李秉妍,張夢佳,李 凡,韓瑩琰,劉超杰,范雙喜,郝敬虹
(北京農(nóng)學院植物科學技術(shù)學院/農(nóng)業(yè)應用新技術(shù)北京市重點實驗室/植物生產(chǎn)國家級實驗教學示范中心,北京 102206)
葉用萵苣(LactucasativaL.),俗稱生菜,是菊科萵苣屬萵苣種中的以葉片為產(chǎn)品器官的葉用類型蔬菜,其葉片形成期需要適宜的冷涼氣候,生長適宜的溫度約為15到20 ℃[1],當生長溫度超過30 ℃時,很容易出現(xiàn)先期抽薹,會提前進入生殖生長期,甚至會出現(xiàn)生長不良的狀況,如干燒邊、大面積腐爛等。
抽薹是在花芽分化過程中途開始,受到溫度和日照長度等環(huán)境變化刺激,由分化的花芽發(fā)育起來而從蓮座葉從中抽出花薹,從而引起植株變高的現(xiàn)象[2-4],最終使得植株開花結(jié)種,在花芽分化以后,花莖從葉叢中伸長生長的現(xiàn)象,是進入生殖生長的形態(tài)標志[5-6]。隨著全球氣候變暖以及周年供應的需求,葉用萵苣種植業(yè)面臨嚴峻挑戰(zhàn)。高溫逆境對葉用萵苣的影響更加突出[7]。葉用萵苣屬于“非低溫春化型”蔬菜,屬于種子感應型植物,高溫環(huán)境對葉用萵苣從種子發(fā)芽到花芽分化前以及到葉用萵苣的花芽形成都有涉及,進而影響到抽薹[8]?!胺堑蜏卮夯汀敝参锏某檗放c否與積溫緊密相關(guān)。在連續(xù)高溫下,積溫達到一定程度,抽薹現(xiàn)象就會發(fā)生,對光照沒有十分嚴格的要求,氣溫越高抽薹現(xiàn)象越早[9]。
近10年來,研究者對蔬菜類的花芽分化觀察研究主要在“低溫春化型”蔬菜上,如白菜[10]、甘藍等,對于“非低溫春化型”的蔬菜(如葉用萵苣)花芽分化時期的觀察研究還比較少。本研究通過田間觀察篩選到耐抽薹和易抽薹葉用萵苣品種,在前期對易抽薹葉用萵苣高溫抽薹進程觀察的基礎上,對耐抽薹葉用萵苣高溫抽薹過程中莖長和花芽分化進行分析,了解不同品種葉用萵苣抽薹期的差異,為今后探討葉用萵苣高溫抽薹的機理提供品種支持。
供試材料為農(nóng)業(yè)應用新技術(shù)北京市重點實驗室保存的耐抽薹葉用萵苣品種GB-4。
1.2.1 材料處理 試驗于2017年7—10月在北京農(nóng)學院玻璃溫室進行。取100粒選取大小一致、籽粒飽滿的種子,去離子水浸泡1.5~2.0 h,放入鋪有一層濾紙的培養(yǎng)皿,倒入適量去離子水,在15 ℃、黑暗狀態(tài)下催芽;待種子露白,挑選根露白、萌發(fā)一致的種子,播種于72孔穴盤,待幼苗長至四葉一心時將植株分苗移栽到直徑為15 cm的營養(yǎng)缽中,所用基質(zhì)配比為草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1;待到植株生長至六葉一心時,挑選生長一致且生長情況良好的植株,放入智能人工生長箱中培養(yǎng)。
將植株分為高溫處理組和常溫對照組。高溫生長條件,設置溫度為33 ℃/25 ℃(日/夜);常溫生長條件,設置溫度為20 ℃/13 ℃(日/夜)。兩組光周期14 h/10 h(日/夜),相對濕度60%±5%,光照強度12 000 lx/0 lx,常規(guī)栽培管理。高溫處理后16、24、32、40、48、64 d分別從高溫組和對照組取樣,取樣部位為莖尖生長點,將花芽放入FAA固定液中(FAA固定液:38%甲醇5 mL,冰醋酸5 mL,50%乙醇90 mL)固定,4 ℃保存用于花芽分化觀察,同時測量莖長。共3次重復,每次重復取樣6株。
1.2.2 莖長測量方法 用直尺測量幼苗根莖處至花芽的長度,并記錄。
1.2.3 石蠟切片方法 常規(guī)石蠟切片方法,番紅-固綠對染法:固定—7級脫水—二甲苯透明—浸蠟—包埋—切片—粘片—脫蠟—番紅、固綠染色—保存。切片厚度為10 μm,顯微鏡觀察并照相。
采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理,試驗數(shù)據(jù)采用均數(shù)±標準差表示。使用SPSS20.0軟件進行差異顯著性分析,采用OriginPro9.0軟件作圖,每處理3次重復。
