大蔥花芽分化過程及形態特征變化

楊國棟 李 娜 賈俊香 田 云 蔣欣陶 崔連偉

（遼寧省農業科學院蔬菜研究所，遼寧沈陽 110161）

大 蔥（Allium fistulosumL.var.giganteumMakino）是典型的綠體春化型蔬菜作物，營養體大小適宜，滿足一定時間低溫條件才能通過春化繼而抽薹開花（張啟沛 等，2008）。其開花條件的特殊性，給大蔥育種研究和栽培生產造成諸多障礙。在育種中，大蔥資源種株收獲后需經過冬儲低溫春化，第2 年才能抽薹開花獲得種子，嚴重延緩了育種進度（王國華 等，2012）；在生產中，如品種選擇不當，苗期遭遇低溫，先期抽薹會嚴重降低大蔥品質（任志偉 等，2009）。明確大蔥花芽分化過程及形態特征，系統開展大蔥抽薹開花機理和調控機制研究是有效解決上述問題的關鍵基礎。

目前，關于植物花芽分化過程及形態學研究的報道較多，如草莓（李榮飛 等，2020）、百合（郭蕊 等，2006；劉芳 等，2013）、大白菜（惠麥俠 等，2003）、甜瓜（郝敬虹 等，2007）、蘿卜（張慧蓉等，2010）等，多數采用石蠟切片法、電鏡掃描法進行形態解剖觀察，將花芽分化過程分為4～6 個時期，并對花芽分化初始的形態特征進行詳細描述。而蔥屬蔬菜作物相關研究較少，有報道的只有大蒜（Kamenetsky &Rabinnowitch，2001；吳澤秀 等，2019）和洋蔥（Jones &Emsweller，1936；Kamenetsky，1997；Lakshmi et al.，2017），鮮見大蔥花芽分化過程及形態特征的研究報道。本試驗以不同抽薹性大蔥品種為試材，采用徒手解剖法并借助體式解剖鏡對大蔥花芽分化過程進行觀察和拍照，詳細描述了各分化時期的形態特征及變化，旨在為深入開展大蔥抽薹開花機理研究及大蔥育種、栽培實踐提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗選用2 個不同抽薹性大蔥品種，易抽薹品種遼蔥5 號，種子來源于遼寧省農業科學院蔬菜研究所；耐抽薹品種天光一本，種子來源于日本武藏野株式會社。

1.2 方法

2019 年4 月10 日將2 個大蔥品種播種于本所試驗基地連棟溫室，5 月16 日（蔥苗3 葉期）篩選大小一致的壯苗移栽至營養缽（直徑13 cm，高12 cm），營養土配方為土、有機質和草炭（體積比4∶1∶2），每個營養缽移栽5 株，田間正常管理。

6 月20 日（蔥苗5 葉期），將營養缽移至人工氣候箱（型號：Panasonic MLR-352H-PC）進行低溫春化處理，根據前期篩選試驗結果，適宜低溫春化的環境條件設定為：光照強度6 000 lx，光照周期晝10 h/夜14 h；溫度晝8 ℃/夜5 ℃，濕度65%。每7 d 澆水1 次（根據土壤水分情況調整），隔次葉面噴施0.2%的磷酸二氫鉀溶液。在低溫春化處理過程中每5 d 取樣1 次，每次每個品種20株。將植株洗凈吸干水分后小心剝離外層葉片，肉眼無法看清時，置于Olympus-SZX7 雙目體式解剖鏡下用解剖刀（比解剖針更容易控制）繼續剝離，觀察每個品種植株莖尖生長點的分化狀態并拍照記錄，直至莖尖組織無法再次分離。當取樣植株全部轉為生殖生長后（總苞完全閉合），將這個品種全部放入另一個人工氣候箱（型號同上）進行常溫抽薹處理。根據前期篩選試驗結果，適宜抽薹的環境條件設定為：光照強度10 000 lx，光照周期晝14 h/夜10 h，溫度晝25 ℃/夜18 ℃，濕度65%。每5 d 澆水1 次（根據土壤水分情況調整），隔次施水溶性高鉀復合肥（N-P-K 為20-10-30+TE）。取樣時間和處理方法同上，小心將總苞外部葉片去除，在Olympus-SZX7 雙目體式解剖鏡下用解剖刀剝離總苞包片，觀察花序、花原基、花器官的分化形態并拍照記錄；當花被片閉合后，用解剖刀撥開花被片，觀察雄蕊、心皮和雌蕊分化形態并拍照記錄，直至每個品種植株總苞開放，小花成熟。

以低溫處理開始作為第1 個時期的初始日期。以后每個時期以取樣20 株中60%達到這個分化時期的初始形態時，定為這個分化時期的初始日期，下一時期的前一天為這個分化時期的結束日期。

2 結果與分析

供試2 個不同抽薹性大蔥品種的花芽分化過程及解剖形態特征變化基本一致，均可分為4 個時期：誘導感應期、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 誘導感應期

