果樹花芽分化機理研究進展

楊盛，白牡丹，高鵬，郭黃萍

(山西省農業科學院果樹研究所/果樹種質創制與利用山西省重點實驗室，山西太原030031)

果樹花芽分化機理研究進展

楊盛，白牡丹，高鵬，郭黃萍*

(山西省農業科學院果樹研究所/果樹種質創制與利用山西省重點實驗室，山西太原030031)

花芽分化是由營養生長向生殖生長轉變的生理和形態標志。介紹了果樹花芽分化進程及形態特征、控制果樹花芽分化的學說及果樹花芽分化的分子機理。

果樹；花芽分化；分化進程；形態特征；機理

花芽分化是指植物莖生長點由分生出葉片、芽轉變為分化出花序或花朵的過程，是由營養生長向生殖生長轉變的生理和形態標志，由花芽分化前的誘導階段及之后的花序與花分化的具體進程所組成。一般花芽分化可分為生理分化、形態分化兩個階段。芽內生長點在生理狀態上向花芽轉化的過程，稱為生理分化；花芽生理分化完成的狀態，稱作花發端；此后，便開始花芽發育的形態變化過程，稱為形態分化。

1 果樹花芽分化進程及形態特征

花芽分化過程與樹體的營養生長有關。不同種類的果樹其花芽分化過程及形態指標各異，仁果類果樹花芽形態分化進程中，6月初以前處于未分化期，此期生長點狹小、光滑，生長點范圍內均為排列整齊的原分生組織細胞。6月初至6月中旬為花芽分化初期，生長點逐漸增大變圓，呈扁平的半球體，此時為控制花芽分化的關鍵時期，也稱為花芽分化臨界期。6月中旬至7月初為花蕾分化期，肥大隆起的生長點變的不圓滑，出現突起狀。蘋果的中心突起較早、體積也較大；梨的周邊突起較早，體積稍大，為側花原基。7月初至7月中旬為花萼分化期，花原基頂部先變平坦，中間部分相對凹入，周圍產生突起，為花萼原始體。7月中旬至7月下旬為花瓣分化期，在萼片原基內的基部發生突起體，即花瓣原始體。7月下旬至8月中上旬為雄蕊分化期，花瓣原始體內側基部發生的突起即雄蕊原始體。8月中旬至9月上旬為雌蕊分化期：在花原始體中心底部所發生的突起即雌蕊。花芽分化的數量和質量對于果樹的產量及品質有著重要的影響。果樹在由營養生長向生殖生長的轉化過程中受到許多因素的制約。

2 控制果樹花芽分化的學說

2.1 C/N學說

20世紀初得到廣泛試驗證實的C/N(碳/氮)學說，認為植物包括果樹體內糖類的積累是花芽分化的物質基礎，用碳和氮的比值來表示。當碳氮比高時，有利于花芽分化。許多國內外學者通過大量的試驗也證明了這一觀點，認為在同化養分也就是糖類物質不足的情況下影響花芽分化的正常進行[1-4]。人們針對特定碳氮比與成花關系開始研究表明，充足的碳水化合物不僅能為成花提供大量能量，也為代謝過程反應的進行提供能量保證[5-6]。關于不同氮素形態與成花關系的研究表明，氮素供應充足的條件下，銨態氮促進成花，硝態氮則抑制成花，不同種類的氨基酸對于成花的作用不同，即不同形態氮素在成花過程中的具體作用不同。C/N學說為成花生理過程的研究起到了推動作用[7-9]。

2.2臨界節位學說

臨界節數學說是1970年Abbott D.L.在蘋果花芽孕育研究中提出的，認為花芽孕育是在達到一定的節位后自發發生的過程，在花芽內的胚狀新梢上具有一定的臨界節數之后蘋果花芽開始進行形態分化。花芽能否形成由節位形成的間隔期決定。隨著研究的深入，許多果樹開花的臨界節位被找到，并對童期與臨界節位的關系以及促花措施與實生樹提早成花的機理展開了研究[11-12]。

2.3激素平衡學說

激素與成花關系的研究主要集中在單種激素與成花的影響和多種激素對成花關系的研究。眾多研究結果表明，激素對花芽分化的順利進行起著重要的調節作用。多數情況下，細胞分裂素(CTK)對成花有促進作用；赤霉素(GA3)在不同類型的植物體中對成花的作用有所區別，GAs對當年生植物有促進成花的作用，但對大多數果樹的成花具有抑制作用。在當年生植物組織中發現GAs的合成受到吲哚乙酸(IAA)的調控，在多年生植物上，IAA與GAs有著明顯的互作關系[13-18]。有研究表明，脫落酸(ABA)能夠促進成花。環剝能夠促進成花可能是由于阻斷了樹上部ABA通過韌皮部的向下運輸過程，加速根部的ABA和CTK合成以及通過木質部向上運輸，樹上部ABA和CTK形成一定濃度后，提前達到花誘導平衡狀態。也有研究表明，ABA誘導花芽分化可能是通過拮抗GAs，起到延緩莖的伸長作用而實現的。果樹花芽分化的各個時期都受到激素的調控，極易受到環境條件的影響，體內激素種類含量和激素之間平衡關系都會對花芽分化的進行產生巨大的影響[19-23]。

