短季棉花芽分化及分化進程中的生理特性研究

鄧永勝 高利英 韓宗福 孔凡金 申貴芳 段冰 王宗文 王景會 李汝忠

摘要：以短季棉品種魯棉研19號和常規棉品種魯棉研28號為材料，研究分析了短季棉品種與常規棉品種花芽分化進程的差異及花芽分化進程中的內源激素水平與碳氮代謝差異。結果表明，較早的花芽分化起始和更快的花芽分化進程是短季棉早熟性形成的形態基礎，而花芽分化前期較高的碳氮比值和更高的GA3、ABA含量及GA3/IAA、ABA/IAA比值，是短季棉能更早地起始花芽分化和更快地完成花芽分化的生理基礎。

關鍵詞：短季棉;早熟性;花芽分化;生理特性

中圖分類號：S562.01文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2018）12-0020-06

短季棉（又稱夏棉）是指生育期相對較短的一種棉花品種類型。一般情況下其全生育期比春棉品種短一個月左右，播種期可推遲30～40天。在我國黃河流域棉區通常主要用于5月中、下旬麥田小壟套種，或瓜、蒜、菜等茬口直播種植，在長江流域棉區主要用于麥（油）后移栽或麥（油）后直播種植。由于短季棉品種生育期短、經濟系數高，對于我國黃河、長江流域棉區提高復種指數、增加單位面積經濟效益，具有重要意義和作用[1]。李汝忠等[2]研究表明，短季棉生育期短主要是由于播種至開花所需時間短而致。葛逢珠等[3]研究表明，同一短季棉品種在不同年際間各生育階段和全生育期長短有很大差別，但所需積溫基本一致，生育進程的快慢主要取決于積溫。表明短季棉品種完成各生育階段需要的積溫相對較少，能更快地完成由營養生長向生殖生長的轉變。

棉花為無限生長作物，營養生長與生殖生長并進時間長，生產上通常將現蕾作為棉花生殖生長的起始點，但實際上棉花的生殖生長是從花芽分化開始的。李威[4]研究發現短季棉品種花芽分化起始期早于春棉品種，但前人對短季棉早熟性的研究多集中在與早熟性相關的農藝性狀、與早熟相關基因的QTL定位及表達譜分析上，尚缺少對短季棉花芽分化特征等的研究。本研究旨在通過對短季棉與常規棉品種花芽分化進程差異及分化進程中生理代謝特征的比較，解析短季棉早蕾早花的成因，以期為短季棉育種提供理論依據。

1?材料與方法

1.1?材料

短季棉和春棉品種分別選用山東棉花研究中心選育的魯棉研19號和魯棉研28號，由育種人提供育種家種子。

1.2?試驗方法

1.2.1?育苗與取樣?試驗于2016—2017年在山東棉花研究中心農業部黃淮海棉花遺傳改良與栽培生理重點實驗室（濟南）進行。魯棉研19號和魯棉研28號同時播于育苗盤中，后將育苗盤置于可精確控制溫度、光照、濕度的人工氣候室（白天30℃，晚上25℃）中。從2片真葉展平起，連續取兩品種后續葉片展開時莖尖組織，每葉齡取樣3份，直至現蕾，所取莖尖立即用FAA 固定液固定，用于石蠟切片。同時從2片真葉展平起，連續取兩品種后續葉片展開時頂端2葉片，液氮速凍后-80℃凍存，用于激素及生理指標測定。同時觀察記載棉苗的生長表現。

為觀察播種后兩品種花芽分化進程的差異，從播種后15天開始每隔3天隨機取一次樣（不考慮真葉展平數目），共取10次，每次分別取8個樣品，同上法固定用于制作石蠟切片。

1.2.2?石蠟切片制作與觀察?石蠟切片的制作參照林加涵[5]的方法，經固定—脫水—透明—浸蠟包埋—切片粘片—脫蠟—復水—蘇木精染色—封片后OLYMPUS顯微鏡觀察拍照。切片厚度為8 μm。

1.2.3?內源激素含量與生理指標測定?激素含量用高效液相色譜法測定。HPLC液相條件：Agilent 1100高效液相色譜儀，Kromasil C18反相色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）。流動相的配制：量取600 mL超純水，加入6 mL乙酸混勻溶解，加入400 mL甲醇混勻。方法：設置進樣量10 μL，流速0.8 mL/min，柱溫30℃，走樣時間為45 min，紫外波長254 nm。

