大蔥花芽分化研究進(jìn)展

□ 鄒雨辰（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150006）

關(guān)鍵字：大蔥；花芽分化；調(diào)控因子

大蔥是東亞各國以及華人生活地區(qū)栽培的蔬菜作物，在東方常作為一種很普遍的調(diào)料或食用蔬菜，并且具有強(qiáng)大的保健功效，富含維生素A、C、D等，具有舒張血管、降血脂、預(yù)防癡呆的功效。近年來，在大蔥越冬過程中，經(jīng)常出現(xiàn)因溫度過低導(dǎo)致的先期抽薹，極大程度上削減了經(jīng)濟(jì)效益［1］。而花芽分化作為植物生長周期中的重要階段，是大蔥從營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長過程的開端，是控制大蔥抽薹的先決條件。

本文對大蔥花芽分化過程中的形態(tài)變化、生理變化以及多種內(nèi)外調(diào)控因素相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，用以加強(qiáng)對大蔥花芽分化過程的認(rèn)識，為未來調(diào)控大蔥抽薹，選育優(yōu)良品種以及推廣到蔥蒜科其他作物奠定基礎(chǔ)。

一、大蔥花芽分化及時(shí)期劃分

（一）大蔥的花芽分化

花芽分化即是成花之前通過調(diào)控誘導(dǎo)植物莖尖分生組織，使其不產(chǎn)生腋芽原基與葉原基，開始逐步分化形成花原基或花的過程。1952年Lang將花的發(fā)育劃分成花原基的伸長、花器官分化、花的成熟與開花4個(gè)階段。楊國棟通過解剖觀察到，大蔥花芽分化初期，首先莖尖組織呈半球狀膨大隆起，剝離一層葉原基，可觀查到半橢圓凸起的環(huán)狀體。在總苞包片閉合時(shí)，生殖生長錐于包片內(nèi)部開始逐漸分化隆起，形成的花序原基呈圓錐狀，花序原基表面分生出膜泡狀凸起的小花原基，隨后花序原基和花原基同步分化。此后，花原基表面中央出現(xiàn)呈明顯的三角形凹陷，當(dāng)花莖逐步伸長到5～10毫米時(shí)，依次形成外層花被片原基和雄蕊原基，內(nèi)層花被以及雄蕊。當(dāng)外層、內(nèi)層花被和雄蕊均成形之后，心皮原基開始分化?？偘冻鋈~孔前，花被片首先閉合形成小花雛形，同時(shí)下部小花的花被和雄蕊才開始分化。總苞露出葉孔后，心皮逐步成形并在中間分化出雌蕊原基，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［2］。

（二）大蔥花芽分化時(shí)期的劃分

對于不同的植物，植物花芽分化的劃分階段也有區(qū)別。蔥蒜類作物中，郭葉菊將大蒜花芽分化分為：花原基分化、苞片原基分化、花器官分化三個(gè)階段。吳澤秀則將大蒜花芽分化分為：未分化期、總苞和花序原基分化期、小花原基分化期、花器官原基分化期。寧云芬等將百合花芽分化劃分為：花芽未分化期、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5個(gè)階段。

而楊國棟認(rèn)為大蔥花芽分化可分為：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4個(gè)時(shí)期［2］。

二、大蔥花芽分化的機(jī)理

（一）碳氮比學(xué)說

20世紀(jì)初，KrebHans提出C/N是決定花芽分化的關(guān)鍵因素，即C/N較高，利于花的形成促進(jìn)生殖生長，C/N較低則會抑制開花，促進(jìn)營養(yǎng)生長。雖然經(jīng)過各項(xiàng)試驗(yàn)證明C/N在花芽分化過程中作用并不絕對，但作為一種決定因子，齊紅巖等證實(shí)高水平的C/N有利于薄皮甜瓜花芽前期分化。高水平的C/N有利于越橘花芽分化［3］。

（二）激素學(xué)說

大量實(shí)驗(yàn)表明，在花芽分化過程中激素調(diào)節(jié)作用比營養(yǎng)物質(zhì)作用更重要，并且同時(shí)證明，植物的花芽分化過程并不是受單一激素調(diào)控，而是受多種激素共同調(diào)節(jié)。

