低温诱导切花月季过度重瓣化的形态学观察1)

范天刚 张 钢 田亚然

(河北农业大学，保定，071001)

李永红

(深圳职业技术学院)

月季在全球切花贸易中占有极其重要的地位。月季切花周年生产中，冬季产品的市场价值最高，但是，月季切花冬季生产中由于低温环境因素的影响往往导致花器官发育异常，出现花瓣过度重瓣化，导致花朵畸形，主要表现为双心(图1、图2)，这严重影响切花的商品价值和花农的经济效益。早期的研究发现，温度是影响植物成花的重要要素，低温不仅会影响植物花芽分化进程，而且会通过影响花瓣和雄蕊等花器官的发育造成植物花朵畸形[1]。1971年Moe[2]研究认为，低温会引起部分月季品种的花瓣数增加，导致畸形，且月季花芽分化早期是对温度的敏感时期。

花芽分化是指植物茎生长点由分生出叶片、腋芽转变为分化出花序或花朵的过程[3]。蔷薇属植物小姊妹月季花(Rosa polyantha Hort)[4]、玫瑰(Rosa rugosa)[5]和单叶蔷薇(Rosa persica)[6]等植物的花芽分化已有研究报道。但对切花月季常温和低温条件下花芽分化进程的比较观察及各花器官发育具体时间确定的研究未见报道。

图2 畸形花(双心)

本研究在不同温度条件下，分析了切花月季品种‘芬得拉’花朵及各器官的形态变化，并采用常规石蜡切片法[7]观察了常温和低温条件下切花月季品种‘芬得拉’花芽分化过程及形态特征。以期确定低温诱导切花月季过度重瓣化导致花朵畸形发生的温度范围和花芽分化的具体时期，为解决低温导致切花月季花朵畸形这一月季冬季生产中的瓶颈问题提供坚实的理论依据。

1 材料与方法

试验于2013年3—11月份在深圳职业技术学院进行。切花月季(Rosa hybrida)选用生产上常用的2年生‘芬得拉’(Rosa chinese‘Vendela’)品种。

材料培养与处理方法:2年生‘芬得拉’经修剪后分以下3组处理进行，每组50株苗。A组:日温/夜温为25℃/15℃;B组:日温/夜温为20℃/10℃，待花芽分化完成后转为A组培养;C组:日温/夜温为15℃/5℃，上述温度的设置梯度根据月季的生长发育对温度的要求而设定[2]，待花芽分化完成后转为A组处理培养;所有处理均用Thermoline TPG－6000－TH 植物生长室，光照强度 70 μmol·m－2·s－1，光照时间12 h，相对湿度60%。每组处理采收50朵花，统计分析畸形花数及花器官数量，并对畸形花和正常花的花朵进行拍照对比。

常温和低温条件下花器官发育进程的观察:A组(常温，下同)待萌芽后第5 d，花枝长度约4 cm时开始取样;C组(低温，下同)待萌芽后第25 d，花枝长度约4 cm时取样。每组处理每天取5个花芽，共取40 d。体式显微镜下去除已展和未展叶，用游标卡尺测量其长度和宽度，而后水洗并用FAA液固定，以备做石蜡切片用。花芽制片采用常规石蜡切片方法[7]，徕卡RM2126RT切片机切片，厚度8～10 μm，番红—固绿染色，加拿大树胶封片。Nikon 50i型显微镜观察并拍照。

2 结果与分析

2.1 不同温度条件处理下切花月季花朵形态学观察

切花月季‘芬得拉’品种在上述3个温度条件下完成花芽分化后将其转入在25℃/15℃的人工植物生长箱中进行开花观察，发现低温严重诱导了切花月季‘芬得拉’品种的花朵过度重瓣化，主要表现为双心，即畸形花。而且，在一定温度范围内，温度越低形成畸形花的比例越高(图3)。其中，C处理下完成花芽分化的月季，形成的畸形花约为88%;B处理下完成花芽分化的月季，形成的畸形花约为36%;而在A处理下花芽分化的月季，形成的畸形花仅为2%。通过对正常花和畸形花的花瓣形状比较观察发现，畸形花外层花瓣大小和形状与正常花无明显差异，但内层花瓣明显比正常花的花瓣小、且碎(图4);无论正常花还是畸形花，内层花瓣均有源自雄蕊的痕迹，表现在花瓣基部有花丝的形状和颜色(图4)。由此说明，低温是导致切花月季‘芬得拉’品种花朵过度重瓣化而形成畸形花的主要原因，且过度重瓣的花瓣源自雄蕊瓣化。

