董偉欣，張月辰

(1.河北開放大學，石家莊 050080；2.河北農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院/河北省作物生長調(diào)控重點實驗室，河北保定 071001)

小豆作為中國一種營養(yǎng)豐富且具有藥用價值的雜糧作物[1]，在居民膳食結(jié)構(gòu)中占有重要地位，但小豆因花莢脫落嚴重而造成產(chǎn)量降低且不穩(wěn)定一直是全國各地生產(chǎn)中的主要矛盾[2]，花莢脫落主要受花芽分化過程中環(huán)境因子的影響，其中光照作為調(diào)控小豆開花的重要環(huán)境因子之一，對于小豆花芽分化進程起著重要調(diào)控作用，小豆屬于短日照敏感作物[3]，因此，通過調(diào)控光周期來掌握小豆花芽分化進程，避免自然災(zāi)害與花芽分化之間的沖突，此外，通過調(diào)控光周期可加速育種進程，對高產(chǎn)栽培育種具有重要意義。

花期調(diào)控取決于花芽分化的進程[4]，而遮光通過影響植株的生長而調(diào)控花芽分化進程。對小豆苗期進行遮光后發(fā)現(xiàn)，‘冀紅4號’開花時間提前，株高和葉面積下降，花數(shù)增多，開花促進率增大[5]；對大豆的研究也得到相似的結(jié)論，對不同品種遮光后，生育期縮短，莖頂端的花芽分化時期提前[6]；在其他作物上也有較多研究，如朱玲俐等[7]等研究發(fā)現(xiàn)，隨著遮光時間的延長，其株高、莖粗、株幅和干物質(zhì)均有不同程度的降低，在8 h光/16 h 暗處理下較CK，花芽分化時間提早5 d和16 d；王晨[8]通過對‘紫嬌’進行短日照處理后發(fā)現(xiàn)，30 d和50 d的短日處理降低株高、冠幅和開花數(shù)量，同時促進花芽分化進程；吳雪霞等[9]對普通絲瓜(BG-1-1-3-1)進行遮光處理后發(fā)現(xiàn)，絲瓜幼苗期的生物量顯著下降，雌花的花芽分化速度加快并可提高產(chǎn)量；吳雪霞等[10]對西葫蘆遮光的研究也證明，遮光可降低株高、莖粗、葉面積、地上部鮮質(zhì)量和根系鮮質(zhì)量，花芽分化進程加快并提前成熟；胡曉龍等[11]對‘晨光’大花金雞菊的光周期研究發(fā)現(xiàn)，其株高、分枝數(shù)和株幅與花芽分化時期顯著正相關(guān)?？梢?，遮光是通過降低植株生長來促進花芽分化的，此外，遮光使花芽分化數(shù)量減少，保持植株營養(yǎng)均衡，減少花莢脫落并提高花莢質(zhì)量。

綜上看出，關(guān)于光周期對花芽分化的影響，在其他作物上有較多研究，但對于小豆，也有關(guān)于光周期方面的研究，但通過光周期來研究花芽分化進程的卻不多。為此，本試驗選取對光周期頓感型早熟品種‘白紅2號’和對光周期敏感型中晚熟品種‘冀紅9218’，通過遮光來研究其基部(第三葉腋間)、中部(第六葉腋間)和頂部花芽的分化進程，掌握遮光與花芽分化的規(guī)律和相關(guān)性，以期為推動小豆育種進程和高產(chǎn)栽培提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用早熟品種‘白紅2號’和中晚熟品種‘冀紅9218’為試驗材料，試驗于2013-2014年在河北農(nóng)業(yè)大學教學實驗基地進行(河北保定，經(jīng)度115°47′，緯度38°87′)，兩年變化趨勢一致，因此將數(shù)據(jù)合并后整理。

1.2 土壤養(yǎng)分情況

試驗田質(zhì)地為壤土，0～20 cm土壤有機質(zhì)含量為1.515 %和1.44 %，全氮含量為0.105 %和0.099 5 %，堿解氮含量為86.25 mg/kg和83.85 mg/kg，有效磷含量為65.03 mg/kg和64.435 mg/kg，有效鉀含量為182.4 mg/kg和174.4 mg/kg，播種前每個小區(qū)(5 m×1 m)使用400 g復合肥(N∶P2O5∶K2O=24∶4∶8)。

