大葱花芽分化研究进展

□ 邹雨辰（东北农业大学，黑龙江 哈尔滨 150006）

关键字：大葱；花芽分化；调控因子

大葱是东亚各国以及华人生活地区栽培的蔬菜作物，在东方常作为一种很普遍的调料或食用蔬菜，并且具有强大的保健功效，富含维生素A、C、D等，具有舒张血管、降血脂、预防痴呆的功效。近年来，在大葱越冬过程中，经常出现因温度过低导致的先期抽薹，极大程度上削减了经济效益［1］。而花芽分化作为植物生长周期中的重要阶段，是大葱从营养生长转向生殖生长过程的开端，是控制大葱抽薹的先决条件。

本文对大葱花芽分化过程中的形态变化、生理变化以及多种内外调控因素相关文献进行综述，用以加强对大葱花芽分化过程的认识，为未来调控大葱抽薹，选育优良品种以及推广到葱蒜科其他作物奠定基础。

一、大葱花芽分化及时期划分

（一）大葱的花芽分化

花芽分化即是成花之前通过调控诱导植物茎尖分生组织，使其不产生腋芽原基与叶原基，开始逐步分化形成花原基或花的过程。1952年Lang将花的发育划分成花原基的伸长、花器官分化、花的成熟与开花4个阶段。杨国栋通过解剖观察到，大葱花芽分化初期，首先茎尖组织呈半球状膨大隆起，剥离一层叶原基，可观查到半椭圆凸起的环状体。在总苞包片闭合时，生殖生长锥于包片内部开始逐渐分化隆起，形成的花序原基呈圆锥状，花序原基表面分生出膜泡状凸起的小花原基，随后花序原基和花原基同步分化。此后，花原基表面中央出现呈明显的三角形凹陷，当花茎逐步伸长到5～10毫米时，依次形成外层花被片原基和雄蕊原基，内层花被以及雄蕊。当外层、内层花被和雄蕊均成形之后，心皮原基开始分化。总苞露出叶孔前，花被片首先闭合形成小花雏形，同时下部小花的花被和雄蕊才开始分化。总苞露出叶孔后，心皮逐步成形并在中间分化出雌蕊原基，总苞开裂后，可见上部未开放的小花，内部雄蕊、雌蕊伸长，花器官即将成熟［2］。

（二）大葱花芽分化时期的划分

对于不同的植物，植物花芽分化的划分阶段也有区别。葱蒜类作物中，郭叶菊将大蒜花芽分化分为：花原基分化、苞片原基分化、花器官分化三个阶段。吴泽秀则将大蒜花芽分化分为：未分化期、总苞和花序原基分化期、小花原基分化期、花器官原基分化期。宁云芬等将百合花芽分化划分为：花芽未分化期、花芽分化初期、花序原基和小花原基分化期、花器官分化期和花序形成期5个阶段。

而杨国栋认为大葱花芽分化可分为：诱导感应期、花芽分化初期、花序原基和花原基分化期、花器官分化期4个时期［2］。

二、大葱花芽分化的机理

（一）碳氮比学说

20世纪初，KrebHans提出C/N是决定花芽分化的关键因素，即C/N较高，利于花的形成促进生殖生长，C/N较低则会抑制开花，促进营养生长。虽然经过各项试验证明C/N在花芽分化过程中作用并不绝对，但作为一种决定因子，齐红岩等证实高水平的C/N有利于薄皮甜瓜花芽前期分化。高水平的C/N有利于越橘花芽分化［3］。

（二）激素学说

大量实验表明，在花芽分化过程中激素调节作用比营养物质作用更重要，并且同时证明，植物的花芽分化过程并不是受单一激素调控，而是受多种激素共同调节。

已有研究发现，内源激素可以影响植物花芽分化，例如郭菊叶发现GA3、ABA含量的提高有利于大蒜花芽分化，较低含量的IAA可能是在大蒜生殖阶段促进大蒜开始花芽分化信号的转导。吴翠南发现不同品种大蒜花芽分化中IAA变化有提高也有降低，大多数品种ZR含量降低，而GA对植物几乎所有器官生长都是必需的，较高水平会促进花芽分化。胡巍发现GA3可以代替洋葱春化所需低温，促进洋葱花芽分化，而较低含量的IAA也有利于抑制洋葱营养生长。有研究表明高水平的ABA/IAA、ABA/GA3、CTK/GAS、CTK/IAA有利于花芽分化。

