張繼強，羅文莉，陳翠蓮，趙通，郭榮，王俊杰

（1.甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730020；2.敦煌市林業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 敦煌 736200）

花芽分化是果樹生殖生長最為關(guān)鍵的發(fā)育階段，分化的結(jié)果直接影響果樹開花的數(shù)量和質(zhì)量[1-2]。關(guān)于花芽分化的研究是果樹栽培學(xué)的基礎(chǔ)，它與大田生產(chǎn)實踐聯(lián)系最為密切，越來越受到人們的重視?？蒲泄ぷ髡咭呀?jīng)對杏Armeniaca vulgaris的花芽分化特征進(jìn)行了觀測和研究[3-5]，取得了很多重要成果。李光杏A.vulgarisvar.glabra[6]是普通杏的果實無毛變種，在我國甘肅敦煌、阿克塞、肅北及新疆哈密等地區(qū)都有種植[7-8]，其中以敦煌李光杏最為著名。李光杏雌蕊敗育嚴(yán)重影響果實產(chǎn)量，目前關(guān)于李光杏的研究主要集中在栽培管理、生物學(xué)特性、抗寒性等方面[9-12]，關(guān)于生殖生物學(xué)、花芽分化方面的研究相對較少[13-15]。本研究采用摘葉試驗、石蠟切片及掃描電鏡觀測等技術(shù)，對李光杏花芽分化過程進(jìn)行觀察研究，以期掌握分化臨界期和分化進(jìn)程，為今后李光杏相關(guān)研究和栽培管理提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

試驗在甘肅省敦煌市七里鎮(zhèn)三號橋村杏園進(jìn)行，位于敦煌市西郊，海拔1 130 m；年均降水量42 mm，蒸發(fā)量2 500 mm；年均氣溫9.4 ℃，全年日照3 246 h，年均無霜期152 d，屬典型的暖溫帶干旱性氣候。土壤類型為沙壤土，pH值7.8。

2 材料及方法

2.1 試驗材料

供試材料為李光杏，樹齡10 a，處于盛果期。試驗園密度750株/hm2，與授粉樹按5∶1行間配置，授粉品種為五月黃和毛杏。樣株高3.5～4.0 m，冠幅3.0～3.5 m，平均產(chǎn)量50 kg/株。

2.2 試驗方法

摘葉試驗參照黃海等人[16]的研究方法，選取盛果期的李光杏若干株，于枝條停長后進(jìn)行，以枝條上最后一片葉片剛剛展平為準(zhǔn)。2018年5月15、22日，6月1、8、15、22、29日，7月6、14、22、29日，8月6日對標(biāo)記的樣枝進(jìn)行摘葉處理。試驗取3次重復(fù)，每個處理標(biāo)記長、短樣枝各50個，每個樣枝上有葉5片以上，保證樣枝能形成花芽。去葉時除骨干枝的延長梢外，所有葉片全部摘除，只保留頂端1片。不摘葉處理的枝條作為對照。次年4月上旬，采用人工記數(shù)法統(tǒng)計樣枝的花芽分化數(shù)量。

花芽分化進(jìn)程觀察每隔約10 d采樣1次，從2019年6月1日開始至10月31日結(jié)束。樣株樹冠外圍采取短枝頂芽30個為樣芽，F(xiàn)AA固定液固定，小瓶密封保存。實驗室內(nèi)愛氏蘇木精整染樣芽，常規(guī)石蠟縱向切片制片[17-18]，中性樹膠封片，取中區(qū)切片電子顯微成像系統(tǒng)觀察確認(rèn)分化時期并拍照。每次最少切片觀察樣芽15個。參照[文獻(xiàn)19-20]標(biāo)志特征的解剖學(xué)描述確定花芽形態(tài)分化和發(fā)育階段起止時間。對于特定階段，以1個樣芽呈現(xiàn)標(biāo)志特征定為始期，以3個樣芽呈現(xiàn)標(biāo)志特征定為盛期，10個樣芽呈現(xiàn)標(biāo)志特征定為末期。

