不同光周期下馥郁滇丁香 ‘香妃’的成花反应以及花芽分化进程的解剖学研究

万友名，马 宏，赵振刚，李太强，刘雄芳，刘秀贤，李正红

(中国林业科学研究院 资源昆虫研究所，昆明 650224)

馥郁滇丁香(Luculiagratissima)为茜草科(Rubiaceae)滇丁香属(Luculia)常绿灌木或乔木，分布于中国西南部的西藏高原东南边缘以及毗邻尼泊尔和缅甸的地域，自然花期在8～12月[1]。本属植物具花期长、花色艳丽芳香、花序大且密集、四季常绿、叶片翠绿光亮、株型美观等特性[2-3]，是一种具有较高观赏价值的新兴多年生木本花卉。目前，中国林业科学研究院资源昆虫研究所已从馥郁滇丁香野生种群的突变单株中选育出1个优良无性系，并于2018年4月以‘香妃’(证书号：云林园植新登第20180006号)为名，在云南省林业厅园艺植物新品种注册登记办公室注册登记成新品种。有关馥郁滇丁香的研究仅见在分子标记[1]、花香化合物成分分析[4]、花部形态及花粉管萌发特性[5]等方面报道。而对于商品化生产至关重要的花期调控的相关研究尚未见报道，甚至在本属植物的其他几个种中也无相关报道。

成花是植物生活史中的一个重要发育过程。目前，在一些一年生的植物中，如拟南芥(Arabidopsisthaliana)和水稻(Oryzasativa)，成花的机理已基本探明[6]，而多年生的木本植物仍不太清楚[7]。大量的研究表明，植物的成花是由许多复杂的调控途径所控制，这些途径主要包括光周期途径、春化途径、自主途径、赤霉素途径及年龄途径等[8]。对于光周期敏感的植物，光周期是控制成花的主导因素，因此，光周期调控也就成为了花期调控的重要手段之一。研究表明，同一种植物的不同品种间都可能存在光周期作用类型的不同[9-10]。因此，在对一个新培育品种进行产业化栽培之前，系统掌握其成花的光周期反应特性，对优化花期调控的数字化模型以及合理安排生产具有重要的指导意义。另外，花芽分化特性研究是花期调控的基础，掌握花芽分化特性对花卉的生产具有同等重要的指导意义。通过了解花卉的花芽分化特性，可采取相应的栽培管理措施来控制花芽分化的时期、数量和质量，为生产高品质的花卉奠定基础[11]。馥郁滇丁香‘香妃’，系本课题组前期根据其自然花期所处的时节将其假定为短日照植物，并采用暗中断法对其进行处理，结果发现，午夜4 h暗中断能一直抑制馥郁滇丁香‘香妃’的成花。而此结果正是一些短日照植物所具有的特性。然而，馥郁滇丁香‘香妃’是否属于短日照植物，目前系统的研究在国内外尚未见报道。本研究以馥郁滇丁香品种‘香妃’为试验材料，通过人工设置不同的光周期及采用迁光法[12]对其进行处理，并采用石蜡切片法对诱导和非诱导光周期条件下的花芽形态分化进程进行观察，以期系统地掌握馥郁滇丁香‘香妃’的成花光周期效应及花芽形态分化特征，为商品化生产中的花期调控及高品质盆花栽培奠定基础。

1 材料和方法

1.1 材 料

试验材料的准备参照Ren等[13]的方法。于2016年12月15日从馥郁滇丁香‘香妃’植株上采集具2个茎节且带有顶芽的枝条进行扦插。生根的苗木移栽至花盆并置于温室中培养。为防止短日照对幼苗的诱导，当幼苗新长出2～3个茎节时，去除所有植株的顶端分生组织，并置于高压钠灯补光的暗中断温室中培养(22:00～2:00，暗中断4 h)。同时，为考虑分生个体发育年龄可能对成花产生的影响[14]，在自然环境中放置部分植株设为对照，并以对照出现花芽分化的时间作为各项光周期试验处理的起始时间。

