大葱花芽分化过程及形态特征变化

杨国栋 李 娜 贾俊香 田 云 蒋欣陶 崔连伟

（辽宁省农业科学院蔬菜研究所，辽宁沈阳 110161）

大 葱（Allium fistulosumL.var.giganteumMakino）是典型的绿体春化型蔬菜作物，营养体大小适宜，满足一定时间低温条件才能通过春化继而抽薹开花（张启沛 等，2008）。其开花条件的特殊性，给大葱育种研究和栽培生产造成诸多障碍。在育种中，大葱资源种株收获后需经过冬储低温春化，第2 年才能抽薹开花获得种子，严重延缓了育种进度（王国华 等，2012）；在生产中，如品种选择不当，苗期遭遇低温，先期抽薹会严重降低大葱品质（任志伟 等，2009）。明确大葱花芽分化过程及形态特征，系统开展大葱抽薹开花机理和调控机制研究是有效解决上述问题的关键基础。

目前，关于植物花芽分化过程及形态学研究的报道较多，如草莓（李荣飞 等，2020）、百合（郭蕊 等，2006；刘芳 等，2013）、大白菜（惠麦侠 等，2003）、甜瓜（郝敬虹 等，2007）、萝卜（张慧蓉等，2010）等，多数采用石蜡切片法、电镜扫描法进行形态解剖观察，将花芽分化过程分为4～6 个时期，并对花芽分化初始的形态特征进行详细描述。而葱属蔬菜作物相关研究较少，有报道的只有大蒜（Kamenetsky &Rabinnowitch，2001；吴泽秀 等，2019）和洋葱（Jones &Emsweller，1936；Kamenetsky，1997；Lakshmi et al.，2017），鲜见大葱花芽分化过程及形态特征的研究报道。本试验以不同抽薹性大葱品种为试材，采用徒手解剖法并借助体式解剖镜对大葱花芽分化过程进行观察和拍照，详细描述了各分化时期的形态特征及变化，旨在为深入开展大葱抽薹开花机理研究及大葱育种、栽培实践提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验选用2 个不同抽薹性大葱品种，易抽薹品种辽葱5 号，种子来源于辽宁省农业科学院蔬菜研究所；耐抽薹品种天光一本，种子来源于日本武藏野株式会社。

1.2 方法

2019 年4 月10 日将2 个大葱品种播种于本所试验基地连栋温室，5 月16 日（葱苗3 叶期）筛选大小一致的壮苗移栽至营养钵（直径13 cm，高12 cm），营养土配方为土、有机质和草炭（体积比4∶1∶2），每个营养钵移栽5 株，田间正常管理。

6 月20 日（葱苗5 叶期），将营养钵移至人工气候箱（型号：Panasonic MLR-352H-PC）进行低温春化处理，根据前期筛选试验结果，适宜低温春化的环境条件设定为：光照强度6 000 lx，光照周期昼10 h/夜14 h；温度昼8 ℃/夜5 ℃，湿度65%。每7 d 浇水1 次（根据土壤水分情况调整），隔次叶面喷施0.2%的磷酸二氢钾溶液。在低温春化处理过程中每5 d 取样1 次，每次每个品种20株。将植株洗净吸干水分后小心剥离外层叶片，肉眼无法看清时，置于Olympus-SZX7 双目体式解剖镜下用解剖刀（比解剖针更容易控制）继续剥离，观察每个品种植株茎尖生长点的分化状态并拍照记录，直至茎尖组织无法再次分离。当取样植株全部转为生殖生长后（总苞完全闭合），将这个品种全部放入另一个人工气候箱（型号同上）进行常温抽薹处理。根据前期筛选试验结果，适宜抽薹的环境条件设定为：光照强度10 000 lx，光照周期昼14 h/夜10 h，温度昼25 ℃/夜18 ℃，湿度65%。每5 d 浇水1 次（根据土壤水分情况调整），隔次施水溶性高钾复合肥（N-P-K 为20-10-30+TE）。取样时间和处理方法同上，小心将总苞外部叶片去除，在Olympus-SZX7 双目体式解剖镜下用解剖刀剥离总苞包片，观察花序、花原基、花器官的分化形态并拍照记录；当花被片闭合后，用解剖刀拨开花被片，观察雄蕊、心皮和雌蕊分化形态并拍照记录，直至每个品种植株总苞开放，小花成熟。

以低温处理开始作为第1 个时期的初始日期。以后每个时期以取样20 株中60%达到这个分化时期的初始形态时，定为这个分化时期的初始日期，下一时期的前一天为这个分化时期的结束日期。

2 结果与分析

供试2 个不同抽薹性大葱品种的花芽分化过程及解剖形态特征变化基本一致，均可分为4 个时期：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。

