杠柳花芽分化過程的形態解剖學特征

于楷力，洪 國，金英花，吳松權，全雪麗

(延邊大學 農學院， 吉林延吉 133000)

杠柳(PeriplocasepiumBunge)是蘿藦科(Asclepiadaceae)杠柳屬(Periploca)多年生蔓生性灌木，又叫羊奶子、羊角桃、羊桃，其根皮被稱為香加皮、北五加皮等[1-2]。杠柳具有耐蔭、喜光、耐瘠薄、耐寒、耐鹽堿等特性。由于根蘗性強，具有抗沙埋、抗風蝕能力，固沙及水土保持能力都很強[3]。傳統中藥材杠柳的干燥根皮，有抗腫瘤、強筋骨、強心、祛風濕等功效[4-5]。除此之外,杠柳還有殺蟲作用，可毒殺瓢蟲、菜青蟲、蚜蟲、小菜蛾和麥二叉蚜等[6-10]。近幾年，隨著杠柳藥理作用的不斷研究發現，杠柳莖皮活性成分含量較高的相關報道較多，使其市場需求量也隨之增加[11]。杠柳的莖葉光滑無毛，花紫紅色，形態奇特，觀賞效果好。在園林應用上，宜作園林綠地、庭院及風景區的假山、棚架、籬垣、木樁、林緣地帶垂直綠化，也可做地被材料[12]。

花作為植物的繁殖器官影響植物的傳粉、授粉和結實[13]。花又作為觀賞性狀，它的數量多少、花期的長短和品質的好壞是衡量其景觀價值的重要指標[14-15]。而植物的花芽分化與開花的數量、開花的質量和開花的時間密切相關，了解花芽分化過程及特點，是進行雜交育種、花器調控等相關研究的基礎。

目前，關于杠柳的研究主要集中在藥理和化學成分方面，但在花芽分化相關研究很少。因此，本研究以杠柳花為試材，通過石蠟切片法對其花芽分化過程進行觀察研究，為杠柳在園林栽培應用上提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

2016年10月采自吉林向海濕地保護區杠柳植株的種子。采集地海拔高度為215 m，E122°15′07.20″，N45°01′32.64″。收集的試驗材料在2017年5月播種在營養缽上，等幼苗長到10 cm左右時移栽到延邊大學農學院試驗田。

1.2 試驗地概況

試驗地位于吉林省延邊大學農學院試驗田，地理位置處于吉林省東部，海拔252 m，E129°28′31″，N42°54′47″，屬于中溫帶半濕潤氣候區。根據延吉市氣象局資料，本地年平均氣溫為5.5 ℃，年平均降水量為479.0 mm，無霜期160 d，平均日照2 447.2 h。

1.3 試驗方法

從2017年開始連續5年觀察其生長節律，主要測量株高(隨機挑選10株，取平均值)。每年杠柳開花后調查開花數(任選10株，取平均值)、花期以及開花動態。2021年6月，杠柳(生長第5年)處于花期時(圖1、2)，采集不同發育階段的花芽，用FAA進行固定，制作常規石蠟切片，徠卡RM2016輪轉式切片機進行切片，切片厚度為10～12 μm。用番紅-固綠進行雙重染色后，利用OLIYMPUS 光學顯微鏡觀察并拍照。利用Image J軟件測定不同發育時期花芽大小。

2 結果與分析

2.1 杠柳生長節律和開花物候期調查

杠柳每年的株高變化如圖3。杠柳從種子播種開始的第一年只進行營養生長，并且生長較緩慢，后期平均株高為18.96 cm；第二年同樣只進行營養生長，但生長速度較快，平均株高能達到102.40 cm；第三年植株繼續長高，平均株高達到123.00 cm，并且能產生花芽，但開花數量不多，平均開花數為36.7朵，沒有結果；第四年平均株高能達到156.00 cm，既能開花，又能結果，開花數明顯比前一年多，平均開花數為149.9朵，同時植株主莖莖尖呈現藤本性狀，并且產生很多分蘗；第五年繼續開花，植株繼續長高，開花數更多，平均開花數能達到522.7朵，平均株高達到172.00 cm，藤本性狀越來越明顯(圖4)。

對第三、第四、第五年的花期調查結果如圖5。在延邊地區杠柳每年開花最早在5月末，花蕾期在5月末至6月初，始花期在6月初至6月中旬，盛花期在6月中旬至6月末，末花期在6月末至7月初，結果結實期在7月初到10月中旬。其中結果結實期時間最長，能達到將近3個月。

2.2 杠柳花芽分化各階段解剖結構特征

杠柳在5月下旬開始進入花芽形態分化階段，花芽分化可以分為未分化期、分化初期、花萼原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期和副花瓣原基分化期。

2.2.1 未分化期這個時期顯微解剖切片顯示，營養生長錐形態圓潤，表面光滑，圓丘狀(圖版Ⅰ，A)。表面細胞排列密集，細胞小，但細胞核相對大，具備了分生組織的特征。

2.2.2 分化初期此時圓丘狀生長錐寬度增加，生長錐兩側陸續出現小花原基(圖版Ⅰ，B-C)。從形態上看，這時標志著進入生殖生長狀態，過后杠柳植株開始進行花部各個器官分化過程。

