西伯利亞杏花芽分化及開花生物學特性

張 劍，于慶福，王蓬鍇，李家豪，王新鑫，董勝君

（1. 沈陽農業大學 林學院，遼寧 沈陽 110866；2. 遼寧省喀左縣林業種苗管理站，遼寧 喀左 122300）

西伯利亞杏Armeniaca sibirica（L.）Lam.是薔薇科杏屬植物，是亞洲特有的生態經濟型樹種[1]。西伯利亞杏具有較強的防風固沙和水土保持能力[2]，對生態環境較為脆弱的干旱、半干旱地區具有重要作用[3]，且其杏仁含有豐富的苦杏仁甙，是世界公認的能防癌、抗癌的天然活性物質[4]。

果樹的花芽分化是其營養生長過渡為生殖生長的標志[5]，花芽分化期主要包括兩個時期：一是生理分化期，即多年生木本植物完成營養物質積累后的莖尖分生組織經誘導發育為花序分生組織并為形態分化提供物質基礎的過程，此階段其形態并無明顯變化，因此也可稱作未分化期；二是形態分化期，此階段花器官原基陸續分化、生長為花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊，最終發育為完整的花器官[6-7]?；ㄑ糠只谑侵参锷L發育過程中至關重要的階段，花芽分化是植物生殖發育的基礎[8]。目前關于杏屬植物花芽分化的研究報道較多：劉少華等[9]對銀香白花芽分化進程的研究結果表明，其花芽分化始于7月中旬，至9月下旬分化完成，歷時約70 d；Distefan等[10]認為，花芽分化進程的快慢對植物開花時間的早晚具有重要影響；孫浩元等[11]的研究結果表明，開花較早可能會遭受晚霜危害，嚴重影響其產量。杏屬植物開花受氣候、地理條件的影響較大[12-13]，其花期一般集中為3月下旬—4月上旬，且受生長素、赤霉素等多種激素的調控[14-15]，故其不完全花比例較高且不同品種間的差異較大。為給西伯利亞杏屬植物花期的合理調控提供技術指導，以不同種源的西伯利亞杏無性系為研究對象，采用石蠟切片技術對其花芽形態分化進行解剖學觀察，分析花芽分化規律及不同無性系間的差異情況，監測花期物候進程，研究花器官開花生物學特性，測定其生長素含量，現將研究結果分析報道如下。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地為遼寧省喀左縣，地處遼西半干旱地區，東經 119°51′26″，北緯 41°02′59″，海拔 300 ～400 m，該地呈低山丘陵地貌，土壤以棕壤為主。該地屬溫帶大陸性季風氣候區，年均氣溫8.7 ℃，植物生長期（4—9月）的降水量約為451.6 mm，占全年降水總量的92%。年均日照時數為2 808 h，無霜期144 d。該地區的主要木本植物有西伯利亞杏、酸棗、刺槐、山楂、油松等。

1.2 試驗材料

供試材料來源于沈陽農業大學山杏國家林木種質資源保存庫，分別選取種源與開花特點均不同的西伯利亞杏8號（遼寧省朝陽市）、28號（內蒙古赤峰市）、595號（吉林省吉林市）、622號（山西省陽泉市）、626號（山西省陽泉市）無性系，其樹齡為6～7年，株行距均為2 m×3 m，長勢良好。

1.3 試驗方法

1.3.1 花芽采集

于2020年7月5日—10月26日，每隔7～10 d采樣1次，共采樣15批次，每次的采樣時間均為8:00—10:00時，每批次在每個無性系樹冠外圍各隨機采集飽滿的花芽30個，用FAA固定液（50%乙醇∶冰醋酸∶福爾馬林=90∶5∶5）固定，保存。