（三）遗传基因学说

植物花芽分化是一系列复杂的形态变化过程，是由植物自身各种因素与其环境条件共同控制的，其中遗传基因起到决定作用。

目前经实验证明的参与花芽分化的信号途径有六条，例如：光周期途径、赤霉素途径、春化途径等。而在六种途径中存在着关键基因例如：目前大蒜研究中克隆出的，如：光周期途径有关的AcCOL三个基因，其中AcCOL3在通过春化后的洋葱幼苗的各器官中均有表达，幼叶中表达量最高，也在抽薹开始时的花茎中大量存在，其余部位表达量较少［4］。花序组织上有关的AcLFY基因，过量表达会使花期提前6-8天左右，并减少叶片数量。赤霉素途径的AcGA1可以通过抑制FT、CO的表达从而强烈抑制开花促进晚花，系统性的抑制生长发育。AcSCL4也可以抑制开花，促使植株矮化等［5］。

三、影响大葱花芽分化的内外调控因素

（一）内在因素

1.基因型

大葱花芽分化时间受基因型控制，不同品种不同基因型分化开始时间也有所变化。“章丘大葱”与“春味大葱”即使在相同条件下进行培养，花芽分化与抽薹率也大不相同。郭叶菊通过研究发现：“正月早”在展出5-6片功能叶时，进行花芽分化，而“二水早”和“三月黄”则是分别在6-7和7-8片叶是进行花芽分化。郭叶菊与杨国栋都认为总苞的形成可认为是花芽分化的开始［2］。

2.苗龄

影响花芽分化的因素较多，而大葱等绿体春化能够完成的条件是，营养体长到一定大小，感受一定低温，并且持续一段时间。胡定东等人认为当葱苗发育超出两片真叶，感受低温，葱苗转向生殖生长。董殷鑫采用中抽薹品种“鲁葱6号”进行试验，发现日历苗龄30d，2叶期时只有在15/10℃时才能进行花芽分化。而苗龄50d，3叶期时，所需温度和时间范围较宽泛，并将此条件认为是“鲁葱六号”的苗龄下限［1］。“章丘大葱”在三叶期的苗期开始到以后生长期间，持续7℃以下低温7-10天左右，就可以通过春化。有研究称大葱秋季播期，苗龄越大越易于进行花芽分化，从而利于抽薹。

3.内源激素

在植物花芽分化过程中，受各种内源激素如：GA3、IAA、ABA、ZR等的影响。付昆等人通过对茎尖生长点进行研究发现，春化过程中大葱内的GA3含量持续上升，并在春化作用结束时达到最高值，做出结论，GA3具有促进大葱花芽分化作用，这与在甘蔗、番茄、棉花等的研究一致。此外ABA在花芽分化过程中含量逐渐升高，说明ABA促进花芽分化。而IAA的含量是逐渐下降的，可能对大葱花芽分化起抑制作用，并且ABA/IAA与ABA/GA3的比值的峰值都出现在花芽分化基本完成时。苏华等人对大葱根、假茎、叶片的内源激素进行了研究，也证明了ABA、GA3在花芽分化时期大葱各器官含量上升，并且叶片变化幅度最大，具有促进花芽分化的作用。而在花芽分化过程中ZR含量上升，说明ZR对大葱花芽分化起促进作用，而IAA的下降说明其可能抑制花芽分化，同样叶片ABA/IAA与ABA/GA3的比值高峰也出现在了花芽分化基本完成时，说明内源激素间的动态平衡对于花芽分化至关重要。

4.生理物质

大葱体内自身的生理物质对于花芽分化也起着重要作用。在花芽分化阶段，碳水化合物的积累起着关键作用，既可以提供所需能量，也可以作为结果物质。［6］有研究表明，花芽分化与发育需要高水平的碳水化合物，同时也大量供给给花器官的启动与发育，并作为开始分化成花的启动子。

付昆等人通过对大葱茎尖生长锥进行试验，发现可溶性糖与可溶性蛋白在大葱花芽分化进程中均呈升高-略下降-再升高的趋势。据推断，可能为花芽分化前，大葱通过光合作用大量积累物质，以应对花芽分化，在分化进程中可溶性糖与蛋白被大量急剧消耗。同时DNA与核酸的总含量在花芽分化之前逐渐上升趋势，到中期达到小高峰，后开始下降，花芽分化结束后略微上升。RNA含量则是在花芽分化之前升高到达小高峰，随后持续下降，分化完成后略微回升。RNA／DNA比值持续下降，直至分化时达到最低值，随后有所升高。这与杨暹等人研究基本相似。说明花芽分化初期，DNA的大量复制、核酸转录、蛋白质合成有利于大葱进行花芽分化。