1.2 方 法

1.2.1不同光周期下的成花反应参照胡惠蓉等[15]、王琴等[16]的方法设置不同的光周期处理。采用黑白膜遮光、白炽灯补光营造出光照/黑暗分别为16 h/8 h、14 h/10 h、12 h/12 h、10 h/14 h、8 h/16 h的光周期环境，试验棚内植株顶部的光照强度为1.8～2.3 μmol·m-2·s-1。于2017年8月10日(部分对照植株开始出现花芽分化)，从4 h暗中断环境中选取栽培容器口径为18 cm的盆栽植株移入不同光周期处理环境中，每处理30盆。供试植株每株分枝长度大于5 cm的分枝数一致。每隔3～5 d 观察记录成花的植株数、单株花序数及花朵数、处理起始至单株现蕾天数和第一朵花开放的天数。

1.2.2诱导光周期下处理不同时间的成花反应采用迁光法进行处理。从4 h暗中断环境中选取栽培容器口径为20 cm的盆栽植株移入光照/黑暗为10 h/14 h的光周期中处理，分别处理5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60 d后又将植株移回到4 h暗中断环境中，每处理30盆。供试植株每株分枝长度大于5 cm的分枝数一致。每隔3～5 d 观察记录成花的植株数、单株花序数及花朵数、处理起始至单株现蕾天数和第一朵花开放的天数。

1.2.3诱导与非诱导光周期下花芽分化进程的形态观察将4 h暗中断环境中培养的盆栽植株移入光照/黑暗为10 h/14 h的光周期环境中处理。自处理开始，每隔3～5 d随机选取10株植株采集主枝上的顶芽1个，并将每个时间点采集的10个顶芽立即用FAA固定。与此同时，每次采用相同的方法从4 h暗中断环境中培养的植株上采集10个顶芽用FAA固定液固定。采样自处理开始至花朵开放。经FAA固定的材料，采用常规石蜡切片法制片，切片厚度8～10 μm，番红-固绿染色，中性树胶封片，Nikon Eclipe E800型光学显微镜观察、拍照。

1.2.4数据处理采用Excel 2010 进行数据处理，SPSS 16.0 软件进行方差分析和Duncan多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同光周期下的成花反应

16 h/8 h光周期处理下一直没有植株成花，表明该光周期为馥郁滇丁香‘香妃’的非诱导光周期。其余4个光周期都能不同程度地诱导馥郁滇丁香‘香妃’成花(表1)。从植株成花上看，14 h光照处理下，有10%的植株成花；当光照长度为12 h时，处理的植株能全部成花。由此说明，馥郁滇丁香‘香妃’属于短日照植物，其临界日长约为14 h。从现蕾和始花时间上看，4个诱导光周期间均无显著差异，说明‘香妃’的小花一旦在诱导光周期下诱导启动，其发育不受光照长短的影响。另外，观察发现，植株在16 h/8 h的非诱导光周期下处理的时间超过4个诱导光周期下的始花时间2倍之后，仍处于营养芽状态(图版Ⅰ，A)，因此，按Damann等[17]对植物光周期作用性质的判断标准，可将馥郁滇丁香‘香妃’判定为质性或专性短日照植物。从单株的花序和花朵形成上看，随着光照长度的缩短，其数量逐渐增多，并在12、10 h光照长度下达到最多，且二者间无显著差异，随后在8 h的光照长度下降低，表明并非光照长度越短越有利于花序和小花形成，而只有在适宜的光照长度下才有利于花序和小花的形成。此外，在14 h光照长度下的花序数和花朵数的平均值均小于其标准差，说明馥郁滇丁香‘香妃’在该光照长度下诱导不够充分，从而造成植株间的花序和花朵数差异较大。因此，由以上分析可知，馥郁滇丁香‘香妃’成花的适宜光照长度为10～12 h。