1.3.2 石蠟切片的制作

參考常規石蠟切片法并加以改進，將固定液中的花芽取出，放入盛有50%乙醇的培養皿中，用鑷子剝去鱗片，之后按照脫水—透明—浸蠟—包埋—切片—貼片—展片—脫蠟—復水—染色—脫水—透明—封片—晾干的步驟制作切片，并在Olympus BX51電子體視顯微鏡下進行鏡檢、拍照。采用連續縱切法切片，選取花芽最中間的切片進行拍照保存，將每批次采集的每個無性系的花芽樣品各制作成3張切片。

1.3.3 開花物候期的觀測與劃分

于2021年的3—4月對5個西伯利亞杏無性系的開花物候期分別進行觀測，并參考辣椒杏[15]、山杏[16]物候期的劃分標準，將其開花物候期劃分為花芽萌動期（5%的花芽開始膨大）、露紅期（5%的花萼露出）、露白期（5%的花瓣露出）、始花期（5%的花瓣完全開放）、盛花期（25%的花瓣完全開放）、末花期（75%的花瓣變色及開始脫落）共5個時期。

1.3.4 花期的調查

于2021年的盛花期，每個無性系各隨機選擇10朵完全盛開的花，觀察其花瓣、花萼、花藥、花絲顏色、花瓣褶皺、雌蕊的發育程度（僅需目測比對雌、雄蕊的長度即可），并使用數顯卡尺測定花徑（cm），同時計數雌蕊、雄蕊、花瓣的數量。

1.3.5 完全花比例的調查

于2021年的盛花期，每個無性系各選取3株樣木，作為3次重復，分別調查每株樣木的花束狀果枝（＜5 cm）、短果枝（5～15 cm）、中果枝（15～30 cm）、長果枝（＞30 cm）這4類果枝上的完全花，每株樣木每類果枝各調查25朵花，計算完全花（雌蕊長于或等于雄蕊的為完全花，低于雄蕊或者退化的為不完全花）的比例。

1.3.6 生長素的測定

于2021年的盛花期，分別采集28號、595號無性系完全盛開的花，充分研磨后加入內標混合液，經渦旋—離心—濃縮—復溶后，過0.22 μm的濾膜，置于進樣瓶中，采用高效液相色譜-質譜聯用儀（QTRAP 6500+，SCIEX）測定生長素類激素的含量，每個無性系的測定各設3次生物學重復。

1.4 數據處理

使用Excel 2021軟件對觀測到的花器官數據進行整理與統計，計算完全花的比例；采用SPSS 22.0軟件對不同無性系樣木不同類型果枝上的完全花比例進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 西伯利亞杏花芽分化進程的解剖學觀察

6個西伯利亞杏無性系的花芽分化進程均可分為未分化期、花原基分化期、萼片分化期、花瓣分化期、雄蕊分化期、雌蕊分化期共6個時期，對其花芽在此6個時期的石蠟切片進行觀察，結果如圖1所示，西伯利亞杏花芽在此6個時期的分化特征描述如下。

1）未分化期的花芽分化特征：芽內生長錐的寬大于高，錐尖呈拱形；生長錐旁邊有大量逐次向外排列的、不同發育階段的葉原基，最外層被鱗片緊緊包圍（圖1a）。

2）花原基分化期的花芽分化特征：前期，與未分化期的花芽相比，芽內生長錐體積增大且向上微微隆起，縱切面呈半圓形，生長錐旁邊的葉原基較未分化期的少（圖1b）；后期，生長錐伸長，頂部變寬且趨于平緩，縱切面呈近似等腰梯形（圖1c）。

3）萼片分化期的分化特征：生長錐頂部周圍形成大小不一的明顯突起物，縱切面上表現為生長錐兩端突起，這個突起物就是萼片原基，同時，葉原基消失（圖1d）。

4）花瓣分化期的花芽分化特征：花芽內萼片原基向上伸長并向內彎曲，在彎曲的內側底部分化出多個小突起，即花瓣原基，表明花芽已經進入花瓣分化期（圖1e）。

5）雄蕊分化期的花芽分化特征：前期，花芽內花萼原基繼續向上生長并且向內彎曲，同時內部出現大量突起物，即雄蕊原基（圖1f）；中期，雄蕊原基向兩側延伸，頂端不斷膨大，形成孢原細胞，縱切面呈橢圓形（圖1g—h）；到后期，雄蕊原基不斷膨大，孢原細胞平周分裂形成造孢細胞和周緣細胞（圖1i—j）。