1.3 遮光后小區(qū)內(nèi)小氣候的變化

遮光處理后小區(qū)的小氣候特征見表1。與大氣環(huán)境相比，遮光后小區(qū)內(nèi)的光照強度幾乎為零，相對濕度升高16.94%，而CO2濃度和溫度稍有升高，但未達到顯著水平。可見，小豆遮光后提前開花是由于短日照引起的，與其他環(huán)境因子的關(guān)聯(lián)不大。

表1 遮光條件下田間小氣候的變化

1.4 試驗設(shè)計

通過遮光設(shè)置短日照為8 h光/16 h暗，6月24日播種，待真葉展平后(50%以上的幼苗子葉出土至第一個分枝出現(xiàn)的時期稱為苗期，因這個時期幼苗太小，所以選擇真葉展平后進行遮光)進行遮光處理，分別遮光7 d、14 d和21 d，簡稱SD 7、SD 14和SD 21，以自然光(14.5 h)作為對照，設(shè)計每個小區(qū)長5 m，寬1 m，種植2行，株行距為15 cm×40 cm，隨機排列，每個處理3次重復，遮光方法是每天17:00用不透明布將小區(qū)全部遮光，次日9:00揭開，其他管理同生產(chǎn)大田。

1.5 測定項目與方法

1.5.1 植株生長指標 在開花、結(jié)莢和鼓粒期，每個處理選取代表性植株3株，3次重復，共9株，分別測定株高、莖粗、葉面積和地上部干質(zhì)量。株高：地表處至生長點的距離；莖粗：周長=2× 3.14×(直徑÷2)；葉面積：采用YMJ-B葉面積測量儀測量；地上部干質(zhì)量：烘箱內(nèi)105 ℃殺青 0.5 h，80 ℃烘干至恒質(zhì)量。

1.5.2 開花特性調(diào)查 50%植株開始開花的日期稱為開花期；全株有95%的莢變?yōu)槌墒祛伾?，搖動時開始有響聲的植株達50%以上的日期稱為成熟期。

每個處理選取代表性植株3株，3次重復，共9株，測定開花促進率和開花提早時間。測定公式如下：

開花促進率(%)=[(對照出苗期至開花期時間-不同處理出苗期至開花期時間)×100]/對照出苗期至開花期時間。

開花提早時間=對照出苗期至開花期時間-不同處理出苗期至開花期時間

1.5.3 小豆花芽分化時期劃分 根據(jù)金文林等[12]的劃分方法，將小豆的花芽分化劃分為7個時期(表2)。

表2 小豆花芽分化時期劃分

1.5.4 小豆花芽解剖觀察及切片制作 每個處理隔天在8:00選取3個基部(第三葉腋間)、中部(第六葉腋間)和頂部花芽，重復3次，共15個花芽，制作石蠟切片后顯微鏡(BS500/BS500-TR生物顯微鏡)下進行觀察，70%以上花芽分化到某個時期就稱為已進入某個時期。石蠟切片制作方法包括：取樣，固定，脫水透明，浸蠟包埋，切片與貼片，HE染色。

1.6 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件在α=0.05水平上進行Duncan新復極差法方差分析及多重比較，圖片采用BS500/BS500-TR生物顯微鏡觀察和PhotoshopCS6處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮光處理對不同小豆品種株高的影響

由圖1可見，遮光處理使小豆的株高降低并呈現(xiàn)出處理時間越長，降低越多的趨勢。‘白紅2號’在開花期、灌漿期和成熟期的SD 14和SD 21處理較CK分別顯著降低32.08%、54.15%、16.82%、34.79%和30.59%、40.30%，而SD 7處理降低不明顯(圖1-A)；‘冀紅9218’的SD 7、SD 14和SD 21處理在開花期、結(jié)莢期和鼓粒期較CK均顯著降低，降低幅度分別為19.69%、24.31%、35.28%，14.65%、25.39%、39.66% 和18.03%、21.43%、38.77%(圖1-B)，兩個品種相比較，‘冀紅9218’降低幅度更大。