3 結(jié)果與分析

3.1 花芽分化時期

圖1顯 示，5月15、22日 和6月1、8日 摘 葉樣枝上，次年都沒觀察到花芽形成，說明6月8日之前，摘葉完全抑制花芽的形成。在6月15日摘葉樣枝上開始有少量花芽形成，并且隨著摘葉時間的推移花芽呈現(xiàn)出逐漸增多的趨勢。說明花芽形態(tài)分化最早開始于6月8日至15日之間，即枝條停止生長5周后開始花芽形態(tài)分化。7月6日，即第8周，成花率達(dá)到50%以上；7月29日，即第11周，成花率達(dá)到最高65%，與對照基本持平，表明這一時期花芽形態(tài)分化基本結(jié)束。

圖1 處理樣枝成花率變化

上述結(jié)果可以判定，6月8日之前為李光杏的芽體生理分化期，即從枝條停止生長到花芽形態(tài)分化開始，這一整個時期都是花芽的生理分化時期。生理分化期的芽體進(jìn)行著節(jié)位增長和復(fù)雜的生理轉(zhuǎn)化過程，黃海等人認(rèn)為這時的芽體處于可塑狀態(tài)，根據(jù)條件不同可以向花芽轉(zhuǎn)化，也可以發(fā)育為成熟葉芽；當(dāng)芽體發(fā)育到一定節(jié)位時喪失可塑性，或者停止發(fā)育而成為葉芽，或者轉(zhuǎn)化為花芽繼續(xù)花器官的分化和發(fā)育[16]。

由于成花率以摘葉處理后次年4月開花數(shù)量為統(tǒng)計基礎(chǔ)，此時樣枝開放的花朵形成于摘葉之前，即其花芽的形態(tài)分化完成于摘葉之前，說明摘葉僅僅抑制李光杏芽體向花芽的轉(zhuǎn)化，即花芽形態(tài)分化，而沒有阻斷花芽的發(fā)育過程，即其萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊等花器官的分化和發(fā)育。需要說明的是，花芽形態(tài)分化在狹義上指芽體轉(zhuǎn)化為花芽的過程，在廣義上還包括花器官的分化和發(fā)育，即花芽發(fā)育。為此，本文僅在狹義上使用花芽形態(tài)分化一詞，而將跨越花芽形態(tài)分化期之后的花器官分化和發(fā)育統(tǒng)稱為花芽發(fā)育。

試驗中發(fā)現(xiàn)，摘葉處理的樣枝當(dāng)年至次年夏季幾乎光禿無葉，未見側(cè)芽萌發(fā)抽枝。說明摘葉處理阻斷了芽體繼續(xù)發(fā)育為成熟葉芽的過程，即摘葉阻斷葉芽發(fā)育。

3.2 花芽形態(tài)分化與發(fā)育進(jìn)程

鏡檢觀察結(jié)果表明，樣芽形態(tài)分化與發(fā)育進(jìn)程分為以下幾個階段。

（1）花芽形態(tài)分化先期。在6月20日以前，樣芽體積較小，縱切面可見生長點呈錐狀，被鱗片緊抱，分生細(xì)胞體積較小（封二圖1）。

（2）花芽形態(tài)分化期，標(biāo)志特征是花原基形成。樣芽鱗片松開，縱切面可見生長錐膨大，向上隆起呈饅頭狀，即芽體生長錐轉(zhuǎn)化為花原基（封二圖2）?；ㄑ啃螒B(tài)分化初期6月20日，盛期7月20日，末期8月10日；8月10日仍觀察到少數(shù)芽體處于花芽形態(tài)分化期。

（3）花萼分化期。標(biāo)志特征是花原基頂部平坦，中心部分相對凹下，四周產(chǎn)生突起，即分化形成萼片原基（封二圖3）?；ㄝ喾只跗?月20日，盛期8月10日，末期8月30日。

（4）花瓣分化期。標(biāo)志特征是伸長的萼片原基內(nèi)側(cè)基部產(chǎn)生突起，即分化形成花瓣原基（封二圖4）。花瓣分化初期8月10日，盛期8月30日，末期9月10日。