可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定;全氮指標通過硫酸消解—凱氏定氮法測定;全碳含量利用重鉻酸鉀容量法測定。

1.3?數據處理

利用Microsoft Excel 2010軟件進行數據統計分析與作圖。

2?結果與分析

2.1?魯棉研19號、魯棉研28號現蕾前生長表現

魯棉研19號出苗好，取樣初期（2～3片真葉）株高較魯棉研28號高。后者出苗勢一般，但植株生長穩健，4片真葉后株高反超魯棉研19號（表1）。魯棉研19號7片真葉現蕾，魯棉研28號8片真葉現蕾，相差1葉齡（約5天）。魯棉研19號整體長勢弱于魯棉研28號。

2.2?魯棉研19號、魯棉研28號花芽分化進程差異

植物花芽分化過程大致可分為6個階段，即：分化初期、花蕾分化期、萼片分化期、花瓣分化期、雄蕊分化期和雌蕊分化期[6]。本研究參照這6個階段劃分兩品種花芽分化進程。

2片真葉期，魯棉研19號生長錐頂端分生組織細胞個體較小、排列緊密，細胞核大，染色較深，而下部的芽基組織細胞較大、核較小，排列疏松，不規則，苞片基部外側略向外凸出，染色略深，表明此時魯棉研19號花原基已經形成，開始花芽分化。而此時魯棉研28號未觀察到明顯的花芽分化起始表現，直到3片真葉展平時才起始花芽分化。

4葉期魯棉研19號已經分化出花瓣原基，其側芽已分化出萼片;魯棉研28號此時剛分化出萼片原基，處于萼片分化期。

6葉期魯棉研19號已經形成完整花的結構，雄蕊、雌蕊均已完成分化，清晰可見，進入現蕾期;而魯棉研28號此時仍然處于花蕊分化過程中。

不同葉齡花芽分化觀察結果顯示，魯棉研19號不僅花芽分化起始期早于魯棉研28號，花芽分化進程也顯著快于后者，表現為短季棉品種單花發育進程快、花原基發育縱橫向間隔短、現蕾快。

隨播種后進程兩品種花芽分化差異結果見表2。可見同品種每次取樣的8個樣品所處的花芽分化階段并不完全一致，但所有批次樣品中魯棉研19號處于更快花芽分化進程的樣品數均多于魯棉研28號，表明魯棉研19號花芽分化進程快于后者，這與依據葉齡數石蠟切片對兩品種所處花芽分化階段的觀察結果相吻合。

2.3?魯棉研19號、魯棉研28號花芽分化進程中的碳氮代謝差異

花芽分化開始后，兩品種植株內可溶性糖含量迅速下降，魯棉研19號較魯棉研28號下降更為迅速，并在4片真葉期達最低點，后者則在5片真葉期達最低點。

花芽分化前期，魯棉研28號全氮、全碳相對含量均略高于魯棉研19號。全氮相對含量兩品種都在4葉期達到最低值;全碳相對含量魯棉研19號下降更快，在3葉期達到最低值，魯棉研28號下降則較為平緩，在4葉期達到最低值，但此時相對含量較魯棉研19號最低值仍高1.7個百分點。

植物體內糖類含量與含氮化合物的比例（C/N）是決定植物從營養生長轉向生殖生長的重要因素。魯棉研19號與魯棉研28號碳氮比值變化趨勢基本一致，均在4葉期達到最大值，但在花芽分化前期魯棉研19號碳氮比值高于魯棉研28號。

2.4?魯棉研19號、魯棉28號花芽分化進程中的激素變化差異

兩品種從兩片真葉始至現蕾期IAA、GA3、ABA含量變化情況。從花芽分化起始到完成花芽分化過程，魯棉研19號GA3含量始終高于魯棉研28號。IAA含量魯棉研19號2～3葉期短暫下降，之后迅速升高（3～4葉期），升高階段早于魯棉研28號（4～5葉期）;魯棉研28號在5葉期IAA含量達到峰值，此時含量為魯棉研19號峰值（4葉期）的1.3倍。兩品種花芽分化進程中ABA含量變化曲線較為相似，但魯棉研19號不論是ABA含量迅速上升階段還是峰值時期均早于魯棉研28號一個葉齡。