图3 不同温度条件处理下月季切花品种‘芬得拉’形成畸形花的比例

图4 正常花花瓣(A1、A2)和畸形花花瓣(B1、B2)

对3个温度条件下完成花芽分化的切花月季品种‘芬得拉’的花器官数量进行统计分析发现萼片和雌蕊几乎没有变化，而花瓣和雄蕊变化显著(表1)。并且，花芽分化期间，在一定温度范围内表现出温度越低，花瓣数越多、雄蕊数越少的趋势(表1)。C处理条件下花芽分化的花朵，相比A处理条件下花瓣数量显著增加，增加了约20瓣，雄蕊数量则相应减少了21个，而B处理条件下花芽分化的月季，其花瓣数和雄蕊数处于中间(表1)。由此说明，低温影响了花瓣和雄蕊的发育进而导致花瓣过度重瓣化的发生。

表1 不同温度条件下切花月季花器官数量

2.2 常温和低温条件下切花月季‘芬得拉’花器官发育进程比较

切花月季‘芬得拉’的花单生于新稍顶部，花芽分化由外向内依次为萼片、花瓣、雄蕊及雌蕊。切花月季花器官发育分为5个时期:萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期和分化完成期，并分别比较常温和低温条件下各时期的差异。

萼片原基分化期:A组萌芽后约第8天，C组萌芽后约第30天开始，生长锥顶部变宽，在其周围形成突起为萼片原基(图5)，并逐渐伸长最终发育为花萼。该时期A组和C组切花月季‘芬得拉’花芽直径大致相同(表2)。

图5 A处理下萼片原基分化期(A1)和C处理下萼片原基分化期(C1)

花瓣原基分化期:A组萌芽后约第10天，C组萌芽后约第34天，随着萼片原基的发育，在其内表皮下的细胞开始分裂，产生新的突起，即花瓣原基(图6)。与此同时，花托部位开始膨大，在先形成的小花瓣内侧又产生多轮花瓣原基，花瓣原基的数量不断增加，并不断向上延伸扩展为花瓣。该时期A组和C组切花月季‘芬得拉’花芽直径大致相同(表 2)。

图6 A处理下花瓣原基分化期(A2)和C处理下花瓣原基分化期(C2)

雄蕊原基分化期:A组萌芽后约第13天，C组萌芽后约第40天，在花瓣原基继续分化的同时，其内侧基部表皮下细胞分裂又形成新的柱状突起，即为雄蕊原基(图7)，雄蕊原基不断伸长并由上至下依次分化多轮雄蕊原基，最终发育成雄蕊群。此后，花瓣原基和雄蕊原基同时分化，形成重瓣花，雄蕊、花瓣、萼片均着生在花托筒周边形成典型的周位花。该时期A组和C组条件下的花芽略有不同，通过花芽纵切观察，A组花芽约发育了8片花瓣原基后开始雄蕊原基分化(图7A3)，而C组花芽约发育12片花瓣原基后开始雄蕊分化(图7C3);同时在该时期C组花芽直径比A组要大(表2)。由此推断，低温从该时期开始影响切花月季‘芬得拉’的花芽分化。

图7 A处理下雄蕊原基分化期(A3)和C处理下雄蕊原基分化期(C3)

雌蕊原基分化期:A组萌芽后约第16天，C组萌芽后约第46天，随着花瓣原基和雄蕊原基分化，在生长锥的顶部形成突起，即为雌蕊原基(图8A4、A5、C4、C5)，随后雌蕊原基逐渐布满整个花生长锥(图8A6、C6)。此时，萼片上部分离，花蕾肥大，花瓣由外向内逐渐变白，花芽分化趋于完成。该时期C组花芽直径明显比A组花芽直径大(表2)，同时花瓣数量也较A组多(图8A6、C6)。