6）雌蕊分化期的花芽分化特征：前期，花芽在不斷分化生長，內卷的花萼原基張開，在生長錐底部平坦的中心產生很小的突起，即組成雌蕊的心皮原基（圖1g）；中期，雌蕊心皮原基在底部繼續由側邊向中間卷合，并向上伸長形成花柱（圖1i）；后期，花柱繼續向上生長，同時花柱底部膨大，中心出現空室，即子房（圖1j）。

圖1 西伯利亞杏花芽分化的解剖學觀察結果Fig. 1 Anatomical findings of flower bud differentiation process in A. sibirica

2.2 西伯利亞杏的花芽分化進程

5個西伯利亞杏無性系花芽在其6個分化時期的分化進程見表1。由表1可知，5個西伯利亞杏無性系花芽分化時間為7月中旬—10月中旬，各個無性系花芽的分化由快至慢依次為：622號＜28號=626號＜8號＜595號。其中，8號、28號無性系花芽開始分化的時間均最早（7月12日）；595號無性系的次之（7月21日）；622號、626號無性系的最晚，分別為8月11日、8月18日，較8號、28號的晚30 d左右。28號于7月21日最早進入萼片分化期，8號、595號均于7月28日進入萼片分化期，而622號、626號均于8月中下旬進入萼片分化期。進入花瓣分化期的時間，28號無性系依舊最早，其余各個無性系也均于8月進入花瓣分化期；且各個無性系花芽進入萼片分化期與其進入花瓣分化期的時間約有7 d重疊。各個無性系進入雄蕊分化期的時間出現了較大差異，28號最早（8月4日），8號、595號均稍晚（8月18日），622號、626號均最晚（9月1日），按花芽進入雄蕊分化期的具體時間可將5個無性系的雄蕊分化期分為3個時間段，每個時間段之間相差14 d，而各個無性系雄蕊分化結束的時間卻略有不同。各個無性系花芽在雌蕊分化期的表現與其在雄蕊分化期的表現類似，即28號最早（8月11日），8號、595號（8月25日）均稍晚，622號（9月1日）較晚、626號（9月9日）最晚；同時，這一時期與雄蕊分化期的時間重疊度較高，重疊時間為15～36 d，各無性系的重疊時間平均為25 d。此外，28號無性系花芽分化完成的時間最早（9月9日），而626號花芽分化完成的時間最晚（10月16日）。

5個西伯利亞杏無性系在不同花芽分化時期的持續時間如圖2所示。由圖2可知，8號、28號、595號的花原基分化期、萼片分化期、花瓣分化期均持續15～17 d，而622號、626號在此3個時期的持續時間均為8 d。各個無性系雄蕊分化期、雌蕊分化期的持續時間均長于其在前3個時期的持續時間，且其雌蕊分化期的持續時間最長。其中，8號雄蕊分化期、雌蕊分化期的持續時間均最短，均約20 d；28號、622號、626號雄蕊分化期、雌蕊分化期的持續時間均約30 d；而595號于此2個時期的持續時間均最長，均約40 d。

表1 西伯利亞杏花芽分化進程Table 1 Process of bud differentiation in A. sibirica

圖2 5個西伯利亞杏無性系在不同花芽分化時期的持續時間Fig. 2 Duration of five A. sibirica clones at different periods of bud differentiation

