楊盛，白牡丹，高鵬，郭黃萍

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所/果樹種質(zhì)創(chuàng)制與利用山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030031)

果樹花芽分化機(jī)理研究進(jìn)展

楊盛，白牡丹，高鵬，郭黃萍*

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所/果樹種質(zhì)創(chuàng)制與利用山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030031)

花芽分化是由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變的生理和形態(tài)標(biāo)志。介紹了果樹花芽分化進(jìn)程及形態(tài)特征、控制果樹花芽分化的學(xué)說及果樹花芽分化的分子機(jī)理。

果樹；花芽分化；分化進(jìn)程；形態(tài)特征；機(jī)理

花芽分化是指植物莖生長點(diǎn)由分生出葉片、芽轉(zhuǎn)變?yōu)榉只龌ㄐ蚧蚧ǘ涞倪^程，是由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變的生理和形態(tài)標(biāo)志，由花芽分化前的誘導(dǎo)階段及之后的花序與花分化的具體進(jìn)程所組成。一般花芽分化可分為生理分化、形態(tài)分化兩個階段。芽內(nèi)生長點(diǎn)在生理狀態(tài)上向花芽轉(zhuǎn)化的過程，稱為生理分化；花芽生理分化完成的狀態(tài)，稱作花發(fā)端；此后，便開始花芽發(fā)育的形態(tài)變化過程，稱為形態(tài)分化。

1 果樹花芽分化進(jìn)程及形態(tài)特征

花芽分化過程與樹體的營養(yǎng)生長有關(guān)。不同種類的果樹其花芽分化過程及形態(tài)指標(biāo)各異，仁果類果樹花芽形態(tài)分化進(jìn)程中，6月初以前處于未分化期，此期生長點(diǎn)狹小、光滑，生長點(diǎn)范圍內(nèi)均為排列整齊的原分生組織細(xì)胞。6月初至6月中旬為花芽分化初期，生長點(diǎn)逐漸增大變圓，呈扁平的半球體，此時為控制花芽分化的關(guān)鍵時期，也稱為花芽分化臨界期。6月中旬至7月初為花蕾分化期，肥大隆起的生長點(diǎn)變的不圓滑，出現(xiàn)突起狀。蘋果的中心突起較早、體積也較大；梨的周邊突起較早，體積稍大，為側(cè)花原基。7月初至7月中旬為花萼分化期，花原基頂部先變平坦，中間部分相對凹入，周圍產(chǎn)生突起，為花萼原始體。7月中旬至7月下旬為花瓣分化期，在萼片原基內(nèi)的基部發(fā)生突起體，即花瓣原始體。7月下旬至8月中上旬為雄蕊分化期，花瓣原始體內(nèi)側(cè)基部發(fā)生的突起即雄蕊原始體。8月中旬至9月上旬為雌蕊分化期：在花原始體中心底部所發(fā)生的突起即雌蕊。花芽分化的數(shù)量和質(zhì)量對于果樹的產(chǎn)量及品質(zhì)有著重要的影響。果樹在由營養(yǎng)生長向生殖生長的轉(zhuǎn)化過程中受到許多因素的制約。

2 控制果樹花芽分化的學(xué)說

2.1 C/N學(xué)說

20世紀(jì)初得到廣泛試驗(yàn)證實(shí)的C/N(碳/氮)學(xué)說，認(rèn)為植物包括果樹體內(nèi)糖類的積累是花芽分化的物質(zhì)基礎(chǔ)，用碳和氮的比值來表示。當(dāng)碳氮比高時，有利于花芽分化。許多國內(nèi)外學(xué)者通過大量的試驗(yàn)也證明了這一觀點(diǎn)，認(rèn)為在同化養(yǎng)分也就是糖類物質(zhì)不足的情況下影響花芽分化的正常進(jìn)行[1-4]。人們針對特定碳氮比與成花關(guān)系開始研究表明，充足的碳水化合物不僅能為成花提供大量能量，也為代謝過程反應(yīng)的進(jìn)行提供能量保證[5-6]。關(guān)于不同氮素形態(tài)與成花關(guān)系的研究表明，氮素供應(yīng)充足的條件下，銨態(tài)氮促進(jìn)成花，硝態(tài)氮則抑制成花，不同種類的氨基酸對于成花的作用不同，即不同形態(tài)氮素在成花過程中的具體作用不同。C/N學(xué)說為成花生理過程的研究起到了推動作用[7-9]。

