不同耐低溫辣椒花芽分化及形態(tài)生理特性研究

張彥君，鄧昌蓉，李 江，陳 艷，侯智超，邵登魁*

(1.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所，青海 西寧 810016；2.青海省蔬菜遺傳與生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016)

辣椒(CapsicumAnnuumL.)屬茄科(Solanaceae)辣椒屬(Capsicum)一年或多年生喜溫性草本植物。青海高原地區(qū)受海拔和緯度影響，絕對(duì)低溫和年積溫均不太適宜辣椒露地栽培，因此多數(shù)辣椒在設(shè)施中栽培，即使在設(shè)施條件下，也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)冬春季冷害或凍害，造成大量落花落果[1-3]。在生產(chǎn)中，如苗期遭受低溫，先期辣椒成花率會(huì)明顯降低。明確辣椒花芽分化顯微學(xué)特性，系統(tǒng)開(kāi)展辣椒花芽分化過(guò)程及形態(tài)特性研究是開(kāi)展不同耐低溫性材料花芽分化遺傳特性及相關(guān)信號(hào)調(diào)控等機(jī)理研究的先決條件。

前人已經(jīng)在許多植物進(jìn)行了花芽分化形態(tài)的研究，如蘋果[4]、棗花[5]、白菜[6]、棉花[7]、日本落葉松[8]、花生[9]、楊梅[10]、鴨梨[11]、油茶[12]、西瓜[13]、扁桃[14]、李[15]、大花鐵線蓮[16]、大蔥[17]等。對(duì)花芽分化的顯微學(xué)研究大多采用石蠟切片和電鏡掃描的方法，一般將花芽分化過(guò)程大致分為4-6個(gè)時(shí)期。茄科作物花芽分化的有研究報(bào)道的僅有番茄[18]、馬鈴薯[19]等，關(guān)于不同耐低溫材料的相關(guān)研究報(bào)道較少。本試驗(yàn)選擇不同耐低溫性辣椒品種為材料，采用石蠟切片法，對(duì)辣椒花芽的形態(tài)分化進(jìn)行研究，旨在為深入開(kāi)展辣椒花芽分化機(jī)理及材料間差異性研究提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗(yàn)選用2個(gè)不同耐低溫性辣椒材料，強(qiáng)耐低溫品種華美105，弱耐低溫品種樂(lè)都長(zhǎng)辣椒，種子均來(lái)源于青海省農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所。

1.2 方法

2021年2月25日將2個(gè)辣椒品種播種于青海省農(nóng)林科學(xué)院1號(hào)試驗(yàn)園育苗棚，4月18日篩選大小一致的壯苗，分苗于50穴的穴盤中進(jìn)行后續(xù)的試驗(yàn)檢測(cè)，田間正常管理?；ㄑ坎蓸訒r(shí)期為4月23日-6月4日。材料每隔2d，于每日9時(shí)-10時(shí)進(jìn)行頂部門椒花芽部位的采集，采集后用FAA固定液固定并保存，常規(guī)石蠟法制片。并對(duì)同時(shí)期辣椒幼苗株高、完全功能葉、葉綠素含量和可溶性糖含量進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耐低溫辣椒花芽分化過(guò)程比較

通過(guò)生長(zhǎng)錐形態(tài)變化特點(diǎn)(圖1，圖2)，將2個(gè)辣椒材料花芽分化分為5個(gè)時(shí)期。 花芽分化初期：辣椒葉芽處生長(zhǎng)錐變圓凸起明顯，長(zhǎng)度大于寬度(圖1a)。萼片分化期：生長(zhǎng)錐頂部變寬，在頂部?jī)蛇叧霈F(xiàn)2個(gè)向內(nèi)彎曲的小突起(萼片原基)將生長(zhǎng)錐包在中間(圖1b)?；ò攴只冢狠嗥只笃?，生長(zhǎng)錐頂部凹陷，凹陷兩邊凸起為花瓣原基，此時(shí)萼片原基向內(nèi)彎曲外側(cè)連在一起，形成兩個(gè)三角錐突起(圖1c)。雄蕊分化期：隨著花芽不斷分化，雄蕊原基分化完成，在花瓣原基內(nèi)側(cè)突起(圖1d)。雌蕊分化期：同雄蕊分化期一樣，雌蕊原基在雄蕊原基基部形成突起(圖1e)。雌蕊原基發(fā)育生長(zhǎng)后呈錐形(圖1f)。之后隨著胚珠的產(chǎn)生，最終形成完整花器官(圖1g)。