低溫春化處理前期，大蔥植株感應低溫短日照條件，體內春化物質開始積累，但外部形態未見明顯變化，植株生長緩慢，莖尖分生組織始終保持葉芽分化狀態。營養生長錐呈馬蹄形凸起，高出的半圓弧形部分是葉原基，中間較平的部分是莖尖分生組織（圖1-A）。隨著葉原基發育伸長，莖尖分生組織膨大凸起（圖1-B），逐漸被外側發育較快的葉原基所包裹，呈類似心形或半圓形（圖1-C），最后被完全遮擋。被包裹的營養生長錐開始新一輪葉原基分化，新葉原基出現的位置在先形成的上一級葉片對面。隨著營養生長錐不斷分化及葉片生長發育，老葉、新葉相繼對向從假莖的出葉孔露出。觀察發現，遼蔥5 號、天光一本誘導感應期分別為20 d 和35 d。

2.2 花芽分化初期

隨著低溫春化處理時間延長，2 個品種外部形態出現明顯差異。遼蔥5 號植株老葉逐漸變黃萎蔫，假莖增粗且基部明顯膨大，而天光一本植株新老葉片保持綠色正常生長，假莖增粗但未見基部膨大。在低溫處理20 d 左右，遼蔥5 號莖尖分生組織膨大隆起，呈半球狀，其下半部被1 層膜狀組織結構包裹（圖1-D）。將上一級葉原基剝掉，可見中央半球形凸起的環狀體（圖1-E），外環即為總苞包片原基，此時，植株莖尖分生組織從營養生長轉變為生殖生長，標志著大蔥形態上的花芽分化已經開始。遼蔥5 號、天光一本花芽分化初期持續的時間都在10 d 左右，且2 個品種花芽分化初始形態特征基本一致。

2.3 花序原基和花原基分化期

此階段2 個品種植株外部形態與上個時期的末期相近，植株緩慢生長。環狀生殖生長錐基部直徑增加，位于外側的環狀總苞包片發育快于內側，慢慢包裹生殖分生組織，形成傾斜的總苞包片愈合面，在總苞基部可見平坦的肥厚組織，為花莖側芽葉原基（圖1-F）。總苞包片逐漸愈合，外觀顏色加深變綠，同時基部開始伸長抬高（圖1-G、H），花莖形成，在花莖基部可見花莖側芽的葉原基分化成形（圖1-I）。在總苞包片閉合過程中，包片內部生殖生長錐逐漸分化隆起，形成圓錐形的花序原基，當總苞包片閉合且花莖伸長至2～3 mm 時，花序原基表面分生出多個膜泡狀凸起的小花原基（圖1-J），然后花序原基和花原基同時分化，圓錐形的花序原基體積逐漸增加，其表面的花原基數量也逐漸增多，布滿整個花序（圖1-K）。此階段花序原基先分化，然后花序原基和花原基同時分化，2 個時期存在部分重疊，歸為1 個時期比較適宜，為了統一標準，可將總苞原基閉合或即將閉合作為這一分化時期的開始。遼蔥5 號和天光一本花序原基和花原基分化期持續時間都在15 d 左右，相對來說，耐抽薹品種天光一本持續的時間略長。

2.4 花器官分化期

當人工氣候箱設置為大蔥適宜生長條件后，遼蔥5 號植株老葉逐漸脫落，新葉迅速生長，葉色深綠且粗壯，天光一本葉片生長速度加快，老葉蠟粉增多。去除外層葉片，肉眼見花莖伸長至3～5 mm時，體式解剖鏡下輕輕剝離總苞包片，可見花原基表面中央出現凹陷，扁平加寬，呈明顯的三角形，當花莖伸長至5～10 mm 時，花序軸上部每個花原基三角形的頂點處按一定規律先后形成1 個扁圓形的外層花被片原基和被其包裹的球形外層雄蕊原基（圖1-L），標志花器官分化開始啟動。在單個三角形花原基的上部邊緣，先分化第1 個外層花被和雄蕊，第2、3 個外層花被和雄蕊逆時針方向發育，而內層花被和雄蕊晚于外層發育且呈反向的順時針方向，通常在第1 和第2 個外層花被和雄蕊之間先分化出第1 個內層花被和雄蕊，第2 和第3 個內層花被和雄蕊則按順時針方向相繼出現在3 個外層花被和雄蕊的間隔處（圖1-L）。當外層、內層花被和雄蕊成形之后，花原基中央處出現隆起，心皮原基開始分化（圖1-M）。總苞露出葉孔前，由于花序軸上部的花原基分化較早，花被片先閉合形成小花雛形，而下部小花的花被和雄蕊剛剛開始分化（圖1-N）。總苞露出葉孔后，花莖生長抬高，隨著總苞內部小花的花被合攏及雄蕊發育，心皮逐漸成形并在中間分化出雌蕊原基（圖1-O），總苞開裂后，可見上部未開放的小花，內部雄蕊、雌蕊伸長，花器官即將成熟（圖1-P）。由于花序軸上部花原基分化較早，最先開花，當頂端30%小花開放時花器官分化進入末期。花器官分化期時間較長，需要30 d 左右的時間，供試2 個品種在這一時期的持續時間相差不大。

