紅錐花芽分化過程及相關(guān)激素含量的變化

譚長強(qiáng)，鄭 威，謝 樂，方舒衡，譚際林，梁星星，申文輝

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室 廣西紅錐良種培育中心，廣西南寧530002；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)種苗站，廣西南寧530000；3.玉林市林業(yè)勘測設(shè)計院有限公司，廣西玉林537000；4.陸川縣林業(yè)技術(shù)推廣站，廣西陸川537000）

紅錐（Castanopsis hystrix）是殼斗科（Fagaceae）栲屬常綠喬木，生長快，是優(yōu)質(zhì)的鄉(xiāng)土用材樹種。因天然林禁伐和國家鄉(xiāng)土珍貴樹種木材儲備計劃的實施，且市場對珍貴木材的需求不斷增加，紅錐人工林種植面積不斷擴(kuò)大；截至2019年，廣西紅錐種植面積已超過1.5萬hm2[1]。加快紅錐良種選育和種子園建設(shè)十分必要。

紅錐花芽為混合花芽，雌雄同穗異花，雌花序一般位于雄花序的上部葉腋間，花期一般為每年的2—3月。花芽分化是林木開花結(jié)實的基礎(chǔ)，了解花芽分化過程，對林木開花調(diào)控、保花保果、種子生產(chǎn)及提高植物觀賞性能等具有重要意義[2]。在花芽分化過程中，植物的內(nèi)源激素相互作用達(dá)到動態(tài)平衡，調(diào)控植物花芽的分化進(jìn)程[3]。齊飛艷等[4]研究認(rèn)為高水平玉米素核苷（ZR）、赤霉素（GA3）和脫落酸（ABA）及低水平生長素（IAA）可促進(jìn)毛竹（Phyllostachys edulis）花發(fā)育。李秀玲等[5]認(rèn)為高水平IAA、GA3、玉米素（ZT）、多胺（PAS）和GA3/IAA有利于帶葉兜蘭（Paphiopedilum hirsutissimum）花芽分化。張寧等[3]認(rèn)為較高水平ZT、ABA/IAA、ZT/GA3和ABA/GA3有利于文冠果（Xanthoceras sorbifolium）的花芽分化。有關(guān)紅錐開花的研究較少，僅見張鑫鑫[6]對紅錐花期與結(jié)實期的形態(tài)發(fā)育及其生理生化變化進(jìn)行研究，對紅錐花芽的分化研究未見報道。本研究以紅錐為研究對象，分析紅錐花芽分化過程中主要激素含量及變化規(guī)律，為人工調(diào)控紅錐花芽分化、良種選育和種子園建設(shè)等提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院試驗基地（108°20'E，22°55'N），屬亞熱帶季風(fēng)氣候，干濕分明，夏季濕潤多雨，年均氣溫21.6℃，年均降水量1 300 mm，年均相對濕度79.0%；年日均積溫≥10℃時間超過300天，年≥10℃積溫7 200℃；土壤為赤紅壤，pH為5.6，肥力中等。試驗林為通過嫁接獲得的5年生紅錐人工林，樹高約3.5 m。2020年9月—2021年1月，選擇長勢基本一致的6株樹，在樹干中部、樹冠外圍，選擇結(jié)果母枝從上至下第4～5個花芽，每隔10天左右采樣1次，采集日期分別為2020.09.13、2020.09.23、2020.10.03、2020.10.13、2020.10.23、2020.11.02、2020.11.13、2020.11.23、2020.12.03、2020.12.13、2020.12.23、2021.01.01、2021.01.12和2021.01.23，采集后，放于-80℃冰箱保存。

1.2 形態(tài)觀察及激素測定

采用石蠟切片法進(jìn)行形態(tài)觀察[7]。對軟化方法進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)：將固定好的花芽用解剖針去掉外層堅硬鱗片，用手術(shù)刀在花芽表面（鱗片）縱向劃過；將花芽置于25 mL玻璃試管中，加入20 mL 5%乙二胺溶液，90℃煮2.5～3 h；倒去煮過的乙二胺溶液，加入常溫20 mL 5%乙二胺溶液過夜，第2天進(jìn)行石蠟切片。采用酶聯(lián)免疫法（ELISA）測定GA3、PAS、ABA、IAA和ZT含量[8]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 7.0軟件作圖，采用WPS及DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 形態(tài)觀察結(jié)果