對不同激素間相互關系比較發現，GA3/IAA在花芽分化初期（2～3葉期）魯棉研19號高于魯棉研28號，谷值魯棉研19號出現在4葉期，后者出現在5葉期。ABA/IAA變化趨勢及峰值時間與ABA含量變化一致。

3?討論

棉花的早熟性受諸多生育、形態性狀，如棉株生長發育速度、品種各生育期（苗期、蕾期、鈴期）長短、植株形態（株高、第一果枝節位高低和果枝、果節的節間長短）以及開花、吐絮速率等所制約，是一個較為復雜的綜合性狀[7]。短季棉品種短生育期是出苗到現蕾、現蕾到開花、開花到吐絮等各生育階段綜合作用的結果[8]。花芽分化是植物由葉芽生理組織狀態轉變為花芽生理組織狀態，然后再發育成花器官原基雛形的過程，是植物進入生殖階段的起點。花芽分化進程影響著蕾期、花期及第一果枝節位高低和果節節間的長短。本研究結果表明，短季棉品種魯棉研19號不僅花芽分化起始期早于常規春棉品種魯棉研28號，其花芽分化進程也顯著快于魯棉研28號。這與兩類品種的田間表現相吻合，即短季棉品種同一果枝不同節位開花時間間隔較短，甚至出現第一、二果枝第一果節同一天開花的情況，這在常規棉中極少出現，說明較早的花芽分化起始和較快的花芽分化進程是形成短季棉早蕾早花的重要因素，是短季棉早熟性形成的形態基礎。

前人研究表明，花芽誘導及形態分化過程中，花芽的形態建成需要消耗更多的可溶性糖，葉片中大量的含氮化合物也需要分解后轉移到幼嫩組織中為花芽的形成做準備[9]。在本研究中，花芽分化開始后，魯棉研19號葉片內可溶性糖含量較魯棉研28號下降更為迅速，這是魯棉研19號更快花芽分化進程的代謝表現。Klebs提出了碳氮比（C/N）學說，認為當植物體內C/N值高時，有利于生殖體的形成，促進開花;反之，有利于營養生長，延遲開花[10]。本研究結果顯示，花芽分化前期魯棉研19號碳氮比值高于魯棉研28號，這可能是魯棉研19號花芽分化進程更快的原因之一。

赤霉素作為一種重要的植物激素，對開花時間的調節是其重要功能之一。任桂杰等[11]研究發現高GA3含量有利于棉花花芽分化。本研究魯棉研19號在整個花芽分化過程中GA3含量始終高于魯棉研28號，與任桂杰等的研究結果相吻合。關于IAA在成花中的作用，一直是一個有爭議的問題。本研究發現，在花芽分化初期，魯棉研19號和魯棉研28號IAA含量均相對較低，之后迅速升高，且魯棉研28號表現出更高的IAA含量峰值，這可能由于此時正處于棉苗快速發育階段，葉片需要大量合成IAA以維持莖尖生長點的快速生長。ABA在花芽分化不同階段有不同的作用，在誘導期促進花芽分化，在形態分化期有利于花芽的形態建成[11，12]。魯棉研19號ABA含量快速上升階段和峰值時期都較魯棉研28號更早更快，這也是造成魯棉研19號花芽分化進程更快的原因。多數學者普遍認為植物花芽分化的調控是多種激素相互作用的結果[13]。前人對果樹花芽分化機理研究表明，較高的GA3/IAA、ABA/IAA 有利于花芽的形成分化和完成[14]。本研究結果顯示，花芽分化初期，魯棉研19號GA3/IAA、ABA/IAA值均高于魯棉研28號，ABA/IAA值迅速上升階段和峰值時期均早于魯棉研28號一個葉齡，這與前人對果樹花芽分化的研究結果相一致。

4?結論

較早的花芽分化起始和更快的花芽分化進程使短季棉早蕾早花，這是短季棉早熟性形成的形態基礎，而花芽分化前期較高的碳氮比值和更高的GA3、ABA含量及GA3/IAA、ABA/IAA比值，是短季棉能更早地起始花芽分化和更快地完成花芽分化的生理代謝基礎。

參?考?文?獻：

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