板栗花芽分化中內(nèi)源激素的變化規(guī)律

趙志珩，張 榮，嚴 蕾，梁文匯，廖健明，黃曉露，藍振岐，覃曉彬

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 廣西特色經(jīng)濟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(xué)，云南昆明 650224；4.河池市金城江區(qū)大山塘林場，廣西河池 547000）

板栗（Castanea mollissima）為殼斗科（Fagaceae）栗屬植物，廣泛分布于我國26 個省，目前在山區(qū)已成為支柱產(chǎn)業(yè)，但其單位面積產(chǎn)量不高，制約了板栗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)國家林業(yè)和草原局發(fā)布的數(shù)據(jù)，2018年全國板栗產(chǎn)量為227 萬t，僅為蘋果產(chǎn)量的6.71%[1]。主要原因是板栗為雄單性、兩性花或雌雄異花同株植物，雌花和雄花比例嚴重失調(diào)，雌、雄花比例高達1∶2 000 ～1∶3 500，雌、雄花序比例達1∶5[2]，對坐果率、果實產(chǎn)量和質(zhì)量產(chǎn)生了較大的影響。

通過切片觀察，發(fā)現(xiàn)板栗花器官結(jié)構(gòu)復(fù)雜，雄蕊原基存在退化的雌蕊器官，在雌蕊中也觀察到了雄蕊。可知，板栗花芽分化具有可塑性，在一定條件下可以轉(zhuǎn)化[3-5]。板栗在花芽分化的過程中，頂芽內(nèi)的花序原基在休眠期前完成，為冬前雛梢分化期，一般在10月中旬左右；休眠期后，在前者花序原基上部節(jié)位，冬前形成的腋芽生長錐原基發(fā)育形成冬后花序原基，冬季休眠、芽體萌發(fā)或兩者共同作用可能會讓冬后花序獲得發(fā)育成雌花序的能力[6]。據(jù)此，推測板栗花序性別分化調(diào)控的關(guān)鍵是冬后花序原基的分化，這類花序具有轉(zhuǎn)變成雌花序的可能，且形成雌花序的過程具有可調(diào)控性[7-10]。本研究在前期解剖觀察花芽內(nèi)部形態(tài)特征的基礎(chǔ)上，著重研究內(nèi)源激素在板栗花芽分化期含量的變化，揭示板栗花芽分化的生理特性，對人工調(diào)控花芽分化以及提高產(chǎn)量具有重要的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 樣株選擇

試驗材料為“易門一號”、“易門二號”和“云良”3 個云南本土的主栽品種。2014年高接，2016年開始結(jié)果，平均樹高約4 m，種植密度為4 m×3 m。選擇生長正常、樹勢和立地條件基本一致的植株取樣。

在云南昆明安寧市板栗基地采集3個品種板栗的花芽，隨機選取樣株樹冠外圍不同方向的當年生枝條采集花芽，2017年7月10日— 8月25日每15天 采1 次，8月25日— 12月25日 每30 天 采1 次，2018年3月12日— 5月8日 每10 天 采1 次。每 次采集雄花枝和結(jié)果枝花芽各30 個，用錫箔紙包好，置于液氮中帶回實驗室，放入-80 ℃冰箱備用。

1.2 試驗方法

用試劑盒法測定板栗混合花芽和不混合花芽中內(nèi)源激素生長素IAA 、赤霉素GA3、脫落酸ABA和玉米素ZT的含量，試劑盒采用的是雙抗體夾心法（ELISA）[11]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Oringe 85軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 IAA含量變化

IAA 含量在完全混合花芽分化發(fā)育過程中呈M + 倒V 字形變化，在不完全混合花芽分化發(fā)育過程中呈N 字形變化（圖1）。3 個品種的IAA 含量變化一致。

冬前分化期，完全混合花芽中的IAA 含量在7月10日— 8月25日呈上升趨勢，8月25日達到第一個峰值，之后下降又上升，12月25日（休眠期）達到第二個峰值。說明在分化過程和休眠期，IAA 的作用有所不同，初期IAA 含量升高可促進花芽分化，休眠期IAA 含量升高可促進休眠。IAA 含量在3月中下旬（冬后雄花簇分化期和兩性花序原基分化初期）達到谷值，之后稍回升，此時正處于兩性花序原基向雌花簇分化的關(guān)鍵時期，說明IAA 含量的升高可能有利于雌花簇的分化。4月17日— 5月8日（花器官分化期），IAA 含量不斷下降，說明低濃度的IAA 對完全混合花芽形成雌花有促進作用。

不完全混合花芽中的IAA含量在7月10日—9月25日（冬前分化初期至分化盛期）一直上升，至分化盛期達到峰值。3月12日后（冬后花芽分化期），IAA 含量呈上升趨勢，說明高水平IAA 有利于雄花簇和雄花的分化。