（5）雄蕊分化期。標(biāo)志特征是伸長的花瓣原基內(nèi)側(cè)基部出現(xiàn)多個突起體，上下兩層排列，即分化形成雄蕊原基（封二圖5、圖6）。雄蕊分化初期8月20日，盛期8月30日，末期9月10日。

（6）雌蕊分化期。標(biāo)志特征是雄蕊原基形成時，花原基中心部位向上突起，即分化形成雌蕊原基（封二圖5、圖6）。雌蕊分化初期8月20日，盛期9月10日，末期9月30日。

（7）雌、雄蕊發(fā)育期。從10月開始，整個花芽體積增大，花粉囊壁內(nèi)出現(xiàn)花粉母細(xì)胞，呈多角形且緊密狀排列，同時雌蕊原基膨大形成子房，子房內(nèi)分化形成胚珠原始體（封二圖7、圖8）。

3.3 花芽形態(tài)分化與發(fā)育特點

結(jié)合摘葉試驗和樣芽切片顯微觀察，整理李光杏花芽形態(tài)分化與發(fā)育歷程如表1。在整個花芽形態(tài)分化與發(fā)育期，花原基分化歷時最長，平均51 d；其次為萼片分化期和雌蕊分化期，約42 d；花瓣分化歷時較短，約31 d；雄蕊分化歷時最短，約21 d。觀察還發(fā)現(xiàn)，成齡樹樣芽開始形態(tài)分化期的時間明顯早于幼齡樹。不同結(jié)果枝上的樣芽進(jìn)入形態(tài)分化與發(fā)育各階段的時間和歷時長短也存在差異，一般短果枝條上的樣芽較早，長果枝上的樣芽相對較晚。

由表1可見，樣芽雄蕊、雌蕊均在8月20日開始分化，雄蕊分化盛期出現(xiàn)在8月30，至9月10日結(jié)束；雌蕊分化盛期則出現(xiàn)在9月10，至9月30日結(jié)束，說明雄蕊分化迅速而集中，雌蕊分化緩慢而離散。顯微觀察進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，從10月份開始，雄蕊、雌蕊開始發(fā)育。

表1 花芽形態(tài)分化進(jìn)程顯微觀察結(jié)果

摘葉試驗表明李光杏樣株花芽形態(tài)分化出于6月15日之前，切片顯微觀察則表明開始于6月20日。兩個結(jié)果沖突，分析其原因有2條：一是花芽形態(tài)分化開始于芽生長錐不可逆地轉(zhuǎn)化為花原基[16]，轉(zhuǎn)化之初形態(tài)變化微弱，只有花原基呈現(xiàn)標(biāo)志特征時才能觀察確定；二是摘葉試驗樣本量大，能較早反映出少量越過形態(tài)分化期的花芽，切片顯微觀察樣本量小，取樣容易漏過較早進(jìn)入形態(tài)分化期的少量花芽。因此，李光杏樣株花芽形態(tài)分化始期應(yīng)以摘葉試驗為準(zhǔn)，切片顯微觀察確定的始期滯后約10 d左右。同理，花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊等花器官的分化期也應(yīng)較切片顯微觀察確定的日期有所提前。

4 結(jié)論與討論

在敦煌，李光杏6月上旬完成花芽生理分化期，開始花芽形態(tài)分化，7月下旬花芽形態(tài)分化基本結(jié)束，8月10日仍有少數(shù)花芽形態(tài)分化；7月上旬開始花器官分化，次序為萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊分化和發(fā)育，歷時102 d左右。雄蕊、雌蕊分化重疊，同時開始于8月20日，雄蕊分化迅速而集中，盛期出現(xiàn)在8月下旬，至9月10日結(jié)束，歷時21 d；雌蕊分化緩慢而離散，盛期出現(xiàn)在9月10日，持續(xù)至9月底；10月初開始雌、雄蕊發(fā)育花粉和珠心細(xì)胞分化。李光杏雌蕊敗育不是雌蕊未能分化而是分化后的發(fā)育異常。摘葉抑制花芽形態(tài)分化但不阻斷花芽發(fā)育。