2.4基因啟動與花芽分化

遺傳基因控制論認為，植物所有的細胞都具有相同的遺傳密碼，且具有細胞全能性。但是細胞的表達卻不是在任意時期都表現的。比如控制花芽分化的基因，需要特定的外界刺激和內部各種生理調節后才進行表達。成花基因的相關研究有助于從根本上實現對成花過程的調控[24-27]。成花基因的啟動對成花過程起著根本作用，成花過程具有遺傳保守性，同時發現了一系列誘導花芽分化的基因(FT，SVP，SOC1，FLC等)。依據成花基因的同源性，可利用轉基因誘導不同種屬間植物開花[28-31]。然而，從基因啟動到最終的花芽形成是一個十分復雜的過程。對花芽分化關鍵時期重要代謝酶活性和成花相關蛋白的研究，更有助于了解花芽形成過程中的內部生理變化，有助于從生理水平上對花芽分化過程進行深入研究[32]。

2.5成花素學說

成花素學說是1880年Sachs提出的，他認為植物營養生長過程中，葉片在合成碳水化合物和含氮化合物的同時，也合成一種成長激素，稱為成花素。當成花素達到一定濃度時，能誘導碳水化合物貯藏在生長點細胞的原生質中，引起變質，形成花芽。近幾年，隨著分子生物學的發展，通過對模式物種的研究，認為FT蛋白最有可能就是成花素的組成成分。成花素是直接調節成花基因還是通過與激素相協同的多調控系統來實現對花芽分化的調控有待進一步研究。

2.6多因子控制理論

成花誘導過程受到多種化學物質、同化產物及植物激素的共同調控。研究發現，光周期、春化、GA調節、自主調節共同調節著植物的開花過程。糖除為成花提供能量外，還可能通過miR156及其靶基因，參與碳水化合物調節成花的過程。成花多因子控制理論對于成花過程研究具有較大的可適性[33-34]。

3 果樹花芽分化的分子機理

3.1成花過程相關基因研究

近年來，研究人員主要通過遺傳和分子生物學手段對成花過程的分子機理進行研究。利用的突變體主要有兩種，即人工誘變和天然的突變產生的突變體。人工誘變的方法主要有甲基磺酸乙酯(EMS)化學誘變法、轉移DNA(T-DNA)插入誘變法、轉座子導入誘變法等。采用的技術主要有染色體步移、轉座子標記、農桿菌感染的T-DNA標記、減法雜交、差異顯示等。

劉芳等以9年生甜櫻桃紅燈(PrunusaviumL.‘Hongdeng’)為試材，研究外源赤霉素(GA3)、多效唑(PP333)對甜櫻桃新梢生長及對赤霉素代謝關鍵基因表達的影響。對處于新梢生長期的紅燈葉面噴施GA3100mg/L、 PP333300mg/L處理，發現GA3對新梢的生長有明顯的促進作用，新梢生長量最高達到15.04cm，是對照組的2倍，紅燈的內源赤霉素含量顯著增加，并且在14天后達到最高，是對照組的2.2倍，之后呈現下降趨勢；PP333對新梢的生長有明顯的抑制作用，使內源赤霉素的含量呈現明顯的下降趨勢。用實時熒光定量PCR法檢測時，發現經過GA3處理后，GA20ox和GA3ox這兩種合成關鍵酶基因的轉錄受到抑制，經過PP333處理后GA20ox和GA3ox在轉錄水平的后期呈現上升趨勢。在轉錄水平上進行不同處理后的赤霉素代謝關鍵酶GA2ox，均表現出與赤霉素含量類似的變化規律，這說明在甜櫻桃內源GA3含量與合成代謝酶轉錄水平間，反饋調節機制可能發揮著重要作用，此結果可以為生產中采用基因工程手段控制營養生長，實現密植栽培提供理論參考[35-36]。

3.2碳水化合物相關基因研究

研究人員以浙江省富陽市千禧園藝場內未采用任何修剪及化學處理的翠冠梨(PyruspyrifoliaNakai)花芽為試材，探索翠冠梨處于休眠過程時碳水化合物含量變化及編碼酶(如：α-淀粉酶、β-淀粉酶和α-葡聚糖磷酸化酶等)和碳水化合物代謝相關基因的表達模式。結果表明，隨著翠冠梨花芽休眠的不斷加深，可溶性糖含量呈現下降趨勢，于11月15日時出現最小值。隨著內休眠及其解除的過程中，可溶性糖含量不斷增加，花芽中淀粉含量與可溶性糖含量的變化大體相同，只是花芽中淀粉含量的最小值出現的時間在年度間有所不同，花芽中的淀粉含量在花芽完全解除休眠前達到最高值后下降，PpAMY、PpBAM1、PpBAM2和PpPHS基因在內休眠階段的表達不斷增加，均出現高峰值，之后逐漸下降直到內休眠完全解除前水平。PpBAM2基因在此過程中結束表達，PpAMY、PpBAM1、PpPHS基因在之后又繼續表達，認為PpAMY、PpBAM1、PpPHS基因和淀粉含量的變化存在某種關聯，推斷PpAMY、PpBAM1、PpPHS基因可能是翠冠梨花芽休眠期碳水化合物代謝的調控關鍵基因[37-38]。

4 展望

花芽分化是果樹生命中復雜的形態建成過程，是從量變到質變的過程，是植物體內各種因素與環境相互協調的結果。隨著分子遺傳學研究的發展，運用現代遺傳學理論和分子生物學手段，開展生理變化與基因調控的聯系以及各種因子協調機理方面的研究將更加深入。

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S66-3

A

1002-2910(2017)06-0022-04

2017-02-03

國家現代農業產業技術體系建設專項資金項目(CARS-29-24)。

*

郭黃萍(1959-)，女，山西太原人，研究員，主要從事梨生理與栽培方面研究。

楊盛(1983-)，男，山西晉中人，助理研究員，主要從事梨生理與栽培方面研究。E-mail：ys20080808@163.com

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