烤煙花芽分化與煙株生育進程的關(guān)系

張洪霏，刁朝強，周建云，黃 寧，艾復清*

（1.貴州大學，貴州省煙草品質(zhì)研究重點實驗室，貴陽 550025；2.貴陽市煙草公司，貴陽 550025）

花芽分化是植物從營養(yǎng)生長步入生殖生長的標志，了解煙草花芽分化機理對于制定合理的栽培措施進行花期調(diào)控，實現(xiàn)煙草的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)有重要意義[1-4]。煙草花芽分化起始時間及歷時長短，受生態(tài)環(huán)境、栽培措施等因素影響[5-7]，反過來又影響煙株的有效葉數(shù)、煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)[8-10]。有關(guān)烤煙花芽分化的研究近些年主要集中在環(huán)境及激素誘導、解剖學研究等方面[11-15]，而對花芽分化與生育進程的關(guān)系卻鮮有報道[16-17]。本研究旨在通過對貴煙5 號、K326 和貴煙3 號花芽分化過程形態(tài)變化的觀察，對烤煙花芽分化時期進行準確劃分，并聯(lián)系烤煙生育期進行分析，以期為烤煙栽培調(diào)控提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與地點

試驗材料：貴煙5 號、K326、貴煙3 號。

地點：貴州省清鎮(zhèn)市紅楓湖鎮(zhèn)蘆狄村，地處東經(jīng)106°27'58"，北緯26°27'3"，海拔1259 m，屬北亞熱帶季風濕潤氣候，試驗當年年均溫14.1 ℃，年降雨量1303.9 mm，土壤質(zhì)地為黃壤，肥力中等，前作為油菜。

1.2 試驗方法

采用漂浮育苗，1 月30 日播種，4 月25 日移栽。選擇地勢平坦、肥力中上等、光照充足、方便灌溉的田塊，取20 cm 表層土混勻作為盆栽用土。盆缽高31 cm，上部內(nèi)徑32.5 cm，底部內(nèi)徑26.5 cm，底部打孔。每盆裝土25 kg，與基肥拌勻細碎后裝盆。施純氮7.0 g/株（計7.0 kg/667 m2），60%作基肥，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=9∶10∶27，40%作追肥，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=13∶0∶26。追肥于煙株移栽后20 d、30 d 均分兩次施用。每個品種200株（盆），擺放行距1.1 m，株距0.6 m。

1.3 觀察測定項目與方法

1.3.1 樣品標記 各品種選取盆栽中整齊一致具有代表性的煙株80 株，掛牌標記于第10 片真葉，用于取樣觀察。

1.3.2 花芽分化觀察 從移栽20 d 后開始，每隔3天取樣1 次，至開花前結(jié)束。每次每個品種各選取掛牌的6 株煙株，用手術(shù)刀片在煙株頂端下約5 cm處切取包括莖尖下兩片小葉的整個生長錐頂端，用錫箔紙包裹放入冰盒帶回實驗室。3 株用徒手切片法切片，雌雄蕊分化前用美蘭染色，雌雄蕊分化后用卡寶品紅染色，顯微鏡下進行花芽分化觀察；剩余3 株在FAA 固定液中固定，石蠟切片法切片，切片厚度8～10 μm，番紅固綠對染，加拿大樹膠封片，觀察并拍照。

1.3.3 出葉數(shù)觀測 每個品種選取整齊一致具有代表性的煙株6 株（盆）掛牌標記，從花芽分化開始至結(jié)束觀測其出葉數(shù)。出葉：指葉片長度達5 cm以上。總?cè)~數(shù)：指總真葉數(shù)，從苗期第一片真葉開始至現(xiàn)蕾最后一片葉。葉占比：指觀察時，煙株出葉數(shù)占總?cè)~數(shù)的比值[18]。