2.2 遮光處理對不同小豆品種莖粗的影響

由圖2可見，遮光對莖粗也有明顯影響，且遮光時間越長，降低就越多，‘白紅2號’在開花期的3個處理較CK均顯著降低，降低幅度分別為 19.29%、28.57%和32.86%，而在結(jié)莢期和鼓粒期SD 14和SD 21處理較CK顯著降低13.25%、28.31%和20.67%、25.14%，而SD 7處理降低不明顯(圖2-A)；‘冀紅9218’的SD 7、SD 14和 SD 21處理在開花和鼓粒期較CK均顯著降低，降低幅度分別為20.69%、21.84%、2874%和 16.07%、17.86%、26.34%，而在結(jié)莢期，SD 14和SD 21處理較CK顯著降低19.09%和 30.15%，SD 7處理降低幅度未達到顯著水平(圖2-B)，可以看出，遮光對品種之間莖粗無明顯 影響。

2.3 遮光處理對不同小豆品種葉面積的影響

由圖3可見，從開花至鼓粒期，葉面積不斷增大，‘冀紅9218’較‘白紅2號’的葉面積大，兩個品種在開花期和和結(jié)莢期降低較多，3個處理較CK均顯著降低，而在鼓粒期不同處理降低幅度不同。‘白紅2號’在3個時期的SD 7、SD 14和SD 21處理較CK均顯著降低，降低幅度分別為25.04%、29.21%、34.31%，28.11%、30.35%、42.08%和27.21%、32.58%、41.18%(圖3-A)；‘冀紅9218’在開花期和結(jié)莢期的3個處理較CK分別顯著降低29.37%、38.47%、42.45%和 22.97%、26.98%、33.41%，鼓粒期SD 14和SD 21處理顯著降低21.61%和33.53%，而SD 7處理降低不明顯(圖3-B)。

2.4 遮光處理對不同小豆品種地上部干質(zhì)量的影響

由圖4可見，地上部干質(zhì)量從開花至鼓粒期顯著升高，但結(jié)莢期的升高幅度較大，‘冀紅9218’的地上部干質(zhì)量明顯高于‘白紅2號’，‘冀紅9218’植株高大，干質(zhì)量較高?！准t2號’在開花期、結(jié)莢期和鼓粒期的3個處理較CK均顯著降低，降低幅度分別為47.40%、65.30%、75.14%，33.54%、33.68%、63.20%和27.56%、55.70%、71.39%(圖4-A)；同樣，‘冀紅9218’在3個時期的各個處理較CK也顯著降低，降低幅度分別為47.56%、55.83%、71.42%，39.41%、56.87%、72.67%和44.54%、58.62%、78.27%(圖4-B)，可以看出，遮光對小豆地上部植株干物質(zhì)的積累影響較大，中晚熟品種對短日照較敏感，在結(jié)莢期和鼓粒期降低幅度更大。

2.5 遮光處理對不同小豆品種開花提早時間和開花促進率的影響

由圖5可見，遮光處理顯著影響小豆品種的開花提早時間和開花促進率?！准t2號’的SD 14和SD 21處理較CK開花提早4 d和5 d，差異達顯著水平，而SD 7處理只提前1 d，差異不明顯，‘冀紅9218’只有SD 21處理較CK開花提早7 d，差異顯著，而SD 7和SD 14開花提早3 d和5 d，差異不明顯(圖5-A)；‘白紅2號’的開花促進率在SD 14和SD 21處理下為10.00%和 12.50%，較CK差異性顯著，而SD 7處理下為 2.50%，差異不明顯，‘冀紅9218’ 3個處理的開花促進率較CK均達顯著性差異，分別為 6.82%、13.09%和15.91%(圖5-B)?？梢钥闯?，‘冀紅9218’較‘白紅2號’的開花提早時間較多，開花促進率較大，說明中晚熟品種對短日照更為敏感。