由表1與圖2可知，28號無性系的花芽分化較早，且其在各個分化時期的分化進程均較快，因此其分化期（59 d）較短；622號、626號無性系進入花原基分化期的時間均較晚，而其在各個分化時期的分化進程也都較快，因此其分化期與28號的均基本一致；但是，595號無性系的分化進程與28號、622號、626號的分化進程均相反，595號無性系進入花原基分化期的時間稍晚，而其雄蕊分化期、雌蕊分化期的持續時間均最長，因此595號花芽分化期的持續時間（79 d）最長。

2.3 西伯利亞杏的開花物候期

5個西伯利亞杏無性系的開花物候期見表2。由表2可知，5個西伯利亞杏無性系的花芽均在3月中旬發生萌動而進入花芽膨大期，3月下旬其鱗片裂開，花萼頂端露出，進入露紅期，3月末萼片頂端開張，可見花瓣，到達露白期，4月初花朵開放，各個無性系由始花期進入盛花期的時間均較短，一般為2～4 d，而其盛花期的持續時間為4～5 d，4月中旬其花朵全部脫落，花期結束，此期的持續時間為9～11 d。各個無性系進入各個物候期的時間及其持續時間均僅相差1～3 d，其中，28號、595號的均較早，8號、622號、626號的均較晚。

2.4 西伯利亞杏花器官特征

西伯利亞杏各無性系花器官均表現為花瓣白色、不褶皺，花萼紅褐色，花絲白色，花藥黃色（表3），除28號無性系雌蕊高于雄蕊外，其余均為雌蕊低于雄蕊。數量性狀方面，各無性系每朵花均具有1個雌蕊；除622號無性系花瓣出現變異（為六瓣花）外，其余無性系花瓣均為五瓣花；595號無性系的花徑（2.19 cm）極顯著小于其他無性系的，而其他無性系間其花徑無顯著性差異；各個無性系之間雄蕊數量的差異較小，其雄蕊數由多至少的順序為：622號（32個）＞8號（31個）＞626號（30個）＞595號（29個）＞28號（28個）。

2.5 西伯利亞杏完全花的比例

5個西伯利亞杏無性系不同類型果枝的完全花比例的統計結果見表4。由表4可知，5個西伯利亞杏無性系各種類型果枝的完全花比例總均值為33.16%，不同無性系間完全花比例的差異較大。無性系的完全花比例，28號（99.42%）極顯著高于其他無性系，是626號（28.59%）的3.44倍；626號（20.33%）極顯著高于622號（20.33%）、8號（13.99%）、595號（3.50%），622號顯著高于8號、極顯著高于595號，而且8號極顯著高于595號。

表2 5個西伯利亞杏無性系的開花物候期Table 2 Flowering phenology of five A. sibirica clones

表3 5個西伯利亞杏無性系的花器官特征?Table 3 Flower organ characteristics of five A. sibirica clones

表4 5個西伯利亞杏無性系不同類型果枝的完全花比例?Table 4 The complete flower ratio in different fruiting branches of five A. sibirica clones %

由表4還可知，西伯利亞杏各類果枝的完全花比例由高到低依次為：花束狀果枝（46.66%）、短果枝（32.24%）、中果枝（27.25%）、長果枝（24.84%）。各個無性系完全花比例最高的果枝均為花束狀果枝，其中8號、622號、626號花束狀果枝的完全花比例均極顯著高于其自身其他果枝類型的，595號花束狀果枝的完全花比例顯著高于其自身長果枝的。8號、595號、622號中果枝、長果枝的完全花比例均低于28號、626號的，其中8號中果枝、長果枝的完全花比例均為0，595號、622號長果枝的完全花比例也均為0。28號各類果枝的完全花比例均最高，且其花束狀果枝、短果枝、長果枝的完全花比例均達到100%，其各類果枝間完全花比例無顯著性差異。

