簕杜鵑花芽分化解剖與形態學研究

聶 艷 謝利娟 王定躍

( 1. 深圳人民公園管理處，廣東 深圳 518001；2. 深圳職業技術學院應用化學與生物技術學院，廣東 深圳 518055；3. 深圳梧桐山風景區管理處，廣東 深圳 518004)

簕杜鵑為紫茉莉科（Nyctaginaceae）葉子花屬（Bougainvillea），屬于攀援狀藤本灌木。產自于南美洲的巴西，中國引種栽培的有簕杜鵑(Bougainvillea spectabilis）和毛簕杜鵑（Bougainvillea glabra）2種，為典型的熱帶植物。簕杜鵑別名三角梅，為短日照植物，長日照條件下很難完成花芽分化而開花[1]，喜強光、空氣流通的環境。生長適應性強，管理方便，喜水，但忌積水，對土壤要求不嚴，但在肥沃、排水良好、疏松的弱酸性砂質壤土條件下生長旺盛，幼株適宜的土壤pH為6.0～6.5[2]。由于其易于繁殖栽培，生長適應能力強，花型獨特且花期長，從10月份開始一直到翌年6月，觀賞價值極高，自引種以來，簕杜鵑就成為我國廣東省珠海市、深圳市以及福建省廈門市等很多城市的市花，廣泛應用于盆栽制作盆景，地栽作綠籬、圍墻等裝飾，其攀援性較好的種類廣泛用于花架、花廊的裝飾以及高架橋的垂直綠化；同時葉子花中含有花青苷和黃酮苷，具有抗腫瘤、抗氧化等多種功效[3]。

花芽分化過程復雜，受溫度、光周期、水分等外界環境條件以及內部代謝平衡等多種因素的影響。花芽分化的起始標志著植株營養生長結束，生殖生長開始，是植株花期早晚、花量的多少以及觀賞效果的決定因素[4-5]。在栽培生產中，通過探究植株花芽分化進程，了解植株花芽分化的特性，進而采取相應的管理措施完成花期調控，為植物的繁殖栽培以及進一步的雜交育種提供理論依據。汪曉謙等[6]通過對楊凌地區郁金香（Tulipa gesneriana）花芽分化特性的研究發現，其在楊凌地區花芽分化開始較早，因此夏季高溫儲藏期間要安裝通風扇等降溫通風設備，保證其順利進行花芽分化；楊柳燕等[7]根據彩色馬蹄蓮(Zantedeschia hybrids)的花芽分化特性，制定高效的栽培措施從而達到提前花期增加花量的目的；黃鳳蘭等[8]通過對芍藥(Paeonia lactiflora)花芽分化的顯微結構研究，為其栽培學及遺傳育種方面的研究提供一定參考。簕杜鵑作為深圳市的市花，由于受不定期的低溫、臺風等天氣狀況影響，使得植株出現開花不整齊，不能在特定季節開花等現象。然而國內外有關簕杜鵑的研究主要集中在繁殖栽培方面[1,9-10]，Lopez等[11]僅觀察了簕杜鵑花的結構以及傳粉過程，有關花芽分化特性等的研究尚未見報道。為了掌握簕杜鵑的花芽分化規律，明確簕杜鵑花芽分化的時間與特點，以‘同安紅’簕杜鵑為研究材料，探索其花芽分化進程，掌握簕杜鵑不同分化階段的形態以及解剖結構特征，研究簕杜鵑的開花機制，從而為栽培生產中實現提高開花質量、增加花量以及更合理的花期調控提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究材料

選用‘同安紅’簕杜鵑（B.spectabilis‘Crimelake’）為1年生扦插苗為研究對象，株高約為52.2 cm，2016年7月25日以45 cm×60 cm的行間距盆栽擺放在深圳市公園管理中心大沙河基地，其形態特征觀察見圖1。

1.2 研究方法

1.2.1 取樣方法

于2016年8月上旬至9月上中旬進行試驗觀察采樣，每隔5 d連續采樣。每次隨機采取10盆植株上同一發育時期且大小相似的花芽，立即放入冰盒內，帶回實驗室對花芽的內部解剖結構以及其外部形態進行觀察研究。

1.2.2 花芽超微結構觀察

對一部分采回的花芽采用常規石蠟切片法[12]制作成永久性切片，室溫下徹底干燥后使用電子顯微鏡（Nikon H600L）觀察花芽內部解剖結構特征并拍照，獲得簕杜鵑各個花芽分化階段對應的內部解剖結構圖。

圖 1 ‘同安紅’簕杜鵑花部形態特征Fig. 1 Morphological characteristics of B. spectabilis ‘Crimelake’ flower parts