已有研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源激素可以影響植物花芽分化，例如郭菊葉發(fā)現(xiàn)GA3、ABA含量的提高有利于大蒜花芽分化，較低含量的IAA可能是在大蒜生殖階段促進(jìn)大蒜開始花芽分化信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)。吳翠南發(fā)現(xiàn)不同品種大蒜花芽分化中IAA變化有提高也有降低，大多數(shù)品種ZR含量降低，而GA對植物幾乎所有器官生長都是必需的，較高水平會促進(jìn)花芽分化。胡巍發(fā)現(xiàn)GA3可以代替洋蔥春化所需低溫，促進(jìn)洋蔥花芽分化，而較低含量的IAA也有利于抑制洋蔥營養(yǎng)生長。有研究表明高水平的ABA/IAA、ABA/GA3、CTK/GAS、CTK/IAA有利于花芽分化。

（三）遺傳基因?qū)W說

植物花芽分化是一系列復(fù)雜的形態(tài)變化過程，是由植物自身各種因素與其環(huán)境條件共同控制的，其中遺傳基因起到?jīng)Q定作用。

目前經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明的參與花芽分化的信號途徑有六條，例如：光周期途徑、赤霉素途徑、春化途徑等。而在六種途徑中存在著關(guān)鍵基因例如：目前大蒜研究中克隆出的，如：光周期途徑有關(guān)的AcCOL三個(gè)基因，其中AcCOL3在通過春化后的洋蔥幼苗的各器官中均有表達(dá)，幼葉中表達(dá)量最高，也在抽薹開始時(shí)的花莖中大量存在，其余部位表達(dá)量較少［4］。花序組織上有關(guān)的AcLFY基因，過量表達(dá)會使花期提前6-8天左右，并減少葉片數(shù)量。赤霉素途徑的AcGA1可以通過抑制FT、CO的表達(dá)從而強(qiáng)烈抑制開花促進(jìn)晚花，系統(tǒng)性的抑制生長發(fā)育。AcSCL4也可以抑制開花，促使植株矮化等［5］。

三、影響大蔥花芽分化的內(nèi)外調(diào)控因素

（一）內(nèi)在因素

1.基因型

大蔥花芽分化時(shí)間受基因型控制，不同品種不同基因型分化開始時(shí)間也有所變化?！罢虑鸫笫[”與“春味大蔥”即使在相同條件下進(jìn)行培養(yǎng)，花芽分化與抽薹率也大不相同。郭葉菊通過研究發(fā)現(xiàn)：“正月早”在展出5-6片功能葉時(shí)，進(jìn)行花芽分化，而“二水早”和“三月黃”則是分別在6-7和7-8片葉是進(jìn)行花芽分化。郭葉菊與楊國棟都認(rèn)為總苞的形成可認(rèn)為是花芽分化的開始［2］。

2.苗齡

影響花芽分化的因素較多，而大蔥等綠體春化能夠完成的條件是，營養(yǎng)體長到一定大小，感受一定低溫，并且持續(xù)一段時(shí)間。胡定東等人認(rèn)為當(dāng)蔥苗發(fā)育超出兩片真葉，感受低溫，蔥苗轉(zhuǎn)向生殖生長。董殷鑫采用中抽薹品種“魯蔥6號”進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)日歷苗齡30d，2葉期時(shí)只有在15/10℃時(shí)才能進(jìn)行花芽分化。而苗齡50d，3葉期時(shí)，所需溫度和時(shí)間范圍較寬泛，并將此條件認(rèn)為是“魯蔥六號”的苗齡下限［1］?！罢虑鸫笫[”在三葉期的苗期開始到以后生長期間，持續(xù)7℃以下低溫7-10天左右，就可以通過春化。有研究稱大蔥秋季播期，苗齡越大越易于進(jìn)行花芽分化，從而利于抽薹。

3.內(nèi)源激素

在植物花芽分化過程中，受各種內(nèi)源激素如：GA3、IAA、ABA、ZR等的影響。付昆等人通過對莖尖生長點(diǎn)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，春化過程中大蔥內(nèi)的GA3含量持續(xù)上升，并在春化作用結(jié)束時(shí)達(dá)到最高值，做出結(jié)論，GA3具有促進(jìn)大蔥花芽分化作用，這與在甘蔗、番茄、棉花等的研究一致。此外ABA在花芽分化過程中含量逐漸升高，說明ABA促進(jìn)花芽分化。而IAA的含量是逐漸下降的，可能對大蔥花芽分化起抑制作用，并且ABA/IAA與ABA/GA3的比值的峰值都出現(xiàn)在花芽分化基本完成時(shí)。蘇華等人對大蔥根、假莖、葉片的內(nèi)源激素進(jìn)行了研究，也證明了ABA、GA3在花芽分化時(shí)期大蔥各器官含量上升，并且葉片變化幅度最大，具有促進(jìn)花芽分化的作用。而在花芽分化過程中ZR含量上升，說明ZR對大蔥花芽分化起促進(jìn)作用，而IAA的下降說明其可能抑制花芽分化，同樣葉片ABA/IAA與ABA/GA3的比值高峰也出現(xiàn)在了花芽分化基本完成時(shí)，說明內(nèi)源激素間的動(dòng)態(tài)平衡對于花芽分化至關(guān)重要。