2.6 遮光處理對小豆花芽分化進程的影響

從取芽總數(shù)及到達某一時期的花芽所占比例來看，遮光處理使小豆的花芽分化進程加快(花芽分化到達某一時期的花芽數(shù)占70%以上稱為進入某一時期)，但不同品種表現(xiàn)不同，分別在出苗后15 d和24 d取兩個品種的基部和中部花芽，因不同品種對短日照的敏感性不同，所以‘白紅2號’在出苗后28 d取頂芽，而‘冀紅9218’在33 d取頂芽進行解剖觀察。對‘白紅2號’的基部花芽進行觀察，SD 7處理進入花瓣原基分化期，而SD 14和SD 21處理均進入雌雄蕊原基分化期，此時，CK進入萼片原基分化期，中部花芽的3個處理較CK(花瓣原基分化期)均已進入雌雄蕊原基分化期，頂部花芽的SD 14和SD 21處理較CK(雌雄蕊原基分化期)均進入雌雄蕊結(jié)構(gòu)分化期，而SD 7處理與CK一樣，都處于雌雄蕊原基分化期(圖6，表3)。

對‘冀紅9218’不同部位花芽進行觀察后發(fā)現(xiàn)，基部花芽在3個處理下的分化時期分別為萼片原基分化期、花瓣原基分化期和雌雄蕊原基分化期，而CK處于花序原基分化期，中部花芽在SD 14和SD 21處理下均處于雌雄蕊結(jié)構(gòu)分化期，而SD 7處理處于花瓣原基分化期，較CK(花原基分化期)分化時間均提前，頂部花芽的發(fā)育速度稍遲緩，3個處理下的分化狀態(tài)較CK(雌雄蕊結(jié)構(gòu)分化期)均處于雌雄蕊結(jié)構(gòu)分化期(圖7，表3)。

表3 不同遮光時間下小豆各部位花芽分化進程

從以上分析可以看出，遮光處理使不同小豆品種不同部位的花芽分化時間提前，‘白紅2號’>‘冀紅9218’且遮光時間越長，花芽分化所需的時間越短，不同部位的分化速度為頂部>中部>基部，說明遮光明顯影響小豆花芽分化的速度，由于中晚熟品種‘冀紅9218’對短日照較敏感，在有些處理下的花芽分化進程還要早于‘白紅2號’。

2.7 遮光時間與出苗至開花、開花至成熟時間，開花提早時間和開花促進率的決定系數(shù)分析

由表4可知，遮光時間與出苗至開花、開花至成熟時間，開花提早時間和開花促進率呈顯著正相關(guān)，即遮光時間越長，出苗至開花、開花至成熟的時間越早，開花提早時間越多，開花促進率越大。‘白紅2號’遮光時間與出苗至成熟的時間關(guān)聯(lián)性最大，決定系數(shù)(R2)為0.993，與出苗至開花的時間、開花提早時間和開花促進率的關(guān)聯(lián)性次之，R2=0.976；而‘冀紅9218’遮光時間與出苗至開花的時間關(guān)聯(lián)性最大，R2=0.994，與出苗至成熟時間的關(guān)聯(lián)性次之，R2=0.989，與開花提早時間和開花促進率的決定系數(shù)(R2)均為0.984。從以上可以看出，遮光與不同品種在不同時期的關(guān)聯(lián)性有所差異，但可以反映出小豆的整個生育期都存在短日效應(yīng)，且在不同的生育時期發(fā)揮的作用也不同。

表4 遮光時間與出苗至開花、開花至成熟的時間，開花提早時間和開花促進率的決定系數(shù)