2.2 诱导光周期下处理不同时间的成花反应

由诱导光周期(光照/黑暗为10 h/14 h)处理了不同时间的植株，移到非诱导光周期(4 h暗中断)中后，植株的成花存在着显著的差异(表2)。从植株的成花上看，随着诱导光周期处理的时间延长，成花植株的比率逐渐升高。当处理时间达到30 d以上时，处理的植株全部成花。从现蕾时间和始花时间上看，在诱导光周期下处理10 d以上的各处理中，均无显著差异，说明小花一旦在诱导光周期下诱导启动，其发育不受光周期处理时间长短的影响；从花序和花朵的形成上看，当诱导光周期处理10 d时，花序数和花朵数的平均值均小于其标准差，说明诱导光周期处理10 d，由于诱导的时间太短，植株间花序和花朵形成的数量差异较大。随后，随着诱导光周期的处理时间延长，花序数和花朵数均逐渐增多，并且在处理时间达到30 d以上的各处理间均无显著差异，表明馥郁滇丁香‘香妃’的限界性诱导光周期为30 d短日照。另外，观察发现，植株在诱导光周期下处理5～25 d后移入非诱导光周期中，部分顶芽会发生成花逆转现象，即单个顶芽上簇生出多个具狭小叶片的营养芽(图版Ⅰ，C)，或花序上的小花花蕾停止发育，苞片和萼片变绿，呈叶片状(图版Ⅰ，D)。

表1 不同光周期对馥郁滇丁香‘香妃’成花的影响

注：同一列中不同小写字母表示数据间差异显著(P=0.05)。下同

Note: The data followed by different normal letters within the same column are significantly different at 0.05 level. The same as below

2.3 诱导与非诱导光周期下花芽形态分化进程

2.3.1花序的形态特点馥郁滇丁香‘香妃’为伞房状聚伞花序，顶生于枝上(图版Ⅰ，E、F)。总花序的基部具一对对生的叶状总苞片，呈卵状披针形。花序梗的主轴顶端具3朵小花，在主轴的两侧对生出次级花序梗或小花，在次级花序梗上又对生出下级花序梗或小花。在每级次级对生花序梗或小花基部都具一对对生的叶状苞片，呈线形，3～4朵小花着生在小花序梗的顶部，并在花柄着生处具1对对生的叶状线形苞片(图版Ⅰ，E)。观察发现，在同一单株上有的花序花朵数多，而有的花序花朵数少，造成这种差异的原因在于，花朵数较少的花序在其主轴两侧对生出的次级花序梗少，或者无次级花序梗，直接在花序主轴上着生小花；花朵数较多的花序在其主轴两侧则对生出许多的次级花序梗。

2.3.2花芽分化时期及特征花芽分化时期的划分以花序中顶花各时期的原基出现为标准。根据观察的结果，将馥郁滇丁香‘香妃’的花芽分化时期划分为6个时期。

(1)未分化期：生长锥顶端狭小，呈尖圆锥形，分化的原基分生细胞体积较小，排列紧密，细胞质浓。生长锥由其外周的分生组织不断分化出的叶原基包围(图版Ⅰ，G)。

(2)总苞原基分化期：生长锥顶端的细胞群渐平渐宽地分裂，生长发育成半球形，此时期是营养生长向生殖生长转变的重要标志(图版Ⅰ，H)。随后，半球状的生长锥不断加宽生长，并在生长锥的两侧隆起形成2个突起，即总苞原基(图版Ⅰ，I)。

(3)花序或小花原基分化期：总苞原基内部的生长锥表面隆起形成3个半球形的突起，即次级花序原基或小花原基。同时，在苞片原基的外侧基部分化出侧花序原基(图版Ⅰ，J)。3个半球形的花序原基继续伸长和加宽生长并且相互分离，随后，在每个花序原基的两侧突起分化出苞片原基。处于此时期的花序原基可有2个发育方向，一个是苞片原基内的单个花序原基表面隆起形成3个次级的花序原基(图版Ⅰ，K)；另一个是，苞片原基内的单个花序原基逐渐加宽生长并变成顶端变平的小花原基(图版Ⅰ，L)。从整个花序的发育进程来看，顶花序原基的发育早于侧花序原基(图版Ⅰ，J)。