2.2.3 花萼原基分化期隆起的小花原基表面面積和體積逐漸變大，并且在生長錐兩側出現隆起，就是花萼原基(圖版Ⅰ，D-E)。花萼原基逐漸變大，包裹中部生長錐。

2.2.4 花瓣原基分化期花萼原基分化一定階段，緊接著在內側又出現新的隆起，即花瓣原基(圖版Ⅰ，F-G)。花萼原基和花瓣原基形成后，都不斷分化生長，并向中心位置伸長彎曲，包裹花芽中心的即將產生的雌雄蕊原基。

2.2.5 雄蕊原基分化期花萼原基和花瓣原基繼續生長分化，在花瓣原基內側出現隆起，即雄蕊原基(圖版Ⅰ，H-J)。雄蕊原基形成后生長迅速，趕上花瓣的生長速度，大小相差不大(圖版Ⅰ，J)。之后花瓣原基進入生長迅速階段，僅僅包裹著雄蕊原基。雄蕊原基形成后，首先分化形成的是花藥原基，花絲原基形成較晚(圖版Ⅰ，K-P)。

2.2.6 雌蕊原基分化期當雄蕊原基分化成花藥，花藥進入孢原細胞時期，在雄蕊原基的內側觀察到兩個小隆起，即雌蕊原基(圖版Ⅰ，K)。雌蕊原基形成后進入生長分化階段，最后達到與雄蕊相同高度(圖版Ⅰ，M-N)。隨著生長分化，雌蕊原基的兩個小隆起，慢慢并在一起(圖版Ⅰ，N)，逐漸分化出柱頭、花柱和子房(圖版Ⅰ，O-R)。雄蕊的花藥原基僅僅包裹著雌蕊，柱頭膨大，花柱很短，子房下位。

2.2.7 副花瓣原基分化期杠柳的花芽除了以上器官以外，花瓣內側還有副花瓣器官，經過解剖觀察發現，副花瓣原基分化時期出現較晚，大約在雌蕊原基分化后期在花瓣的內側出現小隆起，即副花瓣原基(圖版Ⅰ，P)。花芽開放之前，副花瓣的生長較緩慢(圖版Ⅰ，R)。

2.3 杠柳花芽各分化階段對應的花芽大小

杠柳的雌雄蕊均為向心式發育，雄蕊比雌蕊先發育。花芽形態不同分化階段與花芽的大小對應關系如表1。從表1的花芽長度和寬度大小可知，花芽最初的形態為扁圓形，長度短，寬度大；當雄蕊原基分化后，花芽變長，長度比寬度大。雄蕊原基形成后的一段時間只進行伸長分化生長，當雌蕊原基形成之前，雄蕊原基分化形成的花藥進入小孢子母細胞時期、減數分裂時期，而且維持一定時間，直到雌蕊各部位器官分化之前。當杠柳花芽形態完全分化成熟時，雄配子體處于四分體時期，此時花芽長度大約在2.223～3.289 mm，寬度約在1.910～2.985 mm。

表1 杠柳花芽形態分化階段對應的花芽大小

2.4 杠柳單花開放動態

杠柳的花芽為綠色，從花芽狀態逐漸膨大后進入開放狀態。杠柳單花的開放狀態如圖6～7。從花芽的形成到即將開放大約需要10～14 d。之后花朵開放，花瓣打開，露出雄蕊和雌蕊。圖6～7的A～F的記錄時間為每隔1 h的開放進展，G～H的記錄間隔時間為4 d。杠柳單花花期(花芽的形成至花朵枯萎)為18～23 d不等，而單花的開放時間(即將開放到完全開放，即圖6～7中的A～F)很短，6～8 h。

3 討 論

在吉林延邊地區，杠柳種子萌發后第一年和第二年主要進行營養生長，第三年能形成花芽，進入生殖生長期，但僅開花，不結果，開花數也少。第四、五年開花數越來越多，也能結果結種子。杠柳的株高隨著年份增加逐漸升高，在第四年開始出現藤本性狀。

植物的花芽形成過程是一個極其復雜的形態分化和生理過程。掌握植物花芽分化的詳細進程能夠為植物的花期調控、雜交育種、生產栽培提供重要的科學依據[16]。國內外大多研究報道認為，花芽形態分化可分為未分化期、花芽分化初期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期和雌蕊原基分化期6個時期[17-18]。花芽分化時其順序是由外向內進行，比如最初分化花萼原基，之后依次是花瓣、雄蕊、雌蕊。杠柳的花芽分化幾乎符合這個規律。唯一特殊的是花瓣內側副花瓣的分化順序，它是在雌蕊原基形成后不久形成，分化較晚。花芽分化受到溫度的控制，達到一定的溫度進入花芽分化階段，而且不同植物花芽分化所需的溫度是有差異的。本研究發現在延邊地區杠柳花芽分化較早，5月末至6月初進入花芽分化階段，說明花芽分化需要的溫度較低。本研究豐富了杠柳花發育的理論基礎，也為杠柳資源開發利用提供重要的參考價值。