1.2.3 花芽外觀形態觀察

從不同階段取回的花芽中選取一部分（5個）進行觀察拍照，獲得相應階段的花芽形態特征圖，同時測量不同階段花芽的長度以及直徑，記錄并分析每個階段花芽的外觀形態變化特征。

2 結果與分析

2.1 花芽分化過程中芽的解剖結構特征

通過對花芽不同分化階段的顯微結構觀察，發現‘同安紅’簕杜鵑從8月初期進入生理分化期，9月初基本完成花芽的形態分化，大約經過30 d。整個分化過程可分為未分化期、花序原基形成期、苞片原基形成期、小花原基形成期、萼片原基形成期、花瓣原基形成期、雄蕊及雌蕊原基形成期等8個時期，不同分化階段相對應的內部解剖圖以及外部形態變化見圖2～3。

2.1.1 未分化期

8月初期，簕杜鵑尚未進入花芽分化階段，這一時期主要進行植株的營養生長，花芽的分化發育受水分、溫度、光周期等外界環境條件以及內部營養狀況的影響，當植株自身的營養條件達到一定的標準后，隨即向生殖生長過渡。通過對花芽石蠟切片的顯微結構觀察，發現該階段芽體生長點發生變化，頂端呈圓錐狀，組織形態狹小而尖，同時生長點兩側的葉原基也呈現出不斷向內分化的趨勢，且外層的組織細胞緊密排列，從而保護其內側的生長錐（圖3a）。該階段芽體瘦小，芽鱗片包裹緊實，芽長僅為1.06 mm，芽體直徑為1.75 mm（圖2a）。

2.1.2 花序原基形成期

8月上旬為花序原基分化期，通過石蠟切片顯微結構的觀察，發現芽體分化初期，生長錐頂端逐漸變寬變平，略微向上突起，由未分化期的圓錐狀變為圓弧形；隨著芽體的繼續分化，生長點頂端逐漸下凹，兩側形成小的凸起，之后逐漸發育為苞片原基（圖3b）。此時芽長約為1.42 mm，芽直徑為2.04 mm，呈現出一定的伸長和變寬，但芽長變化不顯著（P＞0.05），很難通過外觀判斷其分化進程（圖2b）。

2.1.3 苞片原基形成期

8月上中旬，花芽進一步膨大變寬，內部細胞持續伸長，生長點兩側形成的小突起繼續伸長、膨大，苞片原基形成。在整個花序形成過程中，苞片原基不斷分化發育，并向上伸長彎曲，分化狀態不規則；隨著細胞不斷地發育分裂，苞片原基包裹著的花序原基逐漸膨大形成凸起（圖3c）。此時芽長約為1.58 mm，芽直徑為2.41 mm，芽體包裹的幼葉逐漸伸長展開（圖 2c）。

圖 2 不同分化階段花芽形態特征Fig. 2 Flower bud morphological characteristics of differentiation at different stages

圖 3 花芽分化過程Fig. 3 Flower bud differentiation process

2.1.4 小花原基形成期

8月中旬，隨著生長錐的持續膨大變寬，其兩側不斷形成小凸起，后期分化發育為側花芽，因此該階段芽體直徑表現出明顯的膨大變寬，通過超景深顯微系統拍照測量得出芽長為1.84 mm，芽體直徑為2.64 mm（圖2d）。通過顯微結構觀察發現，花序原基不斷的分化發育，形成橢圓形的小突起，即為小花原基；小花原基分化發育的同時，在其兩側分生出明顯的圓柱形平滑的小突起，側花原基形成。至此，簕杜鵑復傘形花序的結構特征基本形成（圖3d）。

2.1.5 萼片原基形成期

8月中下旬左右，簕杜鵑開始進入萼片原基形成期，此時通過石蠟切片顯微結構觀察發現，隨著芽體的持續分化發育，生長點頂端慢慢變平，并向下凹陷，逐漸在小花原基周圍形成小的凸起，萼片原基形成，最終發育為花萼（圖3e）。該階段花芽繼續伸長膨大，包裹的幼葉慢慢展開，芽長變化顯著（P＜0.05），芽長為2.13 mm，芽直徑為2.95 mm（圖2e）。

2.1.6 花瓣原基形成期

8月下旬，通過石蠟切片顯微結構觀察發現，花芽迅速分化發育，花萼原基分裂速度較快，持續伸長變寬，同時向內彎曲，在其內側形成新的凸起，花瓣原基形成（圖3f-g）。此時花瓣原基生長速度快，幼葉全部展開，芽長為2.58 mm，芽體直徑為4.06 mm，花芽體積相當于未分化期芽體體積的2倍（圖2f）。