紅錐花芽分化過程可分為4個階段，即冬前花序原基分化期（階段Ⅰ）、冬后花序原基分化期（階段Ⅱ）、花簇苞片原基分化期（階段Ⅲ）和花簇原基分化期（階段Ⅳ）（圖1）。

9月13日—10月23日為冬前花序原基分化期（階段Ⅰ）；冬前花序原基開始分化，芽鱗間可看到明顯突起，芽體呈半圓形（圖1a～b）。10月23日—11月13日為冬后花序原基分化期（階段Ⅱ）；花序原基細(xì)胞分裂旺盛，體積增大，分化成冬后花序原基，總體呈錐形（圖1c）。11月13日—12月23日為花簇苞片原基分化期（階段Ⅲ）；花簇苞片原基形成，著生在花序原基上，花簇苞片原基呈刺狀（圖1d～e）。12月23日—次年1月23日為花簇原基分化期（階段Ⅳ）；冬后花序原基細(xì)胞分裂旺盛，花序原基增粗、變長，花簇苞片原基細(xì)胞不斷分裂增大；花序原基分化速度快于花簇苞片原基，節(jié)間抽長加快；在冬后花序原基上、花簇苞片原基包裹處逐步分化出花簇原基，花簇原基呈錐形突起（圖1f）。

圖1 紅錐不同花芽分化階段形態(tài)觀察Fig.1 Morphological observation of different differentiation stages of flower buds of C.hystrix

2.2 激素含量變化

2.2.1 GA3含量變化

9月13日—10月23日，GA3含量呈先升后降的趨勢；10月23日—11月13日，GA3含量急劇上升；11月13日—12月23日，GA3含量呈先降后升的趨勢，12月23日（階段Ⅳ）出現(xiàn)峰值（553.1 ng/g）；12月23日—次年1月23日，GA3含量稍微下降，仍維持在較高水平（圖2a）。在整個花芽分化期，GA3含量大體呈先降后升的趨勢。

2.2.2 PAS含量變化

9月13日—12月23日，PAS含量呈 波動上升趨勢，9月23日（階段Ⅰ）出現(xiàn)峰值（196.5 ng/g）,10月13日（階段Ⅰ）出現(xiàn)峰值（220.5 ng/g），11月23日（階段Ⅲ）出現(xiàn)峰值（269.7 ng/g）；12月23日—次年1月23日，PAS含量呈先降后升再降的趨勢，水平較高，12月23日（階段Ⅳ）和1月12日（階段Ⅳ）出現(xiàn)峰值（268.4和312.3 ng/g）（圖2b）。

2.2.3 ABA含量變化

9月13日—10月23日，ABA含量呈先降后升再降的趨勢，10月13日（階段Ⅰ）出現(xiàn)峰值（836.7 ng/g）；10月23日—次年1月23日，ABA含量呈W型波動趨勢，11月13日（階段Ⅱ）和1月1日（階段Ⅳ）出現(xiàn)峰值（619.6和623.7 ng/g）（圖2c）。

2.2.4 IAA含量變化

9月13日—10月23日，IAA含 量呈先升后降的趨勢，10月13日（階段Ⅰ）出現(xiàn)峰值（696.5 ng/g）；10月23日—11月13日，IAA含量呈先升后降的趨勢；11月13日—12月23日，IAA含量呈N型波動趨勢，含量較低；12月23日—次年1月23日，IAA含量呈先升后降的趨勢，1月1日（階段Ⅳ）出現(xiàn)峰值（621.0 ng/g）（圖2d）。

2.2.5 ZT含量變化

9月13日—10月23日，ZT含量呈先升后降的趨勢，9月23日（階段Ⅰ）出現(xiàn)峰值（68.5 ng/g）；10月23日—11月13日，ZT含量呈先降后升的趨勢，在低水平范圍波動；11月13日—12月23日，ZT含量呈先降后升再降的趨勢，12月3日（階段Ⅲ）出現(xiàn)峰值（68.5 ng/g）；12月23日—次年1月23日，ZT含量呈先升后降的趨勢，1月1日（階段Ⅳ）出現(xiàn)峰值（66.4 ng/g）（圖2e）。