2 結(jié)果

2.1 烤煙花芽分化時期的劃分及其形態(tài)特征

通過對3 個烤煙品種花芽分化觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同品種的花芽分化歷時不同，但其分化過程中形態(tài)特征的變化規(guī)律卻相同，因此，根據(jù)烤煙花芽分化過程在形態(tài)特征上的變化將其劃分為兩個階段8個時期：第一階段為花芽形成階段，該階段可分為第一苞葉原基分化期、第一次花序原基形成期、第二次花序原基形成期、雌雄蕊分化期4 個時期；第二階段為花粉發(fā)育階段，該階段可分為花粉母細胞形成期、四分體形成期、單細胞花粉形成期、二細胞花粉形成期4 個時期。

2.1.1 花芽形成階段 時期I：第一苞葉原基分化期。在花芽未分化前，煙株莖端生長錐保持營養(yǎng)生長狀態(tài)，葉原基和腋芽原基大量發(fā)生。此時生長錐呈圓錐狀，被分化的互生、大小不一的葉原基不對稱包裹，生長點稍有下凹（圖1A）。經(jīng)一定的光、溫誘導，煙株莖頂端生長錐不再分化營養(yǎng)器官，開始由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變，此時莖頂端生長點由三角狀擴大隆起，莖頂端生長錐顯著增粗變扁平，生長錐側(cè)面開始出現(xiàn)半球狀突起，為花芽開始分化的標志，稱第一苞葉原基分化期。該時期生長錐細胞排列緊密，細胞質(zhì)較濃，細胞核較大，染色較深，細胞分裂旺盛（圖1B、C）。此時煙株剛結(jié)束團棵，雖莖部尚短但莖節(jié)開始緩慢伸長，煙株橫向?qū)挾热源笥诳v向高度。

時期II：第一次花序原基形成期。經(jīng)過第一苞葉原基分化，莖端細胞開始徑向和橫向分裂，在第一苞葉原基內(nèi)側(cè)分化出半球狀突起，接著在花序軸上先后螺旋狀分化出多個突起，稱第一次花序原基分化期，此時細胞顏色深、胞質(zhì)濃、細胞核大，細胞數(shù)量多（圖1D）。此時煙株莖節(jié)伸長加快，株高增加明顯，新葉不斷出現(xiàn)。

時期III：第二次花序原基形成期。隨著生殖生長不斷進行，在最先產(chǎn)生的第一次花序原基上開始分化出突起，即第二次花序原基。隨著花序軸的不斷發(fā)育，在第二次花序原基上還可以陸續(xù)產(chǎn)生多次花序原基，可達到5～7 次（圖1E、F）。此時煙株莖節(jié)仍迅速長高加粗，新葉增加，葉面積迅速擴大。

圖1 烤煙花芽分化不同時期的結(jié)構(gòu)形態(tài)（K326）Fig.1 Structure and morphology of flue-cured tobacco bud differentiation at different stages (K326)

時期IV：雌雄蕊分化期。當花序軸頂端不再產(chǎn)生新的花序原基時，生長錐開始進行花原基的分化（圖1G），首先產(chǎn)生5 個萼片原基，接著產(chǎn)生5 個花瓣原基，在花瓣原基內(nèi)側(cè)產(chǎn)生5 個雄蕊原基，在花芽中心分化產(chǎn)生雌蕊原基，此時期稱雌雄蕊分化期。從烤煙花芽的橫切面看（圖1H），其花的結(jié)構(gòu)從外到內(nèi)依次為：5 個聯(lián)合萼片，5 個聯(lián)合花瓣，5枚花藥（每個花藥由4 個花粉囊組成），雌蕊由2 心皮構(gòu)成，子房2 室，中軸胎座，胚珠多數(shù)。此時煙株高度接近定型，葉片已完全出現(xiàn)，但頂端葉片還未展開，撥開頂端幼小葉片，可見綠色幼蕾。

2.1.2 花粉發(fā)育階段 時期V：花粉母細胞形成期。在花藥原基4 個角落處開始產(chǎn)生孢原細胞，由孢原細胞進行平周分裂，向外產(chǎn)生初生周緣層，向內(nèi)產(chǎn)生初生造孢細胞。初生造孢細胞再分裂形成造孢細胞。造孢細胞的體積大、細胞質(zhì)濃、細胞核明顯大于周圍其他細胞（圖1I）。造孢細胞經(jīng)過不斷的減數(shù)分裂，形成大量的花粉母細胞，形成的花粉母細胞的體積大、細胞核大、原生質(zhì)濃且豐富，花粉母細胞外面產(chǎn)生透明的胼胝質(zhì)壁（圖1J）。花粉母細胞繼續(xù)發(fā)育，進入減數(shù)分裂（圖1K）。此時煙株株高基本定型，頂葉緩慢伸長變寬，幼蕾逐漸露出包裹葉片。