2.2臨界節(jié)位學(xué)說

臨界節(jié)數(shù)學(xué)說是1970年Abbott D.L.在蘋果花芽孕育研究中提出的，認(rèn)為花芽孕育是在達(dá)到一定的節(jié)位后自發(fā)發(fā)生的過程，在花芽內(nèi)的胚狀新梢上具有一定的臨界節(jié)數(shù)之后蘋果花芽開始進(jìn)行形態(tài)分化?；ㄑ磕芊裥纬捎晒?jié)位形成的間隔期決定。隨著研究的深入，許多果樹開花的臨界節(jié)位被找到，并對童期與臨界節(jié)位的關(guān)系以及促花措施與實(shí)生樹提早成花的機(jī)理展開了研究[11-12]。

2.3激素平衡學(xué)說

激素與成花關(guān)系的研究主要集中在單種激素與成花的影響和多種激素對成花關(guān)系的研究。眾多研究結(jié)果表明，激素對花芽分化的順利進(jìn)行起著重要的調(diào)節(jié)作用。多數(shù)情況下，細(xì)胞分裂素(CTK)對成花有促進(jìn)作用；赤霉素(GA3)在不同類型的植物體中對成花的作用有所區(qū)別，GAs對當(dāng)年生植物有促進(jìn)成花的作用，但對大多數(shù)果樹的成花具有抑制作用。在當(dāng)年生植物組織中發(fā)現(xiàn)GAs的合成受到吲哚乙酸(IAA)的調(diào)控，在多年生植物上，IAA與GAs有著明顯的互作關(guān)系[13-18]。有研究表明，脫落酸(ABA)能夠促進(jìn)成花。環(huán)剝能夠促進(jìn)成花可能是由于阻斷了樹上部ABA通過韌皮部的向下運(yùn)輸過程，加速根部的ABA和CTK合成以及通過木質(zhì)部向上運(yùn)輸，樹上部ABA和CTK形成一定濃度后，提前達(dá)到花誘導(dǎo)平衡狀態(tài)。也有研究表明，ABA誘導(dǎo)花芽分化可能是通過拮抗GAs，起到延緩莖的伸長作用而實(shí)現(xiàn)的。果樹花芽分化的各個時期都受到激素的調(diào)控，極易受到環(huán)境條件的影響，體內(nèi)激素種類含量和激素之間平衡關(guān)系都會對花芽分化的進(jìn)行產(chǎn)生巨大的影響[19-23]。

2.4基因啟動與花芽分化

遺傳基因控制論認(rèn)為，植物所有的細(xì)胞都具有相同的遺傳密碼，且具有細(xì)胞全能性。但是細(xì)胞的表達(dá)卻不是在任意時期都表現(xiàn)的。比如控制花芽分化的基因，需要特定的外界刺激和內(nèi)部各種生理調(diào)節(jié)后才進(jìn)行表達(dá)。成花基因的相關(guān)研究有助于從根本上實(shí)現(xiàn)對成花過程的調(diào)控[24-27]。成花基因的啟動對成花過程起著根本作用，成花過程具有遺傳保守性，同時發(fā)現(xiàn)了一系列誘導(dǎo)花芽分化的基因(FT，SVP，SOC1，F(xiàn)LC等)。依據(jù)成花基因的同源性，可利用轉(zhuǎn)基因誘導(dǎo)不同種屬間植物開花[28-31]。然而，從基因啟動到最終的花芽形成是一個十分復(fù)雜的過程。對花芽分化關(guān)鍵時期重要代謝酶活性和成花相關(guān)蛋白的研究，更有助于了解花芽形成過程中的內(nèi)部生理變化，有助于從生理水平上對花芽分化過程進(jìn)行深入研究[32]。