圖2 紅錐花芽分化期花芽激素含量變化Fig.2 Changes of hormone contents of flower buds of C.hystrix during flower bud differentiation stages

2.3 激素比值變化

9月13日—10月23日，ABA/GA3比值呈先降后升再降的趨勢，10月3日（階段Ⅰ）出現(xiàn)峰值（3.48）；10月23日—11月13日，ABA/GA3比值不斷下降；11月13日—次年1月23日，ABA/GA3比值呈先降后升再降的趨勢，1月1日（階段Ⅳ）出現(xiàn)峰值（1.47），總體水平較低（圖3a）。

9月13日—10月23日，ABA/IAA比值呈先降后升再降的趨勢，10月3日（階段Ⅰ）出現(xiàn)峰值（1.41）；10月23日—11月13日，ABA/IAA比值呈先降后升的趨勢，11月13日（階段Ⅱ）出現(xiàn)峰值（2.03）；11月13日—次年1月23日，ABA/IAA比值呈先降后升的趨勢，12月23日（階段Ⅲ）出現(xiàn)峰值（1.19），總體水平較低（圖3b）。

9月13日—10月23日，ZT/GA3比值呈先升后降再升的趨勢，10月3日（階段Ⅰ）和10月23日（階段Ⅱ）出現(xiàn)峰值（0.30和0.24）；10月23日—12月23日，ZT/GA3比值呈先降后升再降的趨勢，12月13日（階段Ⅲ）出現(xiàn)峰值（0.16）；12月23日—次年1月23日，ZT/GA3比值呈先升后降的趨勢，在較低水平波動（圖3c）。

9月13日—10月23日，ZT/IAA比值呈先升后降再升的趨勢，9月23日（階段Ⅰ）出現(xiàn)峰值（0.13）；10月23日—11月13日，ZT/IAA比值呈先降后升的趨勢，10月23日（階段Ⅱ）、11月13日（階段Ⅱ）出現(xiàn)峰 值（0.09和0.15）；11月13日—12月23日，ZT/IAA比值呈先降后升再降的趨勢，12月13日（階段Ⅲ）出現(xiàn)峰值（0.17）；12月23日—次年1月23日，ZT/IAA比值呈先降后升再降的趨勢，1月12日出現(xiàn)峰值（0.13）（圖3d）。

9月13日—10月23日，GA3/IAA比值呈下降趨勢；10月23日—11月13日，GA3/IAA比值不斷上升，11月13日（階段Ⅱ）出現(xiàn)峰值（1.50）；11月13日—次年1月23日，GA3/IAA比值前期呈下降趨勢，之后呈W型波動趨勢，水平較高（圖3e）。

圖3 紅錐花芽分化期花芽激素比例變化Fig.3 Changes of hormone proportions in flower buds of C.hystrix during flower bud differentiation stages

3 討論與結(jié)論

紅錐花芽分化分為4個階段，冬前花序原基分化期（階段Ⅰ）、冬后花序原基分化期（階段Ⅱ）、花簇苞片原基分化期（階段Ⅲ）和花簇原基分化期（階段Ⅳ）。

植物成花與多種激素相關(guān)。本研究中，GA3含量在9月13日—10月23日（冬前花序原基分化期）下降，說明低水平GA3有利于冬前花序原基的分化。這與彭向永等[9]發(fā)現(xiàn)雌、雄蒿柳（Salix viminalis）在花芽生理分化期向花芽形態(tài)分化期轉(zhuǎn)變時，GA3含量均迅速下降的結(jié)論相似。10月23日—次年1月23日，GA3含量迅速上升，并維持在較高水平，說明較高水平GA3可促進(jìn)冬后花序原基、花簇苞片原基和花簇原基分化。

PAS廣泛參與植物生長發(fā)育過程。本研究中，PAS含量總體呈上升趨勢，說明多胺有利于紅錐花芽分化。這與李秀玲等[5]發(fā)現(xiàn)高水平PAS含量有利于帶葉兜蘭（Paphiopedilum hirsutissimum）花芽分化的結(jié)論相似。