對(duì)2個(gè)辣椒材料花芽分化時(shí)期進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，從樂(lè)都長(zhǎng)辣椒花瓣分化期(圖1c)和華美105花瓣分化期(圖2c)可以發(fā)現(xiàn)，樂(lè)都長(zhǎng)辣椒萼片比華美105凹陷更加明顯；通過(guò)比較圖1c和圖2c可以看出，樂(lè)都長(zhǎng)辣椒花柄附著點(diǎn)較細(xì)，而華美105花柄附著點(diǎn)較粗；從圖1f和圖2f可以看出，樂(lè)都長(zhǎng)辣椒心皮分化完成后空腔更小，且較華美105心皮分化完成后空腔較大，形成的三角錐形更鈍。

圖1 樂(lè)都長(zhǎng)辣椒花芽分化過(guò)程Fig.1 The courses of flower bud differentiation of ledu long pepper注：a:分化初期；b:萼片分化；c:花瓣分化；d:雄蕊分化；e:雌蕊分化；f:心皮；g:胚珠。V：生長(zhǎng)錐；SE：萼片原基；PE：花瓣原基；ST：雄蕊原基；PI：雌蕊原基；C：心皮。(放大倍數(shù)：×40),下同。

圖2 華美105花芽分化過(guò)程Fig.2 The courses of flower bud differentiation of Huamei 105 pepper

2.2 不同耐低溫辣椒花芽分化期株高的變化

由圖3可知，樂(lè)都長(zhǎng)辣椒在株高 8cm左右時(shí)進(jìn)入門椒花芽分化初期，10-11cm進(jìn)入萼片分化期，11-12cm時(shí)進(jìn)入花瓣分化期，13cm時(shí)進(jìn)入雄蕊分化期，14cm時(shí)進(jìn)入雌蕊分化期，之后開(kāi)始心皮分化，在株高達(dá)到16cm時(shí)心皮分化完成，之后隨著胚珠的產(chǎn)生，門椒生長(zhǎng)錐頂部花芽最終形成一個(gè)成熟的花器官。華美105則在株高9cm左右時(shí)開(kāi)始門椒花芽分化；門椒花芽分化完成時(shí)，樂(lè)都長(zhǎng)辣椒的株高在16cm左右，而華美105的株高在18cm左右。華美105株高在花芽分化各時(shí)期株高均高于樂(lè)都長(zhǎng)辣椒。

圖3 辣椒花芽分化過(guò)程中株高的變化Fig.3 Changes of plant height of pepper duringflower bud differentiation

2.3 不同耐低溫辣椒花芽分化期功能葉片數(shù)變化

在花芽分化過(guò)程中需要消耗大量的能量物質(zhì)，只能依靠光合產(chǎn)物提供。通過(guò)測(cè)定比較長(zhǎng)度大于2cm功能葉總數(shù)發(fā)現(xiàn)(如圖4所示)。樂(lè)都長(zhǎng)辣椒在5片功能葉時(shí)進(jìn)入門椒花芽分化期，基本每增加2片，花芽分化進(jìn)程向前一個(gè)時(shí)期，功能葉片數(shù)達(dá)到14片時(shí)門椒完成花芽分化；華美105則在7片功能葉時(shí)進(jìn)入門椒花芽分化初期，花芽分化初始期功能葉片數(shù)多于樂(lè)都長(zhǎng)辣椒，在門椒完成花芽分化時(shí)的功能葉片數(shù)(15-16片)也多于樂(lè)都長(zhǎng)辣椒。綜上所述，樂(lè)都長(zhǎng)辣椒先于華美105 進(jìn)入花芽分化，華美105在第7片功能葉長(zhǎng)成后進(jìn)入花芽分化期。