2.5成花素學(xué)說

成花素學(xué)說是1880年Sachs提出的，他認(rèn)為植物營養(yǎng)生長過程中，葉片在合成碳水化合物和含氮化合物的同時，也合成一種成長激素，稱為成花素。當(dāng)成花素達(dá)到一定濃度時，能誘導(dǎo)碳水化合物貯藏在生長點(diǎn)細(xì)胞的原生質(zhì)中，引起變質(zhì)，形成花芽。近幾年，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，通過對模式物種的研究，認(rèn)為FT蛋白最有可能就是成花素的組成成分。成花素是直接調(diào)節(jié)成花基因還是通過與激素相協(xié)同的多調(diào)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對花芽分化的調(diào)控有待進(jìn)一步研究。

2.6多因子控制理論

成花誘導(dǎo)過程受到多種化學(xué)物質(zhì)、同化產(chǎn)物及植物激素的共同調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，光周期、春化、GA調(diào)節(jié)、自主調(diào)節(jié)共同調(diào)節(jié)著植物的開花過程。糖除為成花提供能量外，還可能通過miR156及其靶基因，參與碳水化合物調(diào)節(jié)成花的過程。成花多因子控制理論對于成花過程研究具有較大的可適性[33-34]。

3 果樹花芽分化的分子機(jī)理

3.1成花過程相關(guān)基因研究

近年來，研究人員主要通過遺傳和分子生物學(xué)手段對成花過程的分子機(jī)理進(jìn)行研究。利用的突變體主要有兩種，即人工誘變和天然的突變產(chǎn)生的突變體。人工誘變的方法主要有甲基磺酸乙酯(EMS)化學(xué)誘變法、轉(zhuǎn)移DNA(T-DNA)插入誘變法、轉(zhuǎn)座子導(dǎo)入誘變法等。采用的技術(shù)主要有染色體步移、轉(zhuǎn)座子標(biāo)記、農(nóng)桿菌感染的T-DNA標(biāo)記、減法雜交、差異顯示等。

劉芳等以9年生甜櫻桃紅燈(PrunusaviumL.‘Hongdeng’)為試材，研究外源赤霉素(GA3)、多效唑(PP333)對甜櫻桃新梢生長及對赤霉素代謝關(guān)鍵基因表達(dá)的影響。對處于新梢生長期的紅燈葉面噴施GA3100mg/L、 PP333300mg/L處理，發(fā)現(xiàn)GA3對新梢的生長有明顯的促進(jìn)作用，新梢生長量最高達(dá)到15.04cm，是對照組的2倍，紅燈的內(nèi)源赤霉素含量顯著增加，并且在14天后達(dá)到最高，是對照組的2.2倍，之后呈現(xiàn)下降趨勢；PP333對新梢的生長有明顯的抑制作用，使內(nèi)源赤霉素的含量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。用實(shí)時熒光定量PCR法檢測時，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過GA3處理后，GA20ox和GA3ox這兩種合成關(guān)鍵酶基因的轉(zhuǎn)錄受到抑制，經(jīng)過PP333處理后GA20ox和GA3ox在轉(zhuǎn)錄水平的后期呈現(xiàn)上升趨勢。在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行不同處理后的赤霉素代謝關(guān)鍵酶GA2ox，均表現(xiàn)出與赤霉素含量類似的變化規(guī)律，這說明在甜櫻桃內(nèi)源GA3含量與合成代謝酶轉(zhuǎn)錄水平間，反饋調(diào)節(jié)機(jī)制可能發(fā)揮著重要作用，此結(jié)果可以為生產(chǎn)中采用基因工程手段控制營養(yǎng)生長，實(shí)現(xiàn)密植栽培提供理論參考[35-36]。