時期VI：四分體形成期。花粉母細胞第一次減數(shù)分裂后不立即形成新的細胞壁，而在減數(shù)分裂結(jié)束后形成4 個子核，才同時產(chǎn)生細胞壁，形成被胼胝質(zhì)所包圍4 個子細胞，此時期稱為四分體時期。四分體在排列上常隨新壁產(chǎn)生方式的不同而有所不同，因為新壁并不互相垂直，所以四分體的4 個細胞呈四面體形（圖1L、M）。此時煙株頂葉逐漸伸長加寬，幼蕾長大并肉眼明顯可見。

時期VII：單細胞花粉形成期。四分體胼胝質(zhì)壁解體后分離形成核位于中央的單細胞花粉粒（圖1N），這一時期稱為單細胞花粉形成期。此時期的細胞核增大，細胞質(zhì)濃，細胞外壁加厚并形成萌發(fā)孔，一般的花粉近球形具3 個萌發(fā)孔，也有一些花粉呈四方形，具有4 個萌發(fā)孔（圖1O）。此時煙株株高定型，頂葉明顯伸長變寬，幼蕾各器官繼續(xù)增大增多，萼片與花瓣均伸長增寬。

時期VIII：二細胞花粉形成期。單細胞花粉從絨氈層取得營養(yǎng)，細胞體積不斷增大，細胞核由中央位置轉(zhuǎn)向細胞一側(cè)，隨后進行不均等的有絲分裂，形成一個大細胞內(nèi)再包含一個紡錘形的小細胞即二細胞花粉，這一時期稱為二細胞花粉形成期，二細胞花粉的大細胞為營養(yǎng)細胞，小細胞為生殖細胞。兩細胞具有不同的生理作用，營養(yǎng)細胞內(nèi)含大量淀粉、脂肪等物質(zhì)，以后與花粉管的生成與生長有關(guān)，而生殖細胞的作用是產(chǎn)生兩個精細胞，直接參與生殖（圖1P）。此時煙株頂葉伸長加寬至定型時的1/3，中心花即將開放，周圍幼蕾繼續(xù)緩慢生長、花冠明顯伸長。

2.2 花芽分化與煙株生育進程的關(guān)系

2.2.1 花芽分化歷時 由表1 可見，花芽分化開始于栽后27～30 d（團棵后1～2 d），結(jié)束于栽后52～57 d（現(xiàn)蕾后6～10 d）。3 個烤煙品種的花芽分化歷時存在差異，其差異表現(xiàn)在花芽分化第一階段，即花芽形成階段，其中貴煙3 號歷時10 d，K326 歷時11 d，貴煙5 號歷時13 d。花粉發(fā)育階段均為8 d。

表1 不同烤煙品種花芽分化進程Table 1 Flower bud differentiation process of different flue-cured tobacco varieties

2.2.2 花芽分化進程與出葉關(guān)系 由表2、3 可以看出，貴煙3 號、K326、貴煙5 號的葉占比達45%～50%時開始花芽分化，且葉數(shù)相對較少的品種如貴煙3號（總?cè)~數(shù)32）花芽分化開始時出葉相對更多（49.2%），這可能與葉數(shù)相對較少品種生育期相對較短、生長速度更快些有關(guān)。同時葉數(shù)相同品種出葉速度也有差異，K326 略快于貴煙5 號，這應該與品種特性有關(guān)。在花芽分化末期（VIII 期），貴煙3號、K326、貴煙5 號的葉占比分別較花芽分化初期（I 期）增加了42.7、42.3、38.2 百分點，出葉速度分別為0.50、0.58 和0.55 片/d，說明此時期出葉較多，出葉速度快，此時煙株正值旺長期；在花芽分化結(jié)束時，其葉占比分別為91.9%、88.0%、82.7%。花芽分化結(jié)束后仍有部分出葉（約占總?cè)~數(shù)的8%～17%），但出葉速度較慢，僅約0.28 片/d。

