板栗花芽分化進程及形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察

趙志珩，張 榮，和潤喜，嚴 蕾，梁文匯，廖健明，黃曉露，藍振岐，覃曉彬，梁繼常

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院 廣西特色經(jīng)濟林培育與利用重點實驗室，廣西南寧 530002；2.遵義市鳳凰山國家森林公園，貴州遵義 563000；3.西南林業(yè)大學，云南昆明 650224；4.河池市金城江區(qū)大山塘林場，廣西河池 547000；5.河池市東蘭縣隘洞鎮(zhèn)林業(yè)站，廣西河池 547405）

板栗（Castanea mollissima）為殼斗科（Fagaceae）栗屬植物，是世界上分布范圍較廣的古老植物之一。中國有7 屬，約300 種[1]。板栗作為我國重要的經(jīng)濟林樹種，種植面積較大，在一些地區(qū)已成為支柱產(chǎn)業(yè)。在實際生產(chǎn)中，板栗的產(chǎn)量一直不高，其主要原因是板栗為雄單性和兩性花同株或雌雄異花同株植物，雌雄花的比例對坐果率、果實產(chǎn)量和質(zhì)量有著重要影響。板栗新梢的芽、葉和花序均在芽內(nèi)形成，但發(fā)育期不同。雄花序主要在芽形成頭年的7—8月分化，兩性花序（或混合花序）在芽冬季休眠后至萌芽前分化，是在已經(jīng)分化的雄花序的基礎(chǔ)上進行分化[2]，即雄花序是芽內(nèi)分化且時間長，兩性花序是芽外分化且時間集中。在實際生產(chǎn)中，雌雄花比例嚴重失衡的問題一直未能得到較好的解決，制約了板栗的可持續(xù)發(fā)展。

花是植物重要器官之一，開花是植物生活史上從量變到質(zhì)變的過程，花芽分化則是成花過程中的重要階段[3]。研究表明，花芽分化是有花植物生長發(fā)育中最關(guān)鍵的時期[4-5]，因此，查明板栗花芽分化的進程及其解剖結(jié)構(gòu)特征，不僅有助于揭示板栗花芽分化的具體過程，對板栗栽培過程中進行開花調(diào)控也具有指導作用。

1 材料與方法

1.1 地點及材料

試驗地位于云南省昆明市安寧板栗基地（102°45'E，25°38'N）。試驗材料為云南本土品種‘易門一號’、‘易門二號’和‘云良’，均為2014年高接，2016年開始結(jié)果。選擇生長正常、樹勢和立地條件基本一致的樣株，平均樹高約4 m，種植密度為4 m×3 m。

2017年7月—2018年12月隨機選取樣株樹冠外圍不同方向的當年生枝條采集花芽，2018年3月12日—5月8日每10 天采1 次，每年7月10日—8月25日每15 天采1 次，以后每30 天采1 次，采至12月25日，2017年12月—2018年3月為休眠期，不采集。每次采集雄花枝和結(jié)果枝花芽各30個。

1.2 試驗方法

2017年選擇結(jié)果母枝和結(jié)果枝樣枝進行觀測，調(diào)查結(jié)果枝兩性花序和雄花序數(shù)、兩性花序雌花簇數(shù)和結(jié)果母枝結(jié)果數(shù)等指標。從2018年3月開始，觀察植株的物候期，具體分為萌動期、展葉期、雄花盛開期、果熟期、葉變色期和落葉末期。

以‘易門二號’為材料，進行石蠟切片和環(huán)氧樹脂切片制作，在倒置熒光顯微鏡下進行形態(tài)學觀察，采用AxioVision 系統(tǒng)拍照，根據(jù)板栗特有的雌雄花序特性，將花芽分化分為不同時期。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 和SPSS 20.0 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 3個板栗品種的物候期及花芽性別分化量

3—11月觀察發(fā)現(xiàn)，‘易門一號’和‘易門二號’的物候期基本一致，‘云良’的物候期較其他兩個品種整體延遲7—10天（表1）。

表1 3個板栗品種物候期觀測結(jié)果Tab.1 Observation results of phenological period of three varieties

對3 個板栗品種2—3年生枝條調(diào)查發(fā)現(xiàn)，‘易門一號’的結(jié)果母枝平均雌花簇數(shù)最多（5.10 個），‘云良’最少（1.90 個）；‘易門一號’的兩性花序平均雌花簇數(shù)最多（2.04 個），‘云良’最少（1.21 個），‘易門二號’的雌雄花序比最小（1∶16.93）（表2）。