圖4 辣椒花芽分化過(guò)程中完全功能葉片數(shù)的變化 Fig.4 Changes in the number of fully functional leaves during the differentiation of pepper flower buds

2.4 不同耐低溫辣椒花芽分化期葉綠素及可溶性糖變化

由圖5可知，在辣椒花芽分化過(guò)程中，2個(gè)辣椒材料葉綠素含量不斷增加，在雄蕊分化期葉綠素含量達(dá)到同一水平；可溶性糖含量呈先升高后降低的趨勢(shì)，樂(lè)都長(zhǎng)辣椒和華美105分別在雌蕊分化期和雄蕊分化期達(dá)到峰值。綜上所述，隨著花芽分化期每一時(shí)期的發(fā)生，葉綠素含量逐漸上升，可溶性糖在花芽分化的前期升高，花芽分化后期，可溶性糖含量均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，華美105在雄蕊分化期出現(xiàn)拐點(diǎn)，樂(lè)都長(zhǎng)辣椒拐點(diǎn)出現(xiàn)在雌蕊分化期。

圖5 辣椒花芽分化過(guò)程中葉綠素和可溶性糖含量的變化Fig.5 Changes in chlorophyll and soluble sugar content during floral bud differentiation in pepper

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)采用石蠟切片技術(shù)和顯微鏡觀察了強(qiáng)耐低溫材料華美105和弱耐低溫材料樂(lè)都長(zhǎng)辣椒花芽分化的全過(guò)程，通過(guò)比較2個(gè)材料的5個(gè)花芽分化時(shí)期發(fā)現(xiàn)：樂(lè)都長(zhǎng)辣椒萼片原基凹陷、花柄原基細(xì)而附著點(diǎn)疏松、心皮空腔小而胎座原基寬，表面附著胚珠原細(xì)胞數(shù)量多；華美105萼片原基較凸出、花柄原基粗而附著點(diǎn)緊致、心皮空腔大而胎座原基呈近錐形，表面附著胚珠原細(xì)胞數(shù)量較少。由這些顯微結(jié)構(gòu)差異可以發(fā)現(xiàn)，樂(lè)都長(zhǎng)辣椒花柄原基細(xì)，有可能是其容易低溫落花的原因之一，同時(shí)樂(lè)都長(zhǎng)辣椒心皮空腔小，胚珠原細(xì)胞數(shù)量多是其生殖生長(zhǎng)旺盛的特點(diǎn)，這與后期樂(lè)都長(zhǎng)辣椒果實(shí)內(nèi)種子數(shù)量多，容易造成生殖生長(zhǎng)過(guò)盛，影響后期花芽分化的特點(diǎn)相一致。

結(jié)合花芽分化過(guò)程中株高、完全功能葉、葉綠素含量和可溶性糖含量的變化，發(fā)現(xiàn)辣椒花芽分化過(guò)程中弱耐低溫的樂(lè)都長(zhǎng)辣椒花芽分化時(shí)期要早于華美105，而且分化初期功能葉片數(shù)較華美105少，由于樂(lè)都長(zhǎng)辣椒生殖分化旺盛，需要更多的光合作用產(chǎn)物支持分化過(guò)程，但功能葉少，啟動(dòng)的生理時(shí)期又早，這樣會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量代謝失衡，這也可能是樂(lè)都長(zhǎng)辣椒容易發(fā)生低溫落花的原因之一。研究還發(fā)現(xiàn)雄蕊分化期和雌蕊分化期辣椒細(xì)胞分裂和組織速度很快，這一時(shí)期的環(huán)境條件、營(yíng)養(yǎng)條件是辣椒能否形成完全花器管的關(guān)鍵時(shí)期。