3.2碳水化合物相關(guān)基因研究

研究人員以浙江省富陽市千禧園藝場內(nèi)未采用任何修剪及化學(xué)處理的翠冠梨(PyruspyrifoliaNakai)花芽為試材，探索翠冠梨處于休眠過程時碳水化合物含量變化及編碼酶(如：α-淀粉酶、β-淀粉酶和α-葡聚糖磷酸化酶等)和碳水化合物代謝相關(guān)基因的表達(dá)模式。結(jié)果表明，隨著翠冠梨花芽休眠的不斷加深，可溶性糖含量呈現(xiàn)下降趨勢，于11月15日時出現(xiàn)最小值。隨著內(nèi)休眠及其解除的過程中，可溶性糖含量不斷增加，花芽中淀粉含量與可溶性糖含量的變化大體相同，只是花芽中淀粉含量的最小值出現(xiàn)的時間在年度間有所不同，花芽中的淀粉含量在花芽完全解除休眠前達(dá)到最高值后下降，PpAMY、PpBAM1、PpBAM2和PpPHS基因在內(nèi)休眠階段的表達(dá)不斷增加，均出現(xiàn)高峰值，之后逐漸下降直到內(nèi)休眠完全解除前水平。PpBAM2基因在此過程中結(jié)束表達(dá)，PpAMY、PpBAM1、PpPHS基因在之后又繼續(xù)表達(dá)，認(rèn)為PpAMY、PpBAM1、PpPHS基因和淀粉含量的變化存在某種關(guān)聯(lián)，推斷PpAMY、PpBAM1、PpPHS基因可能是翠冠梨花芽休眠期碳水化合物代謝的調(diào)控關(guān)鍵基因[37-38]。

4 展望

花芽分化是果樹生命中復(fù)雜的形態(tài)建成過程，是從量變到質(zhì)變的過程，是植物體內(nèi)各種因素與環(huán)境相互協(xié)調(diào)的結(jié)果。隨著分子遺傳學(xué)研究的發(fā)展，運(yùn)用現(xiàn)代遺傳學(xué)理論和分子生物學(xué)手段，開展生理變化與基因調(diào)控的聯(lián)系以及各種因子協(xié)調(diào)機(jī)理方面的研究將更加深入。

[1] 郜愛玲,李建安,劉儒,等.高等植物花芽分化機(jī)理研究進(jìn)展[J].經(jīng)濟(jì)林研究,2010,28(2):131-136.

[2] 靳麗鑫,陳夢華,張雪梅,等.葡萄果實(shí)發(fā)育不良與礦質(zhì)元素的關(guān)系研究[J].中國南方果樹,2015,44(6):99-101.

[3] 侯佳賢,王銘,高玉江.果樹花芽分化調(diào)控機(jī)理研究進(jìn)展[J].北方果樹,2010,(3):1-3.

[4] 郭文丹,李建安,劉麗娜,等.油桐花芽分化期內(nèi)源激素含量的變化[J].經(jīng)濟(jì)林研究,2009,27(2):31-34.

[5] 郝敬虹,齊紅巖,閻妮,等.園藝作物花芽分化的研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備,2008,175(1):7-9.

[6] 何東明,閻國榮,李樹玲.梨花芽分化研究進(jìn)展[J].中國果樹,2009,(6):55-57.

[7] 林玲,黃羽,謝太理,等.3個葡萄品種花芽分化過程中內(nèi)源激素含量變化初報[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報,2012,(6):806-809.

[8] 洪燕萍.果樹花芽分化的研究進(jìn)展[J].龍巖師專學(xué)報,2000,18(3):89-91.

[9] 萬春雁,糜林,李金鳳,等.草莓花芽分化研究進(jìn)展[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報,2011,23(7):24-25,28.

[10] 金亞征,姚太梅,丁麗梅,等.果樹花芽分化機(jī)理研究進(jìn)展[J].北方園藝,2013,(7):193-196.

[11] 魯才浩.荔枝成花誘導(dǎo)生理及其與溫度關(guān)系的研究[D].廣州:華南農(nóng)業(yè)大學(xué),2004.