(4)花被原基分化期：在小花原基顶部的平面周缘处隆起形成5个突起，即萼片原基。从纵切面上仅能观察到2个萼片原基(图版Ⅰ，M)，从花蕾上可明显看到5个宿存的萼片(图版Ⅰ，D)。紧随萼片原基发生之后，在萼片原基内侧的基部逐渐隆起形成花瓣原基(图版Ⅰ，N)。

表2 光照/黑暗为10 h/14 h的光周期诱导不同天数对馥郁滇丁香‘香妃’成花的影响

表3 诱导和非诱导光周期下馥郁滇丁香芽的形态分化进程

注：随机选10株植株，每株选1个主枝顶芽观察

Note: Ten plants were randomly selected, one terminal bud of the main shoot from each plant was observed

(5)雄蕊原基分化期：在花瓣原基的内侧突起形成雄蕊原基。从纵切面仅能观察到2个雄蕊原基(图版Ⅰ，O)，而从发育完全的花朵上可观察到5个花粉囊。

(6)雌蕊原基分化期：最初，在小花原基凹陷处的中央底部处隆起1个突起，即花柱原基(图版Ⅰ，P)。随后，在子房中央的胎座上出现一群分裂活跃的细胞群，即胚珠原基(图版Ⅰ，Q)，胚珠原基进一步发育为成熟的胚珠(图版Ⅰ，R)。

2.3.3诱导与非诱导光周期下芽的形态分化进程观察结果表明(表3)，在光照/黑暗为10 h/14 h的诱导光周期下，处理7 d，全部植株处于营养生长期；处理10 d，3/10的植株处于总苞原基分化期；处理30 d，全部植株处于花被原基形成期，从外形上可明显观察到芽体膨大呈圆锥形(图版Ⅰ，B)，此形态为花芽分化的最初外观表征；处理55 d，内部形态全部处于花器官完整形成期，外形上处于花蕾尚未伸出萼片的现蕾期；处理86 d，全部植株达到花朵开放期；在4 h暗中断的非诱导光周期下，全部植株的芽一直处于营养生长的未分化期(图版Ⅰ，A、G)，甚至在其处理时间超出诱导光周期下始花时间2倍之后，仍处于营养芽状态。以Damann等[17]的判断标准，可再次证实馥郁滇丁香‘香妃’为质性或专性短日照植物。

3 讨 论

3.1 花序及花朵分化的特点

许多研究表明，花序型植物的花芽分化时期依次为总苞原基、花序原基、小花原基、萼片原基、花瓣原基、雄蕊原基、雌蕊原基7个时期，如山鸡椒(Litseacubeba(Lour.)Pers.)[18]、桂花(Osmanthusfragrans)[12, 19-21]、金边瑞香(Daphneodoravar.marginataMak.)[22]、‘地平线’天竺葵(Pelargoniumhortorum‘Horizon’)[16]等；单生花的花芽分化时期依次为苞片原基、萼片原基、花瓣原基、雄蕊原基、雌蕊原基6个时期，如杏李(Prunussalicina×armeniaca)[23]、单叶蔷薇(Rosapersica)[24]、草原龙胆(Eustomagrandiflorum)[25]等。在本试验中，馥郁滇丁香‘香妃’属于花序型植物，其分化的规律与报道的花序型植物基本一致。值得一提的是，馥郁滇丁香‘香妃’的花序原基可分化成次级花序原基，也可分化成小花原基。然而，何种因素才能促使更多的次级花序原基分化，值得进一步研究，这对提高盆花花序的花朵数量具有重要的生产指导意义。另外，在整个花序的发育过程中，虽然花序中央顶部的花序原基分化早于侧花序原基，但是，整个花序中的花朵几乎同时开放，因此，侧花序的发育速度快于顶花序，这与‘厚瓣金桂’桂花的花序分化特点相似，保证了花序在开花时间上的同步性[21]。