帥煥麗[22]對陜西關(guān)中地區(qū)11個杏品種研究發(fā)現(xiàn)，萼片分化所需時間最長，約需35～51 d，而花瓣和雌蕊分化時間最短，需要27 d左右。本文研究結(jié)果與帥煥麗不一致，可能是品種之間遺傳差異所致[16]，也可能是研究對象所處地域不同，溫度、濕度、土壤等生境不同所致[23-24]；刁永強等人[25-26]認(rèn)為樹體營養(yǎng)狀況和管理措施也會導(dǎo)致花芽形態(tài)分化與發(fā)育各階段開始時間及持續(xù)期的不同。

藺創(chuàng)業(yè)[9]多年觀察發(fā)現(xiàn)，敦煌李光杏有分批開花的特性，第1批花開放于4月上旬，數(shù)量大；第2批開放于4月中下旬，數(shù)量較少，均著生于1 a生枝基部或細(xì)弱枝上，從未見坐果。本項研究表明李光杏花芽形態(tài)分化集中在7月中旬，但遲至8月10日仍有少數(shù)花芽處于形態(tài)分化期，但9月底花芽均能完成雌蕊分化。這些觀察事實在一定程度可以解釋藺創(chuàng)業(yè)觀察到的李光杏分批開花特性，即其第2批花可能形成于8月上旬之后。

摘葉不阻斷花芽而阻斷葉芽發(fā)育，跨越花芽形態(tài)分化期的芽體不受摘葉影響而繼續(xù)發(fā)育并最終開放，這一特性被發(fā)展為確定花芽形態(tài)分化期的試驗手段，但差異背后的機(jī)制被嚴(yán)重忽視。發(fā)育是有機(jī)體從其啟始到成熟的自我構(gòu)建過程，離不開充足的營養(yǎng)供應(yīng)。摘葉阻斷葉芽發(fā)育，說明葉芽營養(yǎng)與同位葉片息息相關(guān)，失去同位葉片則失去營養(yǎng)。王俊杰等人認(rèn)為，根據(jù)“棧糖渠模型”，葉片光合產(chǎn)物一部分運輸貯存在枝干根條中以供應(yīng)來年生長，其余則供應(yīng)其腋芽發(fā)育并貯存在腋芽內(nèi)[27-28]。摘葉不能阻斷花芽發(fā)育，說明花芽營養(yǎng)與同位葉片無關(guān)而與母枝有關(guān)。王俊杰提出形成層屏蔽假說解釋頂端優(yōu)勢現(xiàn)象，認(rèn)為葉芽被母枝形成層屏蔽在外，萌動時才穿透母枝形成層建立與母枝的維管聯(lián)系[29]。借用這一思路，推測花芽形態(tài)分化中建立起了與母枝的維管聯(lián)系，在母枝上扎了“根”，因而能從母枝獲得發(fā)育所需營養(yǎng)。許明憲等觀察發(fā)現(xiàn)，花原基中可見初生髓部細(xì)胞，甚至初生輸導(dǎo)組織細(xì)胞，但在葉芽生長錐中不存在異形已分化的細(xì)胞[30]。這在一定程度上佐證前述推測屬實。