[12] 趙君全.設(shè)施葡萄花芽分化規(guī)律及其影響因子研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2014.

[13] 張萬萍,史繼孔.銀杏雄花芽分化期間內(nèi)源激素、碳水化合物和礦質(zhì)營養(yǎng)含量的變化[J].林業(yè)科學(xué),2004,40(2):51-54.

[14] 郝國偉.氮、磷、鉀配比施肥對玉露香梨品質(zhì)和礦質(zhì)元素含量的影響[D].太谷:山西農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.

[15] 陳為京,李潤芳,楊煥明,等.黃綠木霉T1010對亞低溫脅迫下日光溫室番茄內(nèi)源激素的調(diào)控效應(yīng)[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2010,23(3):814-818.

[16] 侯勇,夏中梅,曾顯斌,等.苯脲型細(xì)胞分裂素CPPU對苦瓜內(nèi)源激素水平動態(tài)變化的調(diào)控[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2009,22(5):1314-1318.

[17] 付傳明,黃寧珍,李順輝,等.南方豐水梨內(nèi)源激素含量與生長發(fā)育的關(guān)系研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2014,27(1):276-279.

[18] 李秉真,李雄,孫慶林.蘋果梨花芽分化期內(nèi)源激素在芽和葉中分布[J].內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1999,30(6):741-744.

[19] 吳志祥,周兆德,陶忠良,等.妃子笑與鵝蛋荔枝花芽分化期間內(nèi)源激素的變化[J].熱帶作物學(xué)報,2005,26(4):42-45.

[20] 鐘必鳳,張全軍,李文貴,等.南方砂梨返花過程中內(nèi)源激素含量變化及其與秋季返花的關(guān)系[J].西北植物學(xué)報,2014,34(12):2453-2458.

[21] 王進(jìn),歐毅,武崢,等.梨樹生長過程中內(nèi)源激素含量變化研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2010,23(6):1842-1847.

[22] 李秉真,孫慶林,張建華,等.蘋果梨花芽分化期內(nèi)源激素含量的變化(簡報)[J].植物生理學(xué)通訊,2000,36(1):27-29.

[23] 樊衛(wèi)國,劉國琴,安華明,等.刺梨花芽分化期芽中內(nèi)源激素和碳、氮營養(yǎng)的含量動態(tài)[J].果樹學(xué)報,2003,20(1):40-43.

[24] 石玉波.百子蓮花芽分化過程中比較轉(zhuǎn)錄組分析及開花相關(guān)基因的克隆[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué),2014.

[25] 張曉晴.中國水仙遺傳轉(zhuǎn)化體系研究及NTLEAFY基因在花芽分化過程中的表達(dá)[D].北京:中國林業(yè)科學(xué)研究院,2012.

[26] 孫穎.油桐花芽分化調(diào)控途徑及其相關(guān)基因研究[D].長沙:中南林業(yè)科技大學(xué),2014.

[27] 孫霞.菊花'神馬'花芽分化期的數(shù)字基因表達(dá)譜及關(guān)鍵基因的克隆和表達(dá)分析[D].濟(jì)南:山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.

[28] 孫穎.油桐LFY同源基因的克隆及花芽分化生理基礎(chǔ)研究[D].長沙:中南林業(yè)科技大學(xué),2008.

[29] Yamaguchi S. Gibberellin metabolism and its regulation[J]. Annual Review of Plant Biology, 2008, 59：225-251.

[30] Sun T P. Gibberellin-GID1-DELLA: A pivotal regulatory module for plant growth and development[J]. Plant Physiology, 2010, 154(2): 567-570.

[31] Bidadi H, Yamaguchi S, Asahina M, et al. Effects of shootapplied gibberellin/gibberellin-biosynthesis inhibitors on root growth and expression of gibberellins biosynthesis genes inArabidopsisthaliana[J]. Plant Root, 2009, 4: 4 -11.

[32] Deng W, Ying H, Helliwell C A, et al. Flowering Locus C(FLC)regulates development pathways throughout the life cycle ofArabidopsis[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011, 108: 6680-6685.