表2 3個板栗品種雌雄花分化數(shù)量Tab.2 Number of male and female flower differentiation of three varieties

續(xù)表2Continued

2.2 3個板栗品種完全混合花芽外部形態(tài)觀察

3 個板栗品種的完全混合花芽在同一分化時期，雄花序原基的大小和數(shù)目基本一致。7月10日左右，開始出現(xiàn)雄花序原基，‘易門一號’和‘易門二號’雄花序原基比‘云良’稍大；進入休眠期時，花芽茸毛增加；至冬后3月上旬，‘易門一號’的雄花序原基已變粗，圓棒狀比其他兩個品種更明顯，上面已呈現(xiàn)出“玉米狀”突起，即雄花簇原基，說明‘易門一號’雄花發(fā)育時間較其他兩個品種早（圖1）。

圖1 3個板栗品種完全混合花芽的形態(tài)比較Fig.1 Morphology comparison of complete mixed buds of three varieties

2.3 板栗品種兩類花序分化進程及主要特征

2.3.1 不完全混合花芽雄花序分化主要特征

（1）冬前開始分化期

板栗由葉芽向花芽轉(zhuǎn)變的顯著特征是生長點變圓，葉腋之間出現(xiàn)呈半圓形突起的雄花序原基。7月10日前后為板栗冬前花序原基開始分化期（圖2a）。此時開始出現(xiàn)雄花序原基，節(jié)間可以看到一個明顯的突起，芽體呈長三角形，小而瘦長。

（2）冬前分化盛期

大約在9月下旬，已經(jīng)分化形成的雄花序原基增大，發(fā)育成短棒狀結(jié)構(gòu)，并且從下往上不斷有新的雄花序原基出現(xiàn)，數(shù)量增多（圖2b）。芽體較開始分化期大，芽形鈍圓。

（3）冬前分化末期

11月下旬的時候，可看到雄花序原基數(shù)量已經(jīng)趨近穩(wěn)定，基本不再增多，只進行伸長生長的變化，由短棒狀結(jié)構(gòu)發(fā)育成長棒狀結(jié)構(gòu)（圖2c）。

（4）冬后雄花簇分化期

到次年3月上旬時，可以發(fā)現(xiàn)花序軸上出現(xiàn)玉米狀小突起，開始冬后雄花簇原基的分化（圖2d）。3月30日的解剖觀察可發(fā)現(xiàn)小突起變大，其外部被月牙狀的苞片原基包裹（圖2e）。此時芽體的頂端已經(jīng)露白，內(nèi)部花序原基有突破芽體外部鱗片的趨勢。

（5）冬后雄花器官分化期

當進入4月中旬時，通過外部形態(tài)觀察可以看到不完全混合花芽的雄花簇原基已經(jīng)膨大，進入冬后（雄）花器官分化期，5月8日的切片已經(jīng)可以看到花藥的形成（圖2f）。

圖2 不完全混合花芽雄花序發(fā)育階段解剖圖Fig.2 Anatomic characteristics of male inflorescence development of incompletely mixed flower buds

2.3.2 完全混合花芽兩性花序分化主要特征

（1）兩性花序冬前分化期

兩性花序冬前分化期形態(tài)特征與雄花特征表現(xiàn)一致，至冬后分化期開始表現(xiàn)出發(fā)育的兩個方向，即雄花序原基繼續(xù)發(fā)育成雄花，而兩性花序原基將發(fā)育成雌花和雄花（圖3a ～d）。

圖3 完全混合花芽雄花序發(fā)育階段解剖圖Fig.3 Anatomic characteristics of male inflorescence development of completely mixed flower buds

（1）兩性花序原基開始分化期

3月10日左右，還未發(fā)現(xiàn)兩性花序原基的形成（圖4a），此時昆明氣候適宜，氣溫回升，板栗冬后花序原基生長迅速，細胞分裂加快，在3月下旬可以看到腋芽生長錐原基迅速膨大，板栗花芽進入冬后兩性花序原基開始分化期，可以看到開始分化期腋芽間的突起（圖4a ～b）。

（2）兩性花序原基分化盛期

4月上旬，完全混合花芽萌發(fā)后進入兩性花序原基分化盛期。隨著兩性花序原基的伸長，兩性花序原基發(fā)育成棒狀結(jié)構(gòu)，軸外側(cè)開始不斷地形成半月形的小突起，這些突起在接下來的過程中從上至下首先分化形成雄花簇原基，基部分化形成雌花簇原基，兩性花序原基上產(chǎn)生的突起較小，且雄花簇原基的苞片較短（圖4c）。