由圖1可以看出,常溫條件下,隨著處理時間的延長,莖長變化不明顯。高溫生長條件下,莖長快速伸長,第16天,高溫條件下莖長比常溫條件下高約18%,之后隨著處理時間的延長,高溫條件下的莖長伸長速度加快。在第32天,高溫條件下的莖長比常溫下高約57%,差異極顯著(P≤0.01)。
注:**表示達到1%的顯著水平,*表示達到5%的顯著水平。Note:**indicates significant difference at 1% level, *indicates significant difference at 5% level.圖1 葉用萵苣高溫處理過程中莖長的變化Fig.1 Change of stem length of lettuce treated by high temperature
葉用萵苣GB-4在常溫的生長條件下花芽的變化見圖2。從第16天一直至第56天,生長錐始終明顯突起,呈圓錐狀,被包圍在葉原基的中間,前后并未出現(xiàn)較大的明顯變化。隨著生長時間的延長,在第64天之后,生長錐頂端較之前有明顯的突起狀態(tài),開始變寬變平,初步表現(xiàn)出花芽分化的跡象。整個過程處于花芽未分化時期。在常溫的生長條件下,耐抽薹的葉用萵苣GB-4第64天才有了花芽分化的跡象。
高溫處理后,葉用萵苣GB-4第16天,生長錐有明顯的突起,呈圓錐狀,隨生長時間的增長,生長點逐漸開始變寬變大,第32天時,頂端變?yōu)楸馄綘睿M入花芽分化起始期。第40天,花序的基部向上凸起,生長點四周形成凸起,分化出總苞原基,進入總苞鱗片分化初期,第64天分化出總苞片。
注:圖中A1、B1、C1、D1、E1、F1為對照組第16天、第32天、第40天、第48天、第56天、第64天;A2、B2、C2、D2、E2、F2為高溫處理組第16天、第32天、第40天、第48天、第56天、第64天,標尺為100 μm。Note: A1,B1,C1,D1,E1,F(xiàn)1 is 16,32,40,48,56,64 days in normal temperature;A2,B2,C2,D2,E2,F(xiàn)2 is 16,32,40,48,56,64 days in high temperature , Ruler is 100 μm.圖2 葉用萵苣高溫組與對照組莖尖花芽分化的對比Fig.2 The comparison of the flower bud differentiation of lettuce in high temperature group and control
植物的抽薹受多種內(nèi)外因素的調(diào)控,表現(xiàn)型和基因型之間存在復雜的關(guān)系,除光照、溫度等環(huán)境因素調(diào)控以外,影響葉用萵苣花芽分化的內(nèi)因極其復雜,其中包括各種碳水化合物、可溶性蛋白等[9]。此外,內(nèi)源激素是調(diào)控植物花芽分化的重要物質(zhì),艾星梅等人研究發(fā)現(xiàn),激素含量及比例都會影響花芽分化,如赤霉素、生長素促進葉用萵苣抽薹,多效唑、矮壯素可以抑制抽薹,ABA/IAA、ABA/GA3、ZR/IAA、ZR/GA3比值的升高有助于花芽分化[11]。本試驗主要探究高溫對葉用萵苣抽薹形態(tài)變化的影響。
菊科植物花芽分化主要分為以下7個時期:花芽未分化期、生長點肥大期、總苞鱗片分化初期、總苞鱗片分化終期、小花原基分化初期、小花原基分化終期、花冠形成期[12]。本試驗研究發(fā)現(xiàn),高溫處理后的葉用萵苣在花芽未分化期,莖尖生長點呈圓錐狀,隨著時間的變化,逐漸變扁平,分化成花托,此時花序基部向上凸起;花托外邊緣逐漸分化出總苞片,這與李風童等[12]的研究結(jié)果相似。之后總苞片會包裹花序,逐漸分化出花瓣等花器官。而常溫處理的葉用萵苣直到第64天才有了抽薹的跡象。結(jié)合莖的快速抽長,可以明確高溫對葉用萵苣的花芽分化有很明顯的促進作用。
葉用萵苣常因夏季高溫引起先期抽薹現(xiàn)象,嚴重影響食用品質(zhì),使得周年生產(chǎn)困難,難以滿足消費者需求。目前,本課題組采用易抽薹品種開展葉用萵苣高溫抽薹的機理研究,取得一定的進展,本研究通過對葉用萵苣耐高溫抽薹品種GB-4的觀察分析,初步了解葉用萵苣花芽分化和莖長的形態(tài)學變化??梢詾榻窈笊钊胩接懭~用萵苣高溫抽薹的相關(guān)機制提供耐抽薹品種加以驗證。