3.2 光周期对成花效应的影响

植物需经过一定时期的营养生长后才能进入成花决定态，达到成花决定态的植物一旦在外界条件适宜的情况下就可启动花的发生，进而开始花的发育过程[26]。然而，如果环境条件不适应，植物可能从生殖生长又逆转回营养生长[27]。对于光周期型植物而言，有利的光周期诱导成花，而不利的光周期抑制成花或使成花发生逆转[28-29]。如Bougainvilleaxbuttiana‘Afterglow’品种开花的适宜日照长度为8～11 h，在长日照或短日照的暗期补光30 min能抑制其开花[30]。而在短日植物茼蒿(Chrysanthemummorifolium)中，短日照诱导15 d之后移入长日条件下，花序的中心花部位不形成花，而保持绿色，说明发生了逆转；如果在苞叶已经开始形成时移入长日条件下则无逆转发生，说明在苞叶开始形成之前，成花决定发生不彻底导致逆转发生[31]。在本研究中，当短日照诱导周期数少于30 d时，移入长日条件下则会发生花序和花的逆转，其中，花序逆转由花序原基或次级花序原基逆转成营养生长锥，而已分化出的苞片则逆转成叶片。只有当短日照诱导周期数大于30 d时，花序和花的决定才能完成彻底，并且才不会发生成花逆转。从花芽分化的进程可看出，短日照诱导30 d时，花芽外形呈膨大的圆锥形，然而，由于开花时间还受温度等因素影响，因此，在生产中，不可采用短日照诱导周期数来作为判断成花决定完成彻底的标准，而可采用该形态特征来作为判断标准。

综上所述，在馥郁滇丁香‘香妃’的花期调控中，在花芽尚未发育成膨大的圆锥形之前，一定要保证适宜的光周期连续诱导，直至花芽发育成膨大的圆锥形，否则，花序和花的逆转会降低盆花的成花效应。

图版Ⅰ 馥郁滇丁香‘香妃’的花芽分化形态特征
A～F.芽和花序不同发育时期的外部形态特征:A.营养芽；B.分化的芽；C～D.成花逆转；E～F.伞房状聚伞花序。BR.苞片。G～R.花芽分化不同时期的内部形态特征:G.未分化期，×100；H～I.总苞原基分化期，×200；J～K.花序原基分化期，×100，×200；L.小花原基分化期，×200；M～N.花被原基分化期，×200；O.雄蕊原基分化期，×200；P～R.雌蕊原基分化期，×200，×100，×100。
V.生长锥；LE.叶原基； BR.苞片原基；IN.花序原基；SI.侧花序原基；SF.小花原基；SE.花萼原基；PE.花瓣原基；ST.雄蕊原基；PI.雌蕊原基；OV.胚珠原基；PL.胎座。
Plate Ⅰ Morphology characteristics of flower bud differentiation in L. gratissima ‘Xiangfei’
A-F. The appearance characteristics in different phases of bud and inflorescence: A. Vegetative bud; B. Differentiated bud; C-D. Floral reversion; E-F. Corymbose cyme. BR. Bract.
G-R. The internal morphology characteristics in different phases of flower bud differentiation: G.Undifferentiation phase,×100; H-I. Bract primordium differentiation phase, ×200; J-K. Inflorescence primordium differentiation phase, ×100,×200; L. Small floral primordium differentiation phase, ×200; M-N. Perianth primordium differentiation phase,×200; O. Stamen primordium differentiation phase, ×200; P-R. Pistil primordium differentiation phase, ×200, ×100, ×100.
V. Vegetation cone; LE. Leaf primordium; BR. Bract primordium; IN. Inflorescence primordium; SI. Side inflorescence primordium; SF. Small floral primordium; SE. Sepal primordium; PE. Petal primordium; ST. Stamen primordium; PI. Pistil primordium; OV. Ovule primordium; PL. Placenta.