2.1.7 雄蕊原基形成期

8月下旬到9月初期，花芽繼續膨大發育，萼片和花瓣逐漸伸長，生長錐繼續變寬，花瓣原基的外側分化出小的凸起。雄蕊原基形成（圖3hj），此時芽體寬度分化速度明顯大于長度；雄蕊原基形成初期，頂端渾圓光滑，隨著進一步的分化發育，頂部開始呈縱向分裂的趨勢，逐漸發育形成花絲、花藥等內部組織結構。

2.1.8 雌蕊原基形成期

9月初期，雄蕊原基繼續發育，其內側逐漸形成小的凸起，即雌蕊原基形成（圖3k-l）。此時芽體分化速度依然很快，表現出明顯的膨大與變寬，芽長為3.37 mm，芽直徑為4.51 mm，芽體體積相當于營養生長階段的3倍，具有顯著性差異（P＜0.05）（圖2g）。至此，基本完成整個花器官的分化。分化過程中，不同階段相互之間出現一些交叉的現象，最終形成完整的復傘形花序，這一分化特征同天竺葵（Pelargonium hortorum）、紫杏（Armeniaca.dasycarpa）等的分化特性相似[13-14]。

2.2 簕杜鵑花器官發育過程

雄蕊及雌蕊原基形成之后，內部細胞組織持續分化發育，且雄蕊原基分化速度較快，持續向上伸長，形成一條條柱狀群，即為雄蕊群發育形成（圖4a）。隨著芽體的進一步分化發育，雄蕊原基繼續分化，條形的柱狀群持續伸長，下端形成細長的花絲，頂部膨大形成花藥，雄蕊群在雌蕊的周圍均勻分布，并在雌蕊基部聯合（圖4b，c）。在雄蕊持續伸長的同時，雌蕊也在不斷的向上伸長，基部逐漸膨大發育為子房，子房發育內部形成胚珠原基（圖4d）；雄蕊持續分化發育，形成成熟的花藥，通過花被管的橫切面可以發現，發育成熟的花芽有8枚花藥，內部含有較多花粉粒，在中心的子房周圍均勻分布（圖4h），此時整個雄蕊群為棒槌狀（圖4e），在雄蕊原基不斷發育的同時，雌蕊原基也持續向上伸長，發育為細長的花柱（圖4f，g）。

圖 4 花器官發育過程Fig. 4 The development of floral organs

2.3 花芽分化過程中外部形態變化

在營養物質充足且外界環境條件適合的情況下，簕杜鵑芽體內部花器官不斷的分化發育，同時外部形態也不斷的生長變化，主要表現為芽體的膨大與變寬，整體過程均表現為平均芽寬大于平均芽長，呈橢圓形（表1、圖2）。從表1中可知，花芽后期（花瓣原基形成期）分化速度比前期加快，芽直徑明顯加寬（P＜0.05），基本可以通過外部形態的變化判斷芽體內部的分化過程。通過芽體的解剖結構可以看出，剛進入分化期或者未分化期的花芽芽體非常瘦小，外圍包裹緊密的芽鱗片（圖3），芽體平均長度約為1 mm（表1），因此，很難通過肉眼觀察外部形態去判斷內部的分化特征，必須通過觀察內部解剖結構特征確定具體的分化進程。隨著營養物質的積累，芽體的進一步分化發育，芽長和芽直徑不斷的伸長和膨大；在頂端生長點不斷發育的同時，在其兩側不斷分生出新的花原基，即側花原基，繼而形成完整的復傘形花序。

表 1 簕杜鵑不同分化階段花芽外部形態變化Table 1 Morphological changes of flower buds of B. spectabilis differentiation at the different stages

2.4 不同花芽分化期外部形態特征比較

在植物的花芽分化進程中，芽體內部解剖結構特征的變化在一定程度上和外部形態相對應，同時外部形態上的膨大與變寬也反應出內部細胞組織的分化發育。因此在實際研究過程中，可以將花芽外部形態特征的變化和內部解剖結構特征相結合，利用二者之間的相關性，建立一定的對應關系，進而更明確地判斷簕杜鵑具體的花芽分化進程，從而對簕杜鵑花芽分化進程建立更清晰的認知，以便于今后開展花期調控滿足生產栽培需求，具體對應關系見表2。