圖1 IAA含量變化Fig.1 Changes of IAA content

2.2 GA3含量變化

GA3含量在完全混合花芽分化發(fā)育過程中，呈N + V 字形變化，在不完全混合花芽分化發(fā)育過程中呈W+V字形變化（圖2）。

3個品種完全混合花芽中的GA3含量變化一致，均在7月10日—8月10日（冬前分化初期）上升，之后下降，12月25日達到谷值。休眠期后，GA3含量隨著分化進程的發(fā)展迅速增加，在3月下旬達到第2個峰值。說明GA3對花芽分化的影響較大，在冬前和冬后的分化初期，GA3含量的增加對花芽的啟動十分有利。

不完全混合花芽中的GA3含量在7月10日相對較高，說明不完全混合花芽的雄花序原基分化一開始就需要大量GA3。3 個品種板栗花芽的GA3含量峰值和谷值出現(xiàn)的時間不一致，但在12月25日,GA3含量均較低，3月上旬（冬后雄花簇分化期）均較高。可以看出，在冬前和冬后的花芽開始分化時，需要較高水平的GA3參與。

完全混合花芽和不完全混合花芽中的GA3含量均在4月17—4月25日（雌花分化期）上升，說明兩性花序的分化均需要較高水平的GA3參與。

圖2 GA3含量變化Fig.2 Changes of GA3 content

2.3 ABA含量變化

ABA 含量在完全混合花芽分化發(fā)育過程中呈M + 倒V 字形變化，在不完全混合花芽分化發(fā)育過程中呈V+L字形變化（圖3）。

3 個品種完全混合花芽中的ABA 含量變化一致。7月10日—9月25日ABA含量先上升后下降，8月10日達到第一個峰值。9月25日—12月25日（冬前分化盛期至休眠期），ABA 含量持續(xù)上升，說明ABA 含量的升高有利于植物從分化期進入休眠期。3月12日— 20日（冬后花芽分化初期），ABA含量下降，出現(xiàn)第二個谷值。3月20日— 4月17日，ABA 含量呈上升趨勢，此時正處于兩性花序原基分化期，可以看出，ABA 含量的升高有利于完全混合花芽兩性花序原基的分化。

在不完全混合花芽冬前分化過程中，ABA 含量表現(xiàn)為先下降后上升的趨勢，12月25日達到峰值。之后ABA 含量迅速下降，3月12日后趨于穩(wěn)定。可以看出，冬后較低水平的ABA 有利于冬后雛梢解除休眠及花芽分化。

圖3 ABA含量變化Fig.3 Changes of ABA content

2.4 ZT含量的變化

ZT 含量在完全混合花芽分化發(fā)育過程中呈M+ 倒V 字形變化，在不完全混合花芽分化發(fā)育過程中呈W+倒N 字形變化（圖4）。3 個品種的ZT 含量變化一致。

完全混合花芽中的ZT 含量在7月10日— 11月25日（冬前分化期）呈上升趨勢，11月25日（冬前分化末期）達到峰值，之后迅速下降，12月25日達到谷值。3月12日，ZT 含量處于較高水平，說明冬后兩性花序原基以及雄花簇的分化，需要積累較多的ZT，ZT 含量高有利于打破休眠，刺激花芽分化。之后，ZT 含量逐漸下降，3月30日后（兩性花序原基分化期）再次上升。說明完全混合花芽的分化在一定程度上都需要大量的ZT。

不完全混合花芽中的ZT 含量冬前和冬后的變化趨勢一致，均呈降低-升高-降低的變化趨勢。說明冬前、冬后花芽分化前和分化盛期都需要大量的ZT。

圖4 ZT含量變化Fig.4 Changes of ZT content

3 結(jié)論與討論

IAA 作為第一個被發(fā)現(xiàn)的植物激素在植物成花方面，它的作用一直存在爭議。程華等[12]在對不同品種板栗的IAA 進行測定時發(fā)現(xiàn)，IAA 含量升高有利于花芽由生理分化向形態(tài)分化轉(zhuǎn)變。結(jié)合課題組前期的切片試驗，發(fā)現(xiàn)在完全混合花芽和不完全混合花芽的冬前（7月10日— 8月25日）和冬后花芽分化期（3月12日后），IAA 含量均由低到高，說明高水平IAA可能促進花芽分化；冬后，不完全混合花芽中的IAA 含量持續(xù)上升，完全混合花芽中的IAA含量在冬后的雌花簇分化期和花器官分化期下降，說明高水平IAA 可能促進雄花分化，而低水平IAA可能有利于雌花分化。雷新濤等[13]也認為較高水平的IAA 易形成雄花；對板栗進行生長素類的生長調(diào)節(jié)劑外施和內(nèi)源生長素測定的結(jié)果也表明，低濃度IAA 有利于板栗雌花芽分化，高濃度IAA 抑制雌花芽分化[14-15]。本研究對板栗花芽分化不同時期的IAA 含量進行測定，更加直觀地反應(yīng)出花芽分化不同階段IAA 的動態(tài)變化，為進一步外施激素提供更全面的理論支持。

