最早，生長(zhǎng)速率最快，20和25 ℃下次之，但是30 ℃下，頂芽一直未萌發(fā)，說(shuō)明持續(xù)的高溫條件會(huì)抑制頂芽的花芽分化和萌發(fā)。因此，在一定溫度范圍(15～25 ℃)內(nèi)，溫度高低與頂芽伸長(zhǎng)生長(zhǎng)速度呈反比。同時(shí)，花芽分化的觀測(cè)結(jié)果表明，15 ℃下球莖頂芽均無(wú)花芽分化，而在20和25 ℃條件下，花芽分化的球莖比例分別為55%和96%，說(shuō)明西紅花花芽分化所需溫度不能低于20 ℃，也不能高于30 ℃。通過(guò)觀測(cè)25 ℃下西紅花花芽分化的進(jìn)程和持續(xù)時(shí)間可以發(fā)現(xiàn)，其花芽分化的時(shí)間為7月中旬至8月中旬，共30～40 d；而在自然溫度下的花芽分化進(jìn)程，從7月下旬至9月上旬，歷經(jīng)45～50 d；說(shuō)明在25 ℃下其成花轉(zhuǎn)變階段提前，且持續(xù)時(shí)間要短。以上結(jié)果均表明，溫度能顯著影響西紅花花芽分化的有無(wú)、起始時(shí)間和持續(xù)長(zhǎng)短，同時(shí)也能影響其頂芽萌發(fā)時(shí)間和生長(zhǎng)速度，最終影響其開(kāi)花。

3.2 西紅花頂芽中內(nèi)源激素對(duì)花芽分化的調(diào)控作用

球根花卉由于其特殊的形態(tài)結(jié)構(gòu)，在生理特性、養(yǎng)分運(yùn)輸、環(huán)境因子響應(yīng)等方面均具有一定的特異性，同時(shí)具有休眠特性，而休眠的解除一定程度上意味著花芽分化的起始。植物激素是球根休眠和花芽分化的關(guān)鍵誘導(dǎo)因子之一，對(duì)花芽分化的起始具有重要的調(diào)控作用。IAA對(duì)成花的作用是最早被認(rèn)識(shí)到的，但看法不一，有研究認(rèn)為IAA含量降低有利于花芽分化[23]，也有研究認(rèn)為高含量IAA可能促進(jìn)花芽分化[24]。目前普遍認(rèn)為，低濃度IAA是花發(fā)生所必需的，但是高濃度則抑制開(kāi)花。同時(shí)，有關(guān)ABA和GA3在花芽分化中作用的研究結(jié)果[25-26]也不一致，可能因植物不同而有差異。有研究表明，ABA是誘導(dǎo)球根休眠的必需激素[27-28]。郭蕊等[29]對(duì)百合的研究結(jié)果表明，ABA和GA1+3在解除休眠中起關(guān)鍵作用，其中ABA含量的降低和GA1+3含量的升高可能解除了鱗莖萌發(fā)的抑制因素，從而打破休眠、開(kāi)始花芽分化。郁金香的萌芽生長(zhǎng)伴隨著IAA和GA含量的增加[30]。GAs對(duì)成花的影響可能與處理時(shí)期有關(guān)，同時(shí)對(duì)花芽的影響是分階段的，其含量降低是花芽分化必需的，而在后期花器官發(fā)育中，GAs是有促進(jìn)作用的[31]。