表 2 花芽分化進程及其外觀形態Table 2 The differentiation process and external morphology

3 結論與討論

植物從營養生長向生殖生長過渡的一個重要標志即為花芽分化，生產栽培中，花芽分化起始時間、分化的數量以及花芽分化質量的高低等因素都直接影響植株開花的效果，決定其觀賞價值和生產應用。因此，很多研究學者通過探索植株的花芽分化進程指導花期調控[15-17]，通常情況下，專家學者們將植物的花芽分化進程分為未分化期、萼片原基形成期、花序原基形成期、花瓣原基形成期及雌雄蕊原基形成期，不同階段的劃分通常以其對應的內部原基開始分化為依據[18-19]。植物雌雄蕊原基形成之后，內部細胞組織繼續分化發育，有的研究者認為，雄蕊及雌蕊原基的繼續分化發育，形成后期的花藥、花絲以及成熟的花粉粒，同時子房膨大形成成熟的胚珠等過程，都是在雌蕊及雄蕊原基分化發育的基礎上繼續發育產生的，而且會對植株的受精結實以及果實的成熟造成很大的影響，因此該過程應該劃分為花芽分化的進程范疇內[20]；但也有人認為，雌雄蕊原基的進一步分化發育，形成成熟的內部細胞組織，是性細胞逐漸成熟的過程，因此應該屬于性細胞發育成熟的階段。

有關木本植物花芽分化特性的研究有很多[21-24]。探究簕杜鵑花芽分化的具體進程，以及每個分化階段的特證，有助于更明確的認識簕杜鵑的生物學特性，為開展花期調控、指導生產以及今后的遺傳育種等提供一定的參考。通過對簕杜鵑花芽解剖結構以及外部形態的觀察研究，發現簕杜鵑屬于腋生純花芽，只要積累到足夠的養分，且光照、水分等外界條件滿足的情況下，就能進行花芽分化，完成花的發育，形成完整的復傘形花序。簕杜鵑整個花芽分化進程大致可以分為未分化期、花序原基形成期、苞片原基形成期、小花原基形成期、萼片原基形成期、花瓣原基形成期、雌雄蕊原基形成期8個時期，雌雄蕊原基產生凸起后，花藥以及子房分化發育，形成成熟的花粉囊和胚珠，至此雌蕊和雄蕊完全發育成熟。從八月初期開始分化，到9月初期基本結束，持續30 d左右，這與羅漢果（Siraitia Grovenorii）[25]、龍葵(Solanum nigrum)[26]、牡丹(Paeonia suffruticosa)、芍藥[27]的研究基本相同，莫長明等[25]、祁宏英等[26]沒有劃分苞片原基分化期、小花原基分化期，其花芽分化初期特征和簕杜鵑花序原基分化期基本一致。研究過程中，通常以花芽生長錐頂端的凸起或凹陷以及外部形態的伸長和膨大等作為花芽開始分化起始的特征[19]，但由于簕杜鵑花芽分化起始時外部形態變化不顯著，從開始進入形態分化期一直到小花原基形成期過程中，芽直徑變化不顯著（P＞0.05），僅由2.04 mm膨大到2.64 mm，因此必須通過石蠟切片的顯微結構觀察，研究其內部解剖結構的變化，確定其花芽分化進程，這一分化特點與荷蘭水仙（Narcissustazetta）[28]、彩色馬蹄蓮[7]相似，這可能是由于簕杜鵑花芽分化前期主要進行內部細胞組織的發育，生產中可通過對該階段花芽生理生化特性的測定探究分化前期花芽的理化性質，從而采取針對性的措施達到推遲或提前花期的目的。此外，通過對簕杜鵑花芽石蠟切片的顯微結構觀察發現，在簕杜鵑花芽分化進程中，不同階段之間存在相互交叉的現象，在生長錐頂端生長發育的過程中，其兩側也不斷地形成新的小花原基，進而形成新的小花；小花原基繼續生長發育，隨即在其兩側分化出新的側花原基，最終發育形成一個完整的復傘形花序，通常3枚葉狀苞片組成1朵花，3朵花組成一個完整的傘形花序。生產栽培中，可根據簕杜鵑花序自身的分化發育特征，在特定時期采用一定的促進或抑制措施達到增加或減少花量的目的。

通過對簕杜鵑的花芽分化進程以及相對應的外部形態特征的觀察，初步了解了簕杜鵑的花芽分化規律，將簕杜鵑的花芽分化過程劃分為未分化期、花序原基形成期、苞片原基形成期、小花原基形成期、萼片原基形成期、花瓣原基形成期、雄蕊及雌蕊原基形成期等8個時期，這一結論的得出有助于人們進一步了解其花芽分化特性，認識簕杜鵑花器官形態建成的規律，從而為生產栽培中更有效合理的開展花期調控、滿足生產應用提供參考。本次研究過程中，筆者尚未對簕杜鵑花芽分化時間做精確地劃分，對花芽分化不同階段花器官內部理化性質的變化未做深入研究，關于簕杜鵑各個花芽分化階段理化性質的探索，也僅見少量粗略的研究[29]，因此，下階段希望對簕杜鵑不同花芽分化階段生理物質的變化特性做進一步深入研究。