4.生理物質(zhì)

大蔥體內(nèi)自身的生理物質(zhì)對于花芽分化也起著重要作用。在花芽分化階段，碳水化合物的積累起著關(guān)鍵作用，既可以提供所需能量，也可以作為結(jié)果物質(zhì)。［6］有研究表明，花芽分化與發(fā)育需要高水平的碳水化合物，同時(shí)也大量供給給花器官的啟動(dòng)與發(fā)育，并作為開始分化成花的啟動(dòng)子。

付昆等人通過對大蔥莖尖生長錐進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)可溶性糖與可溶性蛋白在大蔥花芽分化進(jìn)程中均呈升高-略下降-再升高的趨勢。據(jù)推斷，可能為花芽分化前，大蔥通過光合作用大量積累物質(zhì)，以應(yīng)對花芽分化，在分化進(jìn)程中可溶性糖與蛋白被大量急劇消耗。同時(shí)DNA與核酸的總含量在花芽分化之前逐漸上升趨勢，到中期達(dá)到小高峰，后開始下降，花芽分化結(jié)束后略微上升。RNA含量則是在花芽分化之前升高到達(dá)小高峰，隨后持續(xù)下降，分化完成后略微回升。RNA／DNA比值持續(xù)下降，直至分化時(shí)達(dá)到最低值，隨后有所升高。這與楊暹等人研究基本相似。說明花芽分化初期，DNA的大量復(fù)制、核酸轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)合成有利于大蔥進(jìn)行花芽分化。

5.分子機(jī)理

目前在擬南芥中發(fā)現(xiàn)參與調(diào)控花芽分化的途徑目前有6條，目前通過試驗(yàn)也可克隆出了許多同源開花調(diào)控基因如：FT的同源基因，水稻中的Hd3a，番茄中的FSFT基因，甘藍(lán)、蘿卜等LFY的同源基因，以及甘藍(lán)型油菜中的BnFLC-C2基因等［7］。而目前在大蔥中關(guān)于開花基因的研究較少，目前也僅有董殷鑫通過同源克隆出了大蔥同源基因AfFT與AfLFY。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)AfFT與洋蔥基因中的AcFT等屬于同源基因，在系統(tǒng)進(jìn)化樹中為同一分支，且表達(dá)一致，均在葉片中表達(dá)較多。AfLFY更是與洋蔥當(dāng)中的AfLFY基因具有極高的相似度，在生長點(diǎn)和花器官中大量表達(dá)，且峰值出現(xiàn)在開花前期，推測該基因?yàn)樵谏L點(diǎn)促進(jìn)大蔥開花的主要基因［1］。

（二）外在因素

除內(nèi)在調(diào)節(jié)因素外，影響植物花芽分化的外在因素也是多種多樣的。大多數(shù)環(huán)境因素如：溫度、持續(xù)時(shí)間、光照、礦質(zhì)營養(yǎng)、植物生長調(diào)節(jié)劑等都會對大蔥成花產(chǎn)生影響。比如：萬壽菊花芽分化受光照影響，在某特定時(shí)間內(nèi)，越短的日照，越會促進(jìn)花芽分化；秋菊由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長的過程中，各元素由葉片逐漸轉(zhuǎn)向根部與花；將乙烯利與多效唑混合對荔枝施用可促進(jìn)花芽分化。向油菜幼苗噴施GA3會促進(jìn)油菜的花芽分化，并且噴施的量與花芽分化率為正相關(guān)。在眾多因素其中，針對于大蔥花芽分化的研究，目前以溫度、低溫持續(xù)時(shí)間的研究較為普遍。并且有研究表明在植株時(shí)期基本相同時(shí)，低溫持續(xù)時(shí)間的影響要大于溫度的影響［8］。