3 討論與結論

3.1 大蔥花芽分化的初始形態特征

花芽分化是指植物莖尖分生組織由營養生長分化產生葉片轉變為生殖生長形成花序、花器官的過程（B?urle &Dean，2006），不同植物的花芽分化過程和形態特征變化也可能存在很大差別（張軍莉 等，2020）。相比較而言，大蔥花芽分化的初始形態特征與洋蔥和大蒜相似。Kamenetsky（1997）和Lakshmi 等（2017）采用電鏡掃描法對洋蔥花芽分化的形態特征進行觀察，將總苞包片閉合后，莖尖分生組織明顯變大，外圍出現凸起，分化出外圍花原基，并在中央形成多個分化中心，形成傘狀花序作為花芽分化開始的標志。吳澤秀等（2019）采用電鏡掃描法和熒光體式顯微鏡解剖法進行觀察，將大蒜總苞包片閉合后，營養生長錐轉變為基部加寬、表面有溝槽的花序雛形作為花芽分化開始的標志。本試驗采用徒手解剖法并借助體式解剖鏡觀察發現，大蔥莖尖營養生長錐轉變為中央凸起的環狀體時，總苞包片原基已經形成，標志著生殖生長已經開始，而且特征明顯，易于辨認，可以作為大蔥花芽分化的初始形態標志。

3.2 大蔥花芽分化過程

通常花芽分化的過程大體可以分為5 個分化時期：誘導感應期、花芽分化初始期、花器官分化期、花器官發育期和開花期（（Nard &Hertogh，1993）。不同學者對花芽分化時期的劃分有很大區別。Jones &Emsweller（1936）、Kamenetsky（1997）將洋蔥花芽分化分為花序分化期和花的發育兩個階段，對花芽分化時期的劃分過于籠統。寧云芬等（2008）將百合花芽分化過程分為5 個階段：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。吳澤秀等（2019）將大蒜花芽分化過程劃分為4 個時期：未分化期、總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），這些研究對不同蔬菜作物的花芽分化過程進行了細致劃分，并將分化重疊的時期進行了歸類，相對科學合理。本試驗參照上述作物花芽分化時期劃分方法，根據大蔥花芽分化關鍵時期的解剖形態特征，將大蔥花芽分化過程劃分為4 個時期：誘導感應期、花芽分化初期、花序原基和花原基分化期、花器官分化期。同時詳細描述了每個時期植株表觀形態、莖尖解剖形態的特征和變化，并統一界定了每個時期起始的標志性形態特征，可為進一步開展大蔥春化、抽薹開花等相關研究提供理論依據。

3.3 不同大蔥種質花芽分化過程及形態特征的差異

實際觀察中，易抽薹品種遼蔥5 號和耐抽薹品種天光一本的花芽分化過程及形態特征變化基本一致。但易抽薹品種遼蔥5 號在低溫處理20 d 達到花芽分化初期，比耐抽薹品種天光一本早15 d 左右，而花芽分化初期、花序原基和花原基分化期、花器官分化期持續時間相近，說明大蔥抽薹性主要取決于花芽分化時間早晚，且耐抽薹大蔥品種花芽分化所需的條件更苛刻。任志偉（2010）、董殷鑫（2016）的研究表明，不同抽薹性大蔥花芽分化的早晚與苗齡大小、低溫要求及持續時間有關。也有研究表明洋蔥的抽薹開花除與品種、植株大小、低溫持續時間有關外，還與外源激素和肥力相關（陳微 等，2020）。具體大蔥是如何感應外界環境刺激繼而抽薹開花的機理機制目前尚不明確，有待進一步研究。試驗中還發現，在花芽分化初期易抽薹品種遼蔥5 號植株老葉逐漸變黃萎蔫，假莖增粗且基部明顯膨大，而耐抽薹品種天光一本植株葉片保持綠色正常生長，假莖增粗但未見基部膨大，說明不同抽薹性大蔥品種對低溫誘導的響應機制也存在明顯差異，需進一步研究。

2019 年2 個不同抽薹性品種移栽人工氣候箱后剩余的蔥苗定植露地試驗田，秋季收獲后放入低溫貯藏庫進行自然低溫春化處理，2020 年春季定植塑料大棚，從低溫春化處理至抽薹開花定期觀察花芽分化的形態特征，最后證實大蔥成株和苗期的花芽分化過程及形態特征變化基本一致。相比較，成株植株莖尖生長錐較大，更容易觀察，花序軸上花原基數量是苗期的2～3 倍，第2 年返青后抽薹開花速度更快，開花時花球大且飽滿，小花數量較多。但自然條件下大蔥花芽分化過程較長，從花芽分化初期到花器官分化末期需6～7 個月，而在本試驗人工設定的環境條件下可縮短至2～3 個月。

本試驗采用徒手解剖法并借助體式解剖鏡清晰觀察到大蔥花芽分化過程及形態特征變化，與石蠟切片法和電鏡掃描法相比，具有成本低、簡單、高效等優點。試驗中雖人工控制了低溫春化和抽薹開花條件，環境條件相對穩定，但選用大蔥品種較少，不同大蔥品種、不同環境條件下花芽分化過程及形態特征變化是否存在區別還需進一步觀察驗證。