2.6 西伯利亞杏花內各種生長素的含量

28號與595號西伯利亞杏無性系盛花期花內的生長素含量見表5。由表5可知，在西伯利亞杏的盛花期，28號無性系花內吲哚-3-乙酸（IAA）、吲哚乙酸-天冬氨酸（IAA-Asp）和生長素（auxin）的總含量分別為215.97、5.36與226.16 ng/g，595號無性系花內IAA、IAA-Asp和生長素的總含量分別為77.59、3.67與87.45 ng/g，28號無性系的均極顯著高于595號無性系的，而28號與595號無性系間其N-(3-吲哚乙?；?-L-丙氨酸（IAA-Ala）、吲哚-3-乙酸甲酯（MEIAA）含量均無顯著差異，28號無性系的吲哚乙酸-甘氨酸（IAA-Gly）含量顯著低于595號無性系的，且28號無性系的IAA含量是595號IAA含量的2.78倍。

表5 28號與595號西伯利亞杏無性系盛花期花內的生長素含量?Table 5 The content of Auxin in A. sibirica flower at the full blooming stage ng/g

3 討論與結論

3.1 討 論

花芽分化是一個極為復雜的過程，生理分化完成后，植株受體內激素調控和外界條件刺激，逐漸分化出花芽和葉芽，進入形態分化期，各花器官逐步分化、生長，最終發育成為一個完整的花器官[8]。目前對植物花芽分化進程的劃分并沒有確切的標準，但是，前人一般按照花器官由外至內、按其形成時間由早及晚的順序，將花芽的形態分化過程分為未分化期、花原基分化期、萼片分化期、花瓣分化期、雄蕊分化期、雌蕊分化期這6個時期[17]，雖然有部分研究報道對某一分化階段的稱謂可能有所不同，但是對某一分化階段的分化表現與特征的描述基本一致。研究結果表明，供試的5個西伯利亞杏無性系花芽形態分化過程也可分為上述的6個時期，同時參考孫建云等[18]對李花芽分化進程的劃分標準，將西伯利亞杏花原基分化期又分為分化初前期、分化初后期兩個時期。此外，為了詳盡描述其花芽雄蕊、雌蕊的分化特征，本研究還根據雄蕊、雌蕊形態的分化特點將雄蕊分化期和雌蕊分化期均分為前期、中期、后期這3個時期。

研究結果表明，5個西伯利亞杏無性系花芽形態分化的時間為7月中旬—10月中旬，集中為7月下旬—9月中旬，其花芽分化進程與串枝紅、銀香白[9]的表現相似，但其進入分化期較辣椒杏[19]晚30 d左右。8號、28號、595號無性系的花瓣分化期均在8月中旬結束，而李光杏[8]、早熟黑葉杏[9]的花瓣分化期可持續至9月初。622號、626號無性系的花原基分化期、萼片分化期、花瓣分化期均為8 d，其持續時間均短于其他3個無性系的，而與龍王帽[20]的研究結果（10 d）相近，可能因為622號、626號無性系均為山西種源，與龍王帽的種源地（陜西）相近。Bartolini等[21]分別于夏、秋季對普通杏進行水分脅迫試驗，結果表明，水分脅迫可導致其花芽分化進程滯后甚至停止。此外，Zhang等[22]的研究結果表明，含氮化合物有利于核桃花芽的分化；袁小軍等[23]認為，施加氮磷鉀可以促進油茶花芽的分化；Xiao等[24]發現，麻風樹雌花原基在最初發育時需要細胞分裂素（CTK）的誘導，而發育后期只需較低濃度的CTK。同為西伯利亞杏的8號、28號、595號、622號、626號無性系其花芽分化各時期的起止時間、持續時間相差較大的原因可能是其自身抗性不同、對養分需求不同或自身激素含量不同，因此應根據不同無性系花芽發育狀態制訂適時、合理的栽培管理方案，如采取適時整形修剪、合理施肥灌溉等措施以促進西伯利亞杏花芽的形態分化。