形成層屏蔽假說認(rèn)為[29]，春季根尖合成細(xì)胞分裂素隨蒸騰液流經(jīng)木質(zhì)部向上運輸，沿途誘導(dǎo)形成層增殖木質(zhì)部前體細(xì)胞，其在樹液中的濃度越積越高，最終超過閾值而擊穿形成層屏蔽進(jìn)入葉芽，促使葉芽萌動并合成生長素。生長素經(jīng)母枝木質(zhì)部薄壁細(xì)胞向下運輸，刺激新根發(fā)生并下調(diào)根尖的細(xì)胞分裂素合成水平，同時沿途促進(jìn)木質(zhì)部前體細(xì)胞分化，從而建成新生枝與母枝的維管聯(lián)系，相當(dāng)于葉芽“扎根”于母枝。生長素濃度越大，分化形成的導(dǎo)管越多越大。樹液上升過程中因蒸騰失水細(xì)胞分裂素濃度越來越高，在枝條最高處最先擊穿形成層屏蔽促使葉芽萌動，獲得先發(fā)優(yōu)勢；枝條下部的葉芽因此萌動較遲甚至不萌動，屈居后發(fā)劣勢。先發(fā)優(yōu)勢與后發(fā)劣勢在宏觀上就表現(xiàn)為頂端優(yōu)勢。“要想富，先修路”，細(xì)胞分裂素誘導(dǎo)增殖木質(zhì)部前體細(xì)胞相當(dāng)于奠定“路基”，生長素主導(dǎo)前體細(xì)胞分化則相當(dāng)于鋪設(shè)“高速軌道”，從而滿足葉芽抽枝展葉對水分、養(yǎng)分的旺盛需求。借用這一思路，推測花芽的“扎根”過程發(fā)生在葉芽發(fā)育期間。這期間，芽體利用同位葉片的光合產(chǎn)物一邊增生節(jié)位，一邊合成某種促花激素，即花芽生理分化過程。促花激素濃度超過閾值而誘導(dǎo)生長錐內(nèi)部分化髓部細(xì)胞和初生輸導(dǎo)組織，同時釋放到母枝，促使母枝形成層活動增殖并分化韌皮部運輸組織，與芽體內(nèi)的初生輸導(dǎo)組織連接貫通維管聯(lián)系，這種維管聯(lián)系一旦貫通，芽體轉(zhuǎn)而從母枝獲取營養(yǎng)，從而跨越形態(tài)分化階段進(jìn)入花芽發(fā)育階段，因此不再受摘葉影響。

李光杏雌蕊敗育應(yīng)該源于其發(fā)育過程與雄蕊之間的營養(yǎng)競爭?；ㄑ俊霸庇谛螒B(tài)分化之初，如果這條維管之“根”不夠粗大，那么花芽的營養(yǎng)供應(yīng)就不充裕，難以滿足雄蕊、雌蕊同時發(fā)育的營養(yǎng)需求，“兩敗俱傷不如放棄”“兩害相較取其輕”，因而優(yōu)先滿足雄蕊發(fā)育的營養(yǎng)需求。雄蕊發(fā)育只需少量營養(yǎng)就能大量產(chǎn)生花粉，雌蕊利用同樣多的營養(yǎng)只能產(chǎn)生少數(shù)胚珠。1個花粉與1個胚珠都能生產(chǎn)1粒種子，生殖效率相同。因此在生殖中，雄蕊的營養(yǎng)利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于雌蕊，優(yōu)先保證雄蕊發(fā)育，即使雌蕊敗育也不影響生殖后代。藺創(chuàng)業(yè)觀察發(fā)現(xiàn)李光杏第2批開放且未見坐果的花朵均著生于1 a生枝基部或細(xì)弱枝上[9]，在一定程度上佐證了上述推測。細(xì)弱枝條，形成層活動能力弱，難以形成深厚的基礎(chǔ)供花芽“扎”下粗大維管之“根”；1 a生枝條基部的葉片較小，葉齡較長，光合能力降低，供應(yīng)同位花芽“扎根”的能力較弱。同樣的道理，對于同一枝條上多個花芽來說，先分化的花芽因先發(fā)優(yōu)勢而“扎根”粗大，后分化的花芽則因后發(fā)劣勢而“扎根”細(xì)弱。最終，前者雌蕊發(fā)育正常，后者雌蕊敗育?；谕凰悸?，推測雄蕊和雌蕊之間的營養(yǎng)競爭同樣在于花芽內(nèi)部的輸導(dǎo)組織并受控于某種激素，雄蕊分化早獲得先發(fā)優(yōu)勢，釋放的激素較多，其輸導(dǎo)組織相對完善，優(yōu)先獲取營養(yǎng)；雌蕊分化較遲而屈居后發(fā)劣勢，釋放的激素較少，其輸導(dǎo)組織相對不完善，拾遺補缺獲取營養(yǎng)，因而容易受到營養(yǎng)供應(yīng)波動的影響而敗育。