在果樹的花芽分化研究中，普遍認為GA 在花芽分化過程中有重要作用。低濃度GA 能促使板栗雄花芽分化[16]。本研究表明，完全混合花芽在進入雄花序原基分化前（7月10日前），對GA3含量需求不大，分化初期至分化盛期前（7月10日— 8月10日），對GA3需求不斷增加，冬后也有相同的變化趨勢；郭成圓等[17]的研究也發(fā)現(xiàn)，在板栗幼芽分化過程中，GA3含量的峰值出現(xiàn)在冬前花序原基分化期（10月中旬）和冬后花序原基分化期（次年2月中旬），與本研究結(jié)果一致，由于本試驗樣地在云南，具體的花序分化時間與郭成圓等[17]的研究不同。在花器官形成期間（4月17日— 4月25日）GA3含量持續(xù)上升，與季志平等[18]研究一致。不完全混合花芽在進入冬前和冬后分化時（7月10日前和3月12日前），均需要較高水平的GA3，此時可以在外部施用GA 類植物激素抑制劑，減少GA3的合成，從而抑制不完全混合芽雄花序的生成。

李從玉等[16]認為雄花芽分化與較高的ABA 含量有關(guān)。有些研究者發(fā)現(xiàn)ABA 可能對開花有雙重影響，一方面，它能與GA3拮抗，使枝條停止生長，促進細胞分裂素、淀粉和糖的積累從而促進開花；另一方面又可誘導(dǎo)休眠，使植物進入休眠期，生長進程減慢，不能成花[19]。樊衛(wèi)國等[20]對刺梨（Rosa roxburghii）的花芽分化進行研究，發(fā)現(xiàn)低水平ABA 更有利于刺梨花芽的分化。本研究發(fā)現(xiàn)板栗花芽在休眠期（12月25日）ABA的含量較高；完全混合花芽在冬前（7月10日）和冬后（3月12日）開始分化時的ABA 含量以及不完全混合花芽在冬后開始分化時（3月12日）的ABA 含量均較低，說明高水平ABA 促進休眠，低水平ABA 有利于花芽分化的啟動。郭成圓等[17]研究發(fā)現(xiàn)板栗花芽中ABA 的含量在冬季花序原基分化期（10月中旬）最高，之后緩慢下降，1月中旬下降至穩(wěn)定的低水平，并持續(xù)到花簇原基分化期（翌年3月中旬）。本研究結(jié)果也顯示冬后花芽分化時，不完全混合芽中的ABA 含量持續(xù)穩(wěn)定在較低水平。

ZT 是細胞分裂素的一種，具有促進果樹花芽分化、細胞分裂和打破休眠的作用，其含量的高低與植物體內(nèi)細胞分裂及代謝活動的強度有關(guān)。黃迪輝等[21]研究顯示，暗柳橙（Citrus sinensis）在生理分化轉(zhuǎn)向形態(tài)分化期間，對其進行去葉摘花試驗，以減少二氫玉米素的上升，花芽數(shù)量也明顯減少。李秉真等[22]發(fā)現(xiàn)在蘋果梨（Pyrus pyrifoliacv.pingguoli）的花芽生理分化期（花芽誘導(dǎo)期），ZT 有利于花芽分化，能促進花序原基的形成和發(fā)育。本研究中，ZT含量在完全混合花芽發(fā)育過程中出現(xiàn)3 個峰值，分別為冬前分化末期（11月25日）、冬后分化期（3月12日）及兩性花序原基分化期（4月25日）；在不完全混合花芽發(fā)育過程中，ZT 含量有4 個峰值，分別是冬前花芽分化期（7月10日和8月25日）和冬后分化期（3月12日和4月10日）。冬后完全混合花芽和不完全混合花芽ZT 含量的變化趨勢一致。完全混合花芽在冬前分化盛期到分化末期、冬后開始分化時和花器官分化期均需要大量的ZT，說明ZT 對細胞分裂，快速生長和分化啟動均有重要作用。在生產(chǎn)過程中，可考慮在花芽分化開始前施用ZT，多形成花芽，保證冬后花芽數(shù)量，取得增產(chǎn)效果。

對板栗花芽分化影響的兩個關(guān)鍵時期為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）。冬前，高水平IAA 和GA3有助于花芽分化；冬后，低水平IAA 有助于雌花序原基分化，高水平GA3有助于雄花序原基的形成。ZT 在完全混合花芽和不完全混合花芽中表現(xiàn)一致性，在花芽發(fā)育的關(guān)鍵時期，高水平ZT 能同時促進雌花和雄花的形成。在生產(chǎn)中，冬前花芽分化期應(yīng)施用ZT，以增加花芽數(shù)量；冬后花芽分化期應(yīng)前施用GA3抑制劑，抑制不完全混合花芽發(fā)育，促進雌花分化，以達到“促雌抑雄”的目的。