[33] Ietswaart R, Wu Z, Dean C. Flowering time control：another window to the connection between antisense RNA and chromatin[J]. Trends in Genetics, 2012, 28: 445-453.

[34] Mathieu J, Warthmann N, Küttner F, et al. Export of FT protein from phloem companion cells is sufficient for floral induction in Arabidopsis[J]. Current Biology, 2007, 17: 1055-1060.

[35] 劉芳, 袁華招, 沈欣杰. 外源GA3和PP333對甜櫻桃新梢生長及赤霉素代謝關(guān)鍵基因表達(dá)的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報, 2013, 27(3): 272-278.

[36] Cline M G. The role of horeones in apical dominance: New approaches to an old problem in plant development[J]. Physiol Plant,1994,90:230-237.

[37] 鄭鵬華, 劉國琴. Sayed Hussain, 等. ‘翠冠’梨花芽休眠期碳水化合物變化及其相關(guān)基因表達(dá)研究[J]. 園藝學(xué)報, 2013, 40(2): 325-332.

[38] 李婭莉. 不同光周期對山茶花成花影響的研究[D]. 成都: 四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 2005.

S66-3

A

1002-2910(2017)06-0022-04

2017-02-03

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(CARS-29-24)。

*

郭黃萍(1959-)，女，山西太原人，研究員，主要從事梨生理與栽培方面研究。

楊盛(1983-)，男，山西晉中人，助理研究員，主要從事梨生理與栽培方面研究。E-mail：ys20080808@163.com

本刊資訊

第十屆iFresh亞洲果蔬產(chǎn)業(yè)博覽會圓滿落幕

2017年10月24～26日，第十屆iFresh亞洲果蔬產(chǎn)業(yè)博覽會在上海世博展覽館成功舉辦，本屆展會由中國果品流通協(xié)會、上海宜鮮信息科技有限公司、亞果會(上海)企業(yè)管理有限公司聯(lián)合舉辦，匯聚了陜西、廣西、云南、四川、厄瓜多爾、菲律賓等國內(nèi)外近300家參展企業(yè)，展示了貫穿水果全產(chǎn)業(yè)鏈的智能、創(chuàng)新、領(lǐng)先的產(chǎn)品及技術(shù)解決方案。

本屆亞果會以“見所未見，加速時代正來臨”為主題，特設(shè)iFresh未來體驗(yàn)館，聚焦創(chuàng)新品種、先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備以及特色優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。同期還舉辦了中國未來果業(yè)發(fā)展趨勢高峰論壇、首屆陜西鳳翔蘋果上海品鑒推介會、第五屆百億果蔬采購訂單大會、公開課--褚橙莊園品牌發(fā)展之道首次全面解析、炙手『火』熱--南寧火龍果(上海)品牌推介會、儂拍拍“農(nóng)特產(chǎn)品拍賣”暨水果拍賣及水果流通專場論壇、農(nóng)業(yè)部果業(yè)農(nóng)民合作社產(chǎn)銷對接專題培訓(xùn)班、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)共享經(jīng)濟(jì)高峰論壇等多項(xiàng)活動，不僅提供了實(shí)效性的貿(mào)易交流對接平臺，更為中國果業(yè)帶來了前瞻性的創(chuàng)新啟發(fā)。

此次博覽會上涌現(xiàn)了很多優(yōu)秀獼猴桃企業(yè)以及新品種等，有丹東軟棗獼猴桃、本真、依頓一號、修文7不夠獼猴桃、菲樂奇果，還有都江堰獼猴桃、齊峰獼猴桃、云南特色尋獼196、江小胖獼猴桃等，讓與會人員目不暇接?！堵淙~果樹》微信公眾平臺也發(fā)布了見所未見，加速時代正來臨——獼猴桃“風(fēng)暴” 的獨(dú)家報道。詳細(xì)內(nèi)容敬請關(guān)注《落葉果樹》微信公眾平臺(lygs2016)。