2.1 诱导感应期

低温春化处理前期，大葱植株感应低温短日照条件，体内春化物质开始积累，但外部形态未见明显变化，植株生长缓慢，茎尖分生组织始终保持叶芽分化状态。营养生长锥呈马蹄形凸起，高出的半圆弧形部分是叶原基，中间较平的部分是茎尖分生组织（图1-A）。随着叶原基发育伸长，茎尖分生组织膨大凸起（图1-B），逐渐被外侧发育较快的叶原基所包裹，呈类似心形或半圆形（图1-C），最后被完全遮挡。被包裹的营养生长锥开始新一轮叶原基分化，新叶原基出现的位置在先形成的上一级叶片对面。随着营养生长锥不断分化及叶片生长发育，老叶、新叶相继对向从假茎的出叶孔露出。观察发现，辽葱5 号、天光一本诱导感应期分别为20 d 和35 d。

2.2 花芽分化初期

随着低温春化处理时间延长，2 个品种外部形态出现明显差异。辽葱5 号植株老叶逐渐变黄萎蔫，假茎增粗且基部明显膨大，而天光一本植株新老叶片保持绿色正常生长，假茎增粗但未见基部膨大。在低温处理20 d 左右，辽葱5 号茎尖分生组织膨大隆起，呈半球状，其下半部被1 层膜状组织结构包裹（图1-D）。将上一级叶原基剥掉，可见中央半球形凸起的环状体（图1-E），外环即为总苞包片原基，此时，植株茎尖分生组织从营养生长转变为生殖生长，标志着大葱形态上的花芽分化已经开始。辽葱5 号、天光一本花芽分化初期持续的时间都在10 d 左右，且2 个品种花芽分化初始形态特征基本一致。

2.3 花序原基和花原基分化期

此阶段2 个品种植株外部形态与上个时期的末期相近，植株缓慢生长。环状生殖生长锥基部直径增加，位于外侧的环状总苞包片发育快于内侧，慢慢包裹生殖分生组织，形成倾斜的总苞包片愈合面，在总苞基部可见平坦的肥厚组织，为花茎侧芽叶原基（图1-F）。总苞包片逐渐愈合，外观颜色加深变绿，同时基部开始伸长抬高（图1-G、H），花茎形成，在花茎基部可见花茎侧芽的叶原基分化成形（图1-I）。在总苞包片闭合过程中，包片内部生殖生长锥逐渐分化隆起，形成圆锥形的花序原基，当总苞包片闭合且花茎伸长至2～3 mm 时，花序原基表面分生出多个膜泡状凸起的小花原基（图1-J），然后花序原基和花原基同时分化，圆锥形的花序原基体积逐渐增加，其表面的花原基数量也逐渐增多，布满整个花序（图1-K）。此阶段花序原基先分化，然后花序原基和花原基同时分化，2 个时期存在部分重叠，归为1 个时期比较适宜，为了统一标准，可将总苞原基闭合或即将闭合作为这一分化时期的开始。辽葱5 号和天光一本花序原基和花原基分化期持续时间都在15 d 左右，相对来说，耐抽薹品种天光一本持续的时间略长。

2.4 花器官分化期

当人工气候箱设置为大葱适宜生长条件后，辽葱5 号植株老叶逐渐脱落，新叶迅速生长，叶色深绿且粗壮，天光一本叶片生长速度加快，老叶蜡粉增多。去除外层叶片，肉眼见花茎伸长至3～5 mm时，体式解剖镜下轻轻剥离总苞包片，可见花原基表面中央出现凹陷，扁平加宽，呈明显的三角形，当花茎伸长至5～10 mm 时，花序轴上部每个花原基三角形的顶点处按一定规律先后形成1 个扁圆形的外层花被片原基和被其包裹的球形外层雄蕊原基（图1-L），标志花器官分化开始启动。在单个三角形花原基的上部边缘，先分化第1 个外层花被和雄蕊，第2、3 个外层花被和雄蕊逆时针方向发育，而内层花被和雄蕊晚于外层发育且呈反向的顺时针方向，通常在第1 和第2 个外层花被和雄蕊之间先分化出第1 个内层花被和雄蕊，第2 和第3 个内层花被和雄蕊则按顺时针方向相继出现在3 个外层花被和雄蕊的间隔处（图1-L）。当外层、内层花被和雄蕊成形之后，花原基中央处出现隆起，心皮原基开始分化（图1-M）。总苞露出叶孔前，由于花序轴上部的花原基分化较早，花被片先闭合形成小花雏形，而下部小花的花被和雄蕊刚刚开始分化（图1-N）。总苞露出叶孔后，花茎生长抬高，随着总苞内部小花的花被合拢及雄蕊发育，心皮逐渐成形并在中间分化出雌蕊原基（图1-O），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（图1-P）。由于花序轴上部花原基分化较早，最先开花，当顶端30%小花开放时花器官分化进入末期。花器官分化期时间较长，需要30 d 左右的时间，供试2 个品种在这一时期的持续时间相差不大。