1.溫度

植物進(jìn)行花芽分化需要適宜的溫度，過高或過低的溫度都會對花芽分化產(chǎn)生影響，其中低溫大多促進(jìn)花芽分化。其中對于耐寒與半耐寒植物，例如白菜、蘿卜、洋蔥等，低溫則更為重要［9］。大白菜的花芽分化時(shí)間會隨著低溫條件的改變提前。蘿卜“短葉13”在5-10℃的條件下就能促進(jìn)花芽分化。

大蔥作為綠體春化作物，溫度主要是低溫對大蔥春花起重要作用，低溫的作用大致有兩方面：一是通過抑制營養(yǎng)生長來促進(jìn)生殖生長，二是有利于花芽，花器官的分化。大蔥在2片葉以上或假莖粗7毫米時(shí)，感受13℃以下溫度就可以完成花芽分化。吳翠南認(rèn)為在10℃與5℃條件下處理40和20天，最有利于大蒜的綜合生長。關(guān)于大蔥花芽分化，董殷鑫認(rèn)為，溫度上限是20/15℃，而溫度的感受范圍是15-0℃之間。通過是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在10/5℃的狀態(tài)下，通過春化所用時(shí)間最短［1］。

2.低溫持續(xù)時(shí)間

綠體春化植物在達(dá)到一定營養(yǎng)體大小，在一定低溫條件下，低溫持續(xù)時(shí)間也是十分重要的。同時(shí)低溫持續(xù)的時(shí)間也取決于植株不同的生理時(shí)期與溫度情況。甘藍(lán)在長出6片真葉之前，對低溫并不敏感。6真葉時(shí)需要低溫持續(xù)60天，而8片葉只需要45天，1片葉需要30天。同時(shí)不同品種花芽分化低溫持續(xù)的時(shí)間也不相同。當(dāng)甘藍(lán)基部直徑超過0.6厘米時(shí)，“大灰葉”品種需15℃以下15天，而“楠木葉”品種則需要30天。

前人研究章丘大蔥在假莖基部超過4毫米，4片葉以上時(shí)，感受7-15℃時(shí)27天以上就可以完成春化。而對于4葉期的大蔥，在10-5℃時(shí)，需持續(xù)15d開始進(jìn)行花芽分化。若是在非最適宜溫度15-10℃或5-0℃則所需持續(xù)時(shí)間更長，要超過20天［1］。

四、討論

大蔥花芽分化并不是單一因素控制，而是受多種自身內(nèi)外因素共同調(diào)節(jié)。對于大蔥花芽分化，目前現(xiàn)有的研究多聚焦于溫度、苗齡、內(nèi)源激素、生理物質(zhì)等。重復(fù)性研究較多，此外各研究使用的品種相似，大多為“章丘大蔥”“元藏大蔥”“遼蔥5號等”，品種選擇種類較少，針對各項(xiàng)研究，得出結(jié)論不夠全面。此外，目前對于光照、植物生長調(diào)節(jié)劑、礦質(zhì)元素等因素對于大蔥花芽分化的研究較少，可以繼續(xù)討論這些因素的作用。在分子領(lǐng)域，缺乏大蔥開花調(diào)控基因的相關(guān)研究，目前也僅局限于FT與LFY的同源基因克隆，可以對其他開花網(wǎng)絡(luò)的基因如COL、GA等進(jìn)行同源克隆，并且開花基因具體在大蔥中的調(diào)控機(jī)理并不十分明確?？梢詷?gòu)建開花基因過表達(dá)和下調(diào)表達(dá)的大蔥，通過對開花植株前后農(nóng)藝性狀進(jìn)行收集與測定相關(guān)基因的表達(dá)量，進(jìn)一步對大蔥中開花基因的功能進(jìn)行驗(yàn)證。對于開花調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的其余重要基因FLC、CO等研究十分缺乏?？梢詤⒖佳笫[中AcGAI、AcCO、AcCRY1等開花基因的同源克隆與功能分析，類比分析大蔥中的同源基因?qū)Υ笫[成花相關(guān)的調(diào)控作用。此外新模式植物如二穗短柄草等的研究也有成果：如童偉楊對二穗短柄草中BdCDF1基因的表達(dá)模式進(jìn)行分析與亞細(xì)胞定位；董殷鑫認(rèn)為二穗短柄草中的BdVRN2為開花抑制基因，BdVRN2表達(dá)量的降低會促進(jìn)提早開花與BdFT基因的表達(dá)。可以將研究的方法應(yīng)用于大蔥花芽分化的研究當(dāng)中，最終明確大蔥的開花調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。