3 討 論

光周期通過調(diào)控其生長和形態(tài)進而影響花芽分化[12]。如趙琳等[13]對大豆品種‘東農(nóng)50’在出苗后遮光發(fā)現(xiàn)，短日照使初花至成熟期縮短，且短日處理下其株高降低，節(jié)間縮短，產(chǎn)量降低。楊中義等[14]對地被菊進行遮光后發(fā)現(xiàn)，地被菊營養(yǎng)生長受到抑制，株高和冠幅降低；蘭樹斌等[15]研究也發(fā)現(xiàn)，遮光使紫蘇株高和莖粗降低，葉片數(shù)減少，花芽分化進程提前，花期提前；毛洪玉等[16]對 ‘菊花C029’的研究也得到相似的結(jié)論，遮光使其株高、莖粗、節(jié)間長和葉片數(shù)都會有不同程度的降低，花芽分化進程加快；本研究發(fā)現(xiàn)，8 h(光)/16 h(暗)較CK(14.5 h)顯著降低小豆的株高、莖粗、葉面積和地上部干質(zhì)量，且隨著遮光時間的延長，降低幅度不斷增大，中晚熟品種‘冀紅9218’較早熟品種‘白紅2號’敏感，降低幅度較大，這與前人研究結(jié)果相一致，遮光是通過降低植株生長來促進花芽分化的，本研究還發(fā)現(xiàn)，遮光使小豆的生長在后期(結(jié)莢期和鼓粒期)降低更多，原因是遮光時，小豆植株生長未發(fā)生明顯變化，但光周期有一個傳遞后效應(yīng)，植株接受遮光誘導后，這種信號從葉片傳遞到莖尖生長點，生長點感受到信號后會調(diào)控植株的生長發(fā)育，晚熟品種更為敏感，所以遮光使小豆后期生長降低較多，‘冀紅9218’降低幅度更大。

許多學者對光周期影響植物花芽分化進程進行了研究，如萬友名等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，遮光使馥郁滇丁香成花比率提高；段玉琪等[18]研究也發(fā)現(xiàn)，遮光使煙花現(xiàn)蕾時間提前，9～13葉期最敏感，此時期，接受信號越早，花芽分化時間越早；李程等[19]對春石斛進行遮光研究后發(fā)現(xiàn)，其花期提前18 d，同時，全株的花芽增多，花量增大且花徑變長。一些學者也對長短日照結(jié)合對花芽分化的影響進行解釋。如楊園園等[20]對春石斛的研究發(fā)現(xiàn)，前期進行長日處理，花芽分化時期進行短日處理，可使植株生長良好，花期提前且品質(zhì)提高；楊娜等[21]對秋菊長短日照結(jié)合的研究也發(fā)現(xiàn)，在短日照處理下，花芽分化進程加速，短日照加長日照，花芽分化規(guī)律性不強，開花延遲且產(chǎn)生許多畸形花，長日照下開花延遲且不能開花；而馬玉磊等[22]對胭脂花的研究卻發(fā)現(xiàn)，胭脂花在長日照處理下，可以促進其營養(yǎng)生長和休眠芽萌發(fā)，他還發(fā)現(xiàn)，長日照也可以促進頂芽萌發(fā)。從本研究結(jié)果來看，短日處理后的開花提早時間增多，開花累積促進率增大，且隨著遮光時間的延長而升高，‘冀紅9218’較‘白紅2號’在3個處理下的開花提早時間和開花累積促進率較CK均增大，此外，各個生育時期持續(xù)的時間、開花提早時間以及開花累積促進率與遮光時間顯著正相關(guān)，并進一步發(fā)現(xiàn)短日處理下小豆基部、中部和頂部花芽分化進程加快，且呈現(xiàn)出頂部較快、中部次之，基部較慢的變化趨勢，這與前人的研究趨勢基本一致，但也有不同之處，有的植物是在長日照下的花芽分化進程加快，推測原因是不同植物的特性造成的。本研究的不足之處是只做了一個時間點短日處理，而沒有做多時間點的長日照和長短日照結(jié)合對花芽分化的影響；另外，劉明等[23]對花芽分化進程做了深入研究，發(fā)現(xiàn)小豆花芽分化始于出苗后9 d，也研究了花芽分化與葉片之間的同伸性關(guān)系，在后期的研究中，將探究多個時間點的長短日照結(jié)合對花芽分化的影響以及與葉片的同伸性關(guān)系，以期對今后加速育種進程以及高產(chǎn)栽培提供參考。