研究中發現，遼寧喀左地區的西伯利亞杏花芽于3月中旬開始萌動發育，4月初進入花期，持續約10 d，其開花物候期與新疆伊犁的野生杏群體[12]的相近，比陜西周至的栽培杏[9]晚20 d左右，較內蒙古和林的西伯利亞杏[25]早15 d左右，這可能與各地經緯度、海拔等地理條件以及氣溫、降水等氣候因子[13]或者自身遺傳特性[26]不同有關。此外，供試的西伯利亞杏各無性系的開花物候期較為一致，其花期集中于4月上旬，有利于在花期統一進行避霜凍管理。

西伯利亞杏各無性系的花瓣、花絲、花藥、花萼顏色一致，但8號、28號、595號、626號的花瓣均為典型的五瓣花，而622號的花瓣發生變異，為六瓣花。劉華堂等[27]根據花冠直徑（D）將39個杏品種花的類型劃分為大型花（D＞3.0 cm）、中型花（2.5 cm≤D≤3.0 cm）、小型花（D＜2.5 cm）這3類，據此，8號、28號、622號、626號的花瓣均為中型花，而595號的花瓣則為小型花。

杏屬植物易分化形成花芽，但不同品種間其完全花比例往往不同[15]，并且同一品種不同類型果枝間也有較大差異[28]。研究中發現，西伯利亞杏不同無性系間完全花比例的差異顯著，這可能與各品種、無性系間遺傳特性不同有關。西伯利亞杏不同類型果枝間完全花比例的差異較大，具體表現為：花束狀果枝（46.66%）＞短果枝（32.24%）＞中果枝（27.25%）＞長果枝（24.84%）。這一觀測結果與劉立強等[29]對新疆杏的研究結果一致。但是，張鑫等[13]觀察發現，山杏不同類型果枝的完全花比例的大小順序為長果枝＞花束狀果枝＞短果枝＞中果枝，這可能與杏樹自身樹體結構、營養分配不均等因素的影響有關。因此，可根據花期物候進程及氣候條件，針對杏樹可采取適度的枝條修剪、合理施肥等措施以促花?；?，從而提高其完全花比例，提高其坐果率和果實產量。

生長素在植物雌蕊形態形成與生長發育中具有重要作用。Shi等[30]在對果梅可育花與敗育花差異基因的篩選中發現，59個基因參與了生長素信號通路，并且可育雌蕊中生長素的含量（50.03 ng/g）顯著高于敗育雌蕊的（28.29 ng/g），表明缺少生長素可能導致雌蕊敗育。本研究在西伯利亞杏盛花期選取完全花比例最高的28號（99.42%）與最低的595號（3.50%），對其生長素類激素的含量進行測定，結果表明，28號的IAA、IAA-Asp、總含量均極顯著高于595號的，且28號的IAA含量是595號的2.78倍，表明IAA可能是595號完全花比例低的影響因素，這一測定結果與慶軍等[5]、Shi等[30]的研究結果均一致。

本研究僅從形態學方面觀測西伯利亞杏花芽分化及開花物候進程，并未深入研究其內在機理，今后可進一步測定其花芽內碳水化合物等養分或其他種類激素的含量，以深刻剖析其原因，從而合理調控其花期。

3.2 結 論

西伯利亞杏花芽分化時期可分為未分化期、花原基分化期、萼片分化期、花瓣分化期、雄蕊分化期、雌蕊分化期這6個時期，其花芽分化集中于7月下旬—9月中旬，但不同無性系進入不同分化時期的起止時間和持續時間不同，且其各個時期具有明顯的重疊現象。西伯利亞杏于3月中旬進入花芽膨大期，4月上旬進入始花期，其花期持續約10 d，且各個無性系間的物候基本一致，可統一進行花期調控等栽培管理措施。西伯利亞杏不同無性系間完全花比例的差異較大，同一無性系不同類型果枝完全花比例的大小順序表現為：花束狀果枝＞短果枝＞中果枝＞長果枝。因此，在西伯利亞杏無性系的栽培管理中，應采取有針對性的修枝、促花、?；ǖ却胧?。