本研究中，IAA含量在花芽分化初期的含量遠(yuǎn)低于花芽分化前，在隨后的形態(tài)分化過(guò)程中，IAA含量有所增加，但是花芽(25 ℃)IAA含量低于葉芽(15 ℃)IAA含量。該結(jié)果與王玉華等[32]對(duì)大櫻桃的研究結(jié)果一致。因此，在西紅花頂芽中IAA可能是作為抑花激素。相比于花芽分化前，ABA含量在花芽分化初期降低至谷值，隨著花芽分化的進(jìn)行略有升高，在雄蕊分化期達(dá)到峰值后又下降，同時(shí)花芽(25 ℃)中ABA含量低于葉芽(15 ℃)。整體說(shuō)明低水平的IAA和ABA有利于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，同時(shí)IAA和ABA含量的升高對(duì)形態(tài)分化有促進(jìn)作用。同時(shí)，花芽(25 ℃)中GA3含量整體呈上升趨勢(shì)，高于葉芽(15 ℃)中GA3含量，且兩者變化趨勢(shì)相反，說(shuō)明低水平GA3和適宜的溫度下，GA3逐漸積累可能有利于西紅花花芽向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，并在后期花器官發(fā)育中有促進(jìn)作用。這與郭蕊等[29]對(duì)百合的“ABA含量的降低和GA1+3含量的升高可促進(jìn)花芽分化”的結(jié)果一致。同時(shí)，也有文獻(xiàn)報(bào)道，用適宜濃度GA3浸泡球莖，可以提高西紅花花芽分化和開(kāi)花率，促進(jìn)開(kāi)花[33]。

目前，關(guān)于激素對(duì)花芽形成的影響機(jī)理尚不清楚，但普遍認(rèn)為多種激素之間存在相互促進(jìn)或相互拮抗的平衡協(xié)調(diào)效應(yīng)，其動(dòng)態(tài)的變化和平衡對(duì)植物成花起著至關(guān)重要的作用。大量研究結(jié)果表明，較高的CTKS/GAs、CTKS/IAA、ABA/GAs、ABA/IAA有利于花芽的形成分化和完成[31]，但是也有報(bào)道稱(chēng)IAA/GAs、ZRs/ABA和IAA/ABA的升高有利于成花[34]。本研究通過(guò)比對(duì)花芽(25 ℃)和葉芽(15 ℃)中的激素含量比值變化發(fā)現(xiàn)，較低的ABA/GA3、IAA/GA3、ABA/IAA有利于西紅花頂芽從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，且其比值升高可能有利于花芽分化的進(jìn)行和完成，與花芽分化及成花有密切關(guān)系。

本研究中，內(nèi)源激素變化的結(jié)果與張衡鋒等[18]對(duì)西紅花“低水平的GA和IAA有利于花芽分化”的結(jié)果一致，但與其“高濃度ABA有利于花芽分化”的結(jié)果不一致?？赡苁怯捎趶埡怃h等[18]是根據(jù)頂芽解剖學(xué)狀態(tài)的差異來(lái)采樣，涉及從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期至開(kāi)花期共6個(gè)節(jié)點(diǎn)，時(shí)間跨度從7月上旬至11月上旬;而本研究是不同溫度處理下，選擇花芽(25 ℃)和葉芽(15 ℃)兩種頂芽發(fā)育狀態(tài)，且主要關(guān)注花芽分化轉(zhuǎn)變和花芽分化期，對(duì)應(yīng)西紅花頂芽的生長(zhǎng)狀態(tài)有一定的差異。因此，相關(guān)研究結(jié)果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

總之，花芽分化是一個(gè)復(fù)雜的生理生化和形態(tài)變化過(guò)程，外在環(huán)境信號(hào)如溫度、光照等，內(nèi)在的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和激素變化等都會(huì)對(duì)花芽分化起一定的作用。同時(shí)，花芽分化并非單一激素變化的結(jié)果，而與激素平衡相關(guān)，是各種激素相互促進(jìn)、相互制約的結(jié)果。對(duì)西紅花在自然溫度和恒定溫度處理下花芽分化進(jìn)程的觀測(cè)結(jié)果表明，調(diào)控溫度能有效調(diào)控西紅花花芽分化的起始和持續(xù)長(zhǎng)短?；ㄑ糠只^(guò)程中內(nèi)源激素含量的變化結(jié)果表明，改變外部環(huán)境因素也可間接調(diào)節(jié)內(nèi)部激素的合成與運(yùn)輸，從而影響休眠與花芽分化。該研究結(jié)果可為西紅花生產(chǎn)過(guò)程中室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化制定提供理論基礎(chǔ)，對(duì)其花期調(diào)控、生產(chǎn)實(shí)踐等方面具有一定的指導(dǎo)意義。