（3）兩性花序原基分化末期

4月中旬，新的花簇原基不再產(chǎn)生，開始了雌雄花簇原基的膨大，花簇原基呈錐狀突起，外部為苞片。雄花簇原基位于花序軸中上部，只有基部1 ～2個且外部苞片大而長的突起為雌花簇原基（圖4d）。

（4）冬后雌花簇分化期

至4月中下旬，雌花簇原基的苞片顯著增大，外部苞片已經(jīng)完全覆蓋雌花簇原基（圖4d）。兩性花序原基分化末期與冬后雌花簇分化期之間界限不是很明顯。

（5）花器官分化期

雌花簇繼續(xù)發(fā)育生長，4月下旬至5月上旬，雌花簇膨大并突破苞片，其內(nèi)分化形成雌蕊原基，并產(chǎn)生柱頭（圖4e ～f）。在4月25日的切片上可發(fā)現(xiàn)，雌花簇經(jīng)過不斷分化發(fā)育，形成了三朵花原基，發(fā)育成子房。

圖4 完全混合花芽雌花序發(fā)育階段解剖圖Fig.4 Anatomic characteristics of female inflorescence development of completely mixed flower buds

3 結(jié)論與討論

關(guān)于板栗花芽原基的形成和分化過程已經(jīng)有較詳細的報道[6-9]。板栗花芽分化屬夏秋分化間斷建成型，即板栗雄花序原基在頭年夏季開始分化，而兩性（雌）花序原基則在越冬后形成[8]。本研究中板栗雄花序是在頭年的6—8月開始分化，一直到次年的3—4月進入分化末期；兩性花序則在是冬季休眠后至萌芽前分化，并由冬前雛梢分化期形成的雛梢腋芽原基發(fā)育而成。花芽分化具體劃分時間因品種、氣候和栽培技術(shù)等因素稍有不同[10-13]。本研究的重點是掌握雌雄花分化的關(guān)鍵時期，為人工調(diào)控提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)于板栗花芽雛梢分化期的階段劃分有兩種分類方法。一種是針對板栗花序原基進行分類，即冬前花序原基分化期（9月15日—11月15日）、休眠期（11月15日—翌年1月15日）、冬后花序原基分化期（2月1日—3月1日）、花簇苞片原基分化期和花簇原基分化期（3月1日—4月初）共5個時期[14]；另一種是針對板栗雛梢分化情況進行分類，即雛梢分化開始期、雄花序原基出現(xiàn)期、冬前雛梢分化期、冬季休眠期和芽內(nèi)雛梢分化末期（混合花序分化期）[15]。以上兩種分類方法均未對板栗雄花序、雌花序及混合花序進行分類分析，無法指導生產(chǎn)實踐。本研究以板栗花芽為研究對象，將其分為不完全混合花芽雄花序發(fā)育時期和完全混合花芽兩性花序發(fā)育時期。不完全混合花芽雄花序分化期可分為冬前開始分化期、冬前分化盛期、冬前分化末期、冬后雄花簇分化期和冬后雄花開始分化期。完全混合花芽分化分為兩種，第一種是雄花序分化，可分為雄花序冬前開始分化期、冬前分化盛期、冬前分化末期和冬后雄花簇分化期；第二種是兩性花序分化，可分為兩性花序原基開始分化期、兩性花序原基分化盛期、兩性花序原基分化末期、冬后雌花簇分化期和花器官分化期。與之前的研究相比，本研究中的分類方法具有廣譜性。選取的板栗為云南自主品種，地區(qū)不同，日期的劃定和時期的劃分存在差異，但觀察不同地方的板栗開花物候期可直接推斷當?shù)匕謇趸ㄐ虬l(fā)育情況，對照此分類方法依然可以指導當?shù)氐纳a(chǎn)實踐。

花芽分化是一個復雜的過程，分形態(tài)分化和生理分化[16]，需要外部環(huán)境和內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)、內(nèi)源激素等共同作用[17-19]，分化的水平直接影響產(chǎn)量[20]，本研究探索了影響板栗花芽分化的兩個關(guān)鍵時期，即冬前花序原基分化期（7月10日—11月25日）和冬后花序原基分化期（3月20日—4月17日），可為花芽分化調(diào)控提供理論指導。