3 讨论与结论

3.1 大葱花芽分化的初始形态特征

花芽分化是指植物茎尖分生组织由营养生长分化产生叶片转变为生殖生长形成花序、花器官的过程（Bäurle &Dean，2006），不同植物的花芽分化过程和形态特征变化也可能存在很大差别（张军莉 等，2020）。相比较而言，大葱花芽分化的初始形态特征与洋葱和大蒜相似。Kamenetsky（1997）和Lakshmi 等（2017）采用电镜扫描法对洋葱花芽分化的形态特征进行观察，将总苞包片闭合后，茎尖分生组织明显变大，外围出现凸起，分化出外围花原基，并在中央形成多个分化中心，形成伞状花序作为花芽分化开始的标志。吴泽秀等（2019）采用电镜扫描法和荧光体式显微镜解剖法进行观察，将大蒜总苞包片闭合后，营养生长锥转变为基部加宽、表面有沟槽的花序雏形作为花芽分化开始的标志。本试验采用徒手解剖法并借助体式解剖镜观察发现，大葱茎尖营养生长锥转变为中央凸起的环状体时，总苞包片原基已经形成，标志着生殖生长已经开始，而且特征明显，易于辨认，可以作为大葱花芽分化的初始形态标志。

3.2 大葱花芽分化过程

通常花芽分化的过程大体可以分为5 个分化时期：诱导感应期、花芽分化初始期、花器官分化期、花器官发育期和开花期（（Nard &Hertogh，1993）。不同学者对花芽分化时期的划分有很大区别。Jones &Emsweller（1936）、Kamenetsky（1997）将洋葱花芽分化分为花序分化期和花的发育两个阶段，对花芽分化时期的划分过于笼统。宁云芬等（2008）将百合花芽分化过程分为5 个阶段：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。吴泽秀等（2019）将大蒜花芽分化过程划分为4 个时期：未分化期、总苞和花序原基分化期、小花原基分化期（包括小花原基、苞片和珠蒜原基分化）以及花器官原基分化期（包括花被片、雄蕊和雌蕊原基分化），这些研究对不同蔬菜作物的花芽分化过程进行了细致划分，并将分化重叠的时期进行了归类，相对科学合理。本试验参照上述作物花芽分化时期划分方法，根据大葱花芽分化关键时期的解剖形态特征，将大葱花芽分化过程划分为4 个时期：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。同时详细描述了每个时期植株表观形态、茎尖解剖形态的特征和变化，并统一界定了每个时期起始的标志性形态特征，可为进一步开展大葱春化、抽薹开花等相关研究提供理论依据。

3.3 不同大葱种质花芽分化过程及形态特征的差异

实际观察中，易抽薹品种辽葱5 号和耐抽薹品种天光一本的花芽分化过程及形态特征变化基本一致。但易抽薹品种辽葱5 号在低温处理20 d 达到花芽分化初期，比耐抽薹品种天光一本早15 d 左右，而花芽分化初期、花序原基和花原基分化期、花器官分化期持续时间相近，说明大葱抽薹性主要取决于花芽分化时间早晚，且耐抽薹大葱品种花芽分化所需的条件更苛刻。任志伟（2010）、董殷鑫（2016）的研究表明，不同抽薹性大葱花芽分化的早晚与苗龄大小、低温要求及持续时间有关。也有研究表明洋葱的抽薹开花除与品种、植株大小、低温持续时间有关外，还与外源激素和肥力相关（陈微 等，2020）。具体大葱是如何感应外界环境刺激继而抽薹开花的机理机制目前尚不明确，有待进一步研究。试验中还发现，在花芽分化初期易抽薹品种辽葱5 号植株老叶逐渐变黄萎蔫，假茎增粗且基部明显膨大，而耐抽薹品种天光一本植株叶片保持绿色正常生长，假茎增粗但未见基部膨大，说明不同抽薹性大葱品种对低温诱导的响应机制也存在明显差异，需进一步研究。

2019 年2 个不同抽薹性品种移栽人工气候箱后剩余的葱苗定植露地试验田，秋季收获后放入低温贮藏库进行自然低温春化处理，2020 年春季定植塑料大棚，从低温春化处理至抽薹开花定期观察花芽分化的形态特征，最后证实大葱成株和苗期的花芽分化过程及形态特征变化基本一致。相比较，成株植株茎尖生长锥较大，更容易观察，花序轴上花原基数量是苗期的2～3 倍，第2 年返青后抽薹开花速度更快，开花时花球大且饱满，小花数量较多。但自然条件下大葱花芽分化过程较长，从花芽分化初期到花器官分化末期需6～7 个月，而在本试验人工设定的环境条件下可缩短至2～3 个月。

本试验采用徒手解剖法并借助体式解剖镜清晰观察到大葱花芽分化过程及形态特征变化，与石蜡切片法和电镜扫描法相比，具有成本低、简单、高效等优点。试验中虽人工控制了低温春化和抽薹开花条件，环境条件相对稳定，但选用大葱品种较少，不同大葱品种、不同环境条件下花芽分化过程及形态特征变化是否存在区别还需进一步观察验证。