表2 花芽分化不同時期出葉數(shù)與占比Table 2 Ratio of leaf number to total leaf number in flower bud differentiation of different varieties

表3 不同烤煙品種出葉速度Table 3 Comparison of leaf emergence rate among different flue-cured tobacco varieties

3 討 論

據(jù)前人研究報道烤煙花芽分化過程分為6 個時期[2-3,16]，本文通過對3 個烤煙品種的研究，將花芽分化進程劃分為兩個階段8 個時期，其主要區(qū)別在將前人劃分的6 個時期縮減為4 個時期，而增加了第二個階段即花粉發(fā)育的4 個時期，并對其形態(tài)特征進行了描述。

本試驗選用的K326 為當前主栽品種，貴煙3號與貴煙5 號為貴州自育品種，其中K326 與貴煙5 號總?cè)~數(shù)相近，貴煙3 號葉片數(shù)相對較少。盡管3 個品種總?cè)~數(shù)和花芽分化進程略有差異，但分化形態(tài)特征無明顯差異，這與金磊等[13]研究結(jié)果具有相似性。

烤煙花芽分化開始標志著煙株營養(yǎng)器官從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化，意味著葉片的分化已經(jīng)結(jié)束。烤煙花芽分化開始的時間不僅受溫度、光照、降雨等環(huán)境因素的影響，同時也與營養(yǎng)條件有關(guān)。若烤煙大田前期低溫、多雨、寡日、營養(yǎng)不良，將導致花芽分化提前，出現(xiàn)早花現(xiàn)象，從而影響到烤煙的最終葉片數(shù)[19-20]。本研究表明，烤煙花芽分化開始于團棵后1～2 d，因此，團棵前良好的栽培措施，有利于增加烤煙最終葉片數(shù)。

烤煙栽后27～30 d 開始的11～13 d 是花芽形成階段，影響花序及花的數(shù)量；栽后44～49 d 開始的8 d 是花粉發(fā)育階段，影響花粉的數(shù)量和質(zhì)量。因此，此時期的栽培技術(shù)調(diào)控（如移栽期、營養(yǎng)調(diào)控等）會對種子生產(chǎn)及煙葉產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生影響。

4 結(jié) 論

不同烤煙品種間花芽分化歷時不同，但變化規(guī)律及形態(tài)特征相似，可劃分為兩個階段8 個時期，第一階段為花芽形成階段，包括第一苞葉原基分化期、第一次花序原基形成期、第二次花序原基形成期、雌雄蕊分化期；第二階段為花粉發(fā)育階段，包括花粉母細胞形成期、四分體形成期、單細胞花粉形成期、二細胞花粉形成期（即花粉成熟期）。

總?cè)~數(shù)相對較少品種花芽分化開始較早、歷時較短，總?cè)~數(shù)相對較多品種開始較晚，歷時相對較長；3 個品種花芽分化從栽后27～30 d（團棵后1～2 d）開始，到栽后52～57 d（現(xiàn)蕾后6～10 d）結(jié)束，歷時25～27 d，其中花芽形成階段10～13 d，花粉發(fā)育階段8 d。

花芽分化開始時葉占比為45%～50%，總?cè)~數(shù)相對較少的品種葉占比相對大些；花芽分化期間出葉數(shù)較多，約占總?cè)~數(shù)的38.2%～42.7%，出葉速度相對較快為0.50～0.58 片/d，花芽分化結(jié)束后，出葉速度逐漸下降，但仍有部分出葉，約占總?cè)~數(shù)的8%～17%。

對烤煙花芽分化過程各時期形態(tài)特征及煙株生長狀況的了解，對優(yōu)質(zhì)煙栽培調(diào)控具有指導意義。但不同條件下（栽培、生態(tài)、品種）花芽分化與煙株生育進程的關(guān)系以及花器官分化的強弱有待進一步研究。