5.分子机理

目前在拟南芥中发现参与调控花芽分化的途径目前有6条，目前通过试验也可克隆出了许多同源开花调控基因如：FT的同源基因，水稻中的Hd3a，番茄中的FSFT基因，甘蓝、萝卜等LFY的同源基因，以及甘蓝型油菜中的BnFLC-C2基因等［7］。而目前在大葱中关于开花基因的研究较少，目前也仅有董殷鑫通过同源克隆出了大葱同源基因AfFT与AfLFY。通过实验发现AfFT与洋葱基因中的AcFT等属于同源基因，在系统进化树中为同一分支，且表达一致，均在叶片中表达较多。AfLFY更是与洋葱当中的AfLFY基因具有极高的相似度，在生长点和花器官中大量表达，且峰值出现在开花前期，推测该基因为在生长点促进大葱开花的主要基因［1］。

（二）外在因素

除内在调节因素外，影响植物花芽分化的外在因素也是多种多样的。大多数环境因素如：温度、持续时间、光照、矿质营养、植物生长调节剂等都会对大葱成花产生影响。比如：万寿菊花芽分化受光照影响，在某特定时间内，越短的日照，越会促进花芽分化；秋菊由营养生长转向生殖生长的过程中，各元素由叶片逐渐转向根部与花；将乙烯利与多效唑混合对荔枝施用可促进花芽分化。向油菜幼苗喷施GA3会促进油菜的花芽分化，并且喷施的量与花芽分化率为正相关。在众多因素其中，针对于大葱花芽分化的研究，目前以温度、低温持续时间的研究较为普遍。并且有研究表明在植株时期基本相同时，低温持续时间的影响要大于温度的影响［8］。

1.温度

植物进行花芽分化需要适宜的温度，过高或过低的温度都会对花芽分化产生影响，其中低温大多促进花芽分化。其中对于耐寒与半耐寒植物，例如白菜、萝卜、洋葱等，低温则更为重要［9］。大白菜的花芽分化时间会随着低温条件的改变提前。萝卜“短叶13”在5-10℃的条件下就能促进花芽分化。

大葱作为绿体春化作物，温度主要是低温对大葱春花起重要作用，低温的作用大致有两方面：一是通过抑制营养生长来促进生殖生长，二是有利于花芽，花器官的分化。大葱在2片叶以上或假茎粗7毫米时，感受13℃以下温度就可以完成花芽分化。吴翠南认为在10℃与5℃条件下处理40和20天，最有利于大蒜的综合生长。关于大葱花芽分化，董殷鑫认为，温度上限是20/15℃，而温度的感受范围是15-0℃之间。通过是实验发现在10/5℃的状态下，通过春化所用时间最短［1］。

2.低温持续时间

绿体春化植物在达到一定营养体大小，在一定低温条件下，低温持续时间也是十分重要的。同时低温持续的时间也取决于植株不同的生理时期与温度情况。甘蓝在长出6片真叶之前，对低温并不敏感。6真叶时需要低温持续60天，而8片叶只需要45天，1片叶需要30天。同时不同品种花芽分化低温持续的时间也不相同。当甘蓝基部直径超过0.6厘米时，“大灰叶”品种需15℃以下15天，而“楠木叶”品种则需要30天。

前人研究章丘大葱在假茎基部超过4毫米，4片叶以上时，感受7-15℃时27天以上就可以完成春化。而对于4叶期的大葱，在10-5℃时，需持续15d开始进行花芽分化。若是在非最适宜温度15-10℃或5-0℃则所需持续时间更长，要超过20天［1］。

四、讨论

大葱花芽分化并不是单一因素控制，而是受多种自身内外因素共同调节。对于大葱花芽分化，目前现有的研究多聚焦于温度、苗龄、内源激素、生理物质等。重复性研究较多，此外各研究使用的品种相似，大多为“章丘大葱”“元藏大葱”“辽葱5号等”，品种选择种类较少，针对各项研究，得出结论不够全面。此外，目前对于光照、植物生长调节剂、矿质元素等因素对于大葱花芽分化的研究较少，可以继续讨论这些因素的作用。在分子领域，缺乏大葱开花调控基因的相关研究，目前也仅局限于FT与LFY的同源基因克隆，可以对其他开花网络的基因如COL、GA等进行同源克隆，并且开花基因具体在大葱中的调控机理并不十分明确。可以构建开花基因过表达和下调表达的大葱，通过对开花植株前后农艺性状进行收集与测定相关基因的表达量，进一步对大葱中开花基因的功能进行验证。对于开花调控网络中的其余重要基因FLC、CO等研究十分缺乏。可以参考洋葱中AcGAI、AcCO、AcCRY1等开花基因的同源克隆与功能分析，类比分析大葱中的同源基因对大葱成花相关的调控作用。此外新模式植物如二穗短柄草等的研究也有成果：如童伟杨对二穗短柄草中BdCDF1基因的表达模式进行分析与亚细胞定位；董殷鑫认为二穗短柄草中的BdVRN2为开花抑制基因，BdVRN2表达量的降低会促进提早开花与BdFT基因的表达。可以将研究的方法应用于大葱花芽分化的研究当中，最终明确大葱的开花调控网络。