ABA可能對成花有雙重作用，一方面與GA拮抗引起枝條停止生長，促進(jìn)CTK、糖和淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)積累，有利于成花；另一方面可誘導(dǎo)生長點處于休眠狀態(tài)而不能成花[10]。ABA可通過抵消GA3作用，提高液泡中糖的濃度來促進(jìn)溫州蜜柑（Citrus reticulata'Unshiu'）花芽的分化[11]]。本研究中，9月13日—10月3日，ABA含量呈先降后升的趨勢，10月3日（冬前花序原基分化期）出現(xiàn)峰值；GA3含量呈先升后降的趨勢，10月3日（冬前花序原基分化期）出現(xiàn)谷值。推測ABA與GA3發(fā)生拮抗作用，有利于冬前花序原基分化。11月13日（冬后花序原基分化期）和1月1日（花簇原基分化期），ABA含量均出現(xiàn)峰值，說明較高水平ABA促進(jìn)冬后花序原基和花簇原基分化。11月13日—12月23日（花簇苞片原基分化期），ABA含量先降后升，12月3日出現(xiàn)谷值，說明低水平ABA有利于花簇苞片原基分化。

不同濃度IAA在植物不同發(fā)育階段均有調(diào)控作用。高水平IAA含量可促進(jìn)雌、雄蒿柳成花啟動，較低水平IAA含量有利于花芽形態(tài)分化[9]。本研究中，10月13日（冬前花序原基分化期）及次年1月1日（花簇原基分化期），IAA含量均出現(xiàn)峰值，說明高水平IAA有利于冬前花序原基和花簇原基分化。其他時段，IAA含量較低，說明低水平IAA能促進(jìn)冬后花序原基和花簇苞片原基分化。

ZT對植物生長發(fā)育過程的影響非常廣泛。本研究中，ZT含量在9月23日（冬前花序原基分化期）和12月3日（花簇苞片原基分化期）出現(xiàn)峰值，說明高水平ZT有利于紅錐冬前花序原基和花簇苞片原基分化。ZT含量在10月23日—11月13日（冬后花序原基分化期）較低，12月23日—次年1月23日（花簇原基分化期）較高，說明低水平ZT能促進(jìn)紅錐冬后花序原基分化，較高水平ZT能促進(jìn)花簇原基分化。

各種激素的相互作用促進(jìn)植物花芽分化。張寧等[3]研究得出文冠果中ZT/IAA比值在花芽分化初期至雌蕊原基分化期不斷上升，ABA/IAA、ABA/GA和ZT/GA比值在花芽分化初期至雌蕊原基分化期均處于較高水平。程華等[12]研究表明高水平ZR/IAA、GA3/IAA及ABA/IAA比值有利于板栗（Castanea mollissima）冬前梢打破休眠期進(jìn)入花序原基分化時期，由花序原基進(jìn)入花簇原基分化需較低水平的ZR/IAA、GA3/IAA及ABA/IAA比值。胡盼等[13]發(fā)現(xiàn)青海云杉（Picea crassifolia）葉片ZR/GAs、ZR/IAA比值在花芽生理分化期達(dá)到峰值，ABA/GAs比值在花芽生理分化期總體呈遞增趨勢。本研究中，高水平ABA/GA3、ABA/IAA和ZT/GA3比值，較高水平ZT/IAA比值及低水平GA3/IAA比值有利于紅錐冬前花序原基分化；低水平ABA/GA3和ZT/GA3比值，高水平ABA/IAA、ZT/IAA和GA3/IAA比值有利于紅錐冬后花序原基分化；低水平ABA/GA3、ABA/IAA和ZT/GA3比值，高水平ZT/IAA比值及較高水平GA3/IAA比值有利于花簇苞片原基分化期；低水平ABA/GA3、ABA/IAA和ZT/GA3比值，較高水平ZT/IAA和GA3/IAA比值有利于花簇原基分化期；與前人研究有差異，這可能是由于樹種的差異。

本研究僅對紅錐花芽分化的整個進(jìn)程進(jìn)行劃分，揭示相應(yīng)的激素含量變化趨勢，未能觀測花芽外部形態(tài)并對其解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。同時，氣候、土壤等條件是否會對紅錐花芽分化產(chǎn)生影響，還有待進(jìn)一步研究。