表2 切花月季花芽分化期与花芽直径的关系

分化完成期:A组萌芽后约第25天，C组萌芽后约第65天，三角形萼片原基下部加宽互连，上部伸长弯曲，形成5个卵状披针形的萼片紧包花蕾;花瓣原基先伸长后增宽，相互覆盖，形成许多倒心形的花瓣;雄蕊原基向上伸长，顶端膨大形成花药，下部形成花丝即为雄蕊，并且内层的雄蕊发生瓣化现象;雌蕊原基先行伸长生长，延伸至花托之外，顶端形成柱头，中部是花柱，下部膨大形成卵形的子房，雌蕊分化结束(图9)。由上述可见，A组切花月季‘芬得拉’花芽分化持续时间约17 d，而C组约35 d，低温使切花月季‘芬得拉’花芽分化持续时间延长。同时，低温处理下花芽分化完成期的花芽直径比常温下的花芽直径大(表2)。由此说明，低温使花芽分化持续时间延长进而导致切花月季‘芬得拉’花瓣过度重瓣化。

3 结论与讨论

不同植物的成花有其一定范围的温度需求，温度过低或过高都会抑制花的分化与发育[8]。Zieslin[9]研究表明，月季最适宜的生长温度范围是18～30℃，而最适宜的花芽分化温度与品种有关。本研究选用切花月季‘芬得拉’，观察了日温/夜温分别为25℃/15℃、20℃/10℃和15℃/5℃ 3种条件下花朵成花情况，发现畸形花的比例分别为2%、36%和88%。可见，25℃/15℃是‘芬得拉’品种较为合适的花芽分化温度，这也表明，只有花芽分化最低温度高于10℃才有可能避免畸形花的出现，生产出高质量的切花。进一步对低温导致的畸形花花器官进行分析，在一定范围内，温度越低，花瓣数越多，而雄蕊数相应减少，且内层花瓣上有雄蕊的痕迹。这既表明了月季的重瓣和过度重瓣都是源自雄蕊[11]，也符合蔷薇科植物的基本特征[12－13]。

影响花芽分化的因素主要有植物本身的生物学因子与外界环境条件两个方面。本研究比较了常温(25℃/15℃)和低温(15℃/5℃)2种温度条件下切花月季‘芬得拉’花芽分化进程，切花月季花芽分化由外向内划分为5个时期，依次为萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期及分化完成期。这与蔷薇属已有报道的小姊妹月季[4]、玫瑰[5]、单叶蔷薇[6]花芽分化研究结果相似。低温条件下雄蕊原基分化期和雌蕊原基分化期较常温条件下推迟，整个花芽分化持续时间延长。其结果也与 Douglas et al.[10]1991 年提出的月季在低日温(＜17℃)和低夜温(＜14℃)条件下花芽分化和花器官发育推迟的结论相同。

图8 A处理下雌蕊原基分化期(A4、A5、A6)和C处理下雌蕊原基分化期(C4、C5、C6)

同时，本研究比较了常温和低温条件下花器官发育各时期的形态，结果表明，萼片原基开始分化时和花瓣原基开始分化时花芽大小基本相同，但在雄蕊原基开始分化时，常温条件下花芽约发育了8片花瓣原基，而低温条件下花芽约发育了12片花瓣原基，同时在该时期低温条件下花芽直径比常温条件下大;在雌蕊原基分化期，低温条件下花芽直径明显比常温条件下大。可见，低温诱导的切花月季‘芬得拉’花瓣过度重瓣化发生在雄蕊原基开始分化以后，具体表现是花瓣原基数量增加和花芽体积增大的结果。其结果与 Harris et al.[1]1969年提出的低温不仅会影响植物花芽分化进程，而且会通过影响花瓣和雄蕊等花器官的发育造成植物花朵畸形的结论一致。综上所述，低温通过推迟雄蕊原基和雌蕊原基的分化进程以及延长整个花芽分化持续时间而导致花瓣过度重瓣化。其低温下雄蕊如何瓣化成雄蕊的机制有待进一步深入研究。

图9 A处理下分化完成期(A7)和C处理下分化完成期(C7)

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