羅丹，馬曉蕾，牛靜，劉安達(dá)，張釗，劉家浩，楊國(guó)正

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，武漢430070）

棉花是全世界廣泛栽培的纖維作物，同時(shí)也是我國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)作物。棉花最有價(jià)值的部位是其種殼上裹著的棉纖維，而花芽分化是棉鈴和纖維產(chǎn)量形成的根本。花芽分化作為棉花生命周期中一個(gè)重要的階段，分化的開(kāi)始標(biāo)志著棉株從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變;其分化快慢、 分化數(shù)目以及質(zhì)量都直接決定其產(chǎn)量的高低[1]。 花芽分化的時(shí)間又可作為棉種早熟性的判斷依據(jù)[2]，其分化時(shí)間的遲與早也影響到何時(shí)結(jié)鈴，分化的多與少又決定產(chǎn)量的高與低，可見(jiàn)在棉花的產(chǎn)量和質(zhì)量方面，花芽分化扮演著重要的角色。

棉花的花芽分化是棉花生長(zhǎng)周期中關(guān)鍵階段，包含著許多形態(tài)和生理方面的復(fù)雜變化，同時(shí)又可受到多種內(nèi)外因子的調(diào)節(jié)，如營(yíng)養(yǎng)狀況、內(nèi)源激素、溫度、水分、光照等。 目前已有研究通過(guò)外部因子如溫度的高低、光照的強(qiáng)弱、光照的長(zhǎng)短和光照質(zhì)量，以及內(nèi)在因子如營(yíng)養(yǎng)狀況與水分、激素種類(lèi)等對(duì)蔬菜、花卉及水果幼苗進(jìn)行花期調(diào)控，并提出了促進(jìn)其花芽分化的技術(shù)措施。因此了解棉花花芽分化的形態(tài)變化過(guò)程和內(nèi)外調(diào)控因子對(duì)于保證大田中棉株的花芽分化能夠順利進(jìn)行花的數(shù)量和質(zhì)量以及可能采取的人工調(diào)控花芽分化的技術(shù)均具有重要指導(dǎo)意義。

1 棉花花芽分化及分化時(shí)期

1.1 棉花花芽分化

棉株生長(zhǎng)到某個(gè)特定時(shí)期后，頂部葉腋的腋芽由葉芽的分化狀態(tài)向花芽的分化狀態(tài)轉(zhuǎn)化，首先分化出花原基， 由外向內(nèi)逐漸分化出各個(gè)花器原基，已分化好的花器原基再進(jìn)一步發(fā)育構(gòu)成完整的花器，直到現(xiàn)蕾開(kāi)花才完成整個(gè)花器的發(fā)育。

Lang[3]于1952 年將植物花的發(fā)育過(guò)程劃分成花原基的伸長(zhǎng)、花器官分化、花成熟和開(kāi)花4 個(gè)階段。實(shí)際上，在花原基未伸長(zhǎng)前，植株頂部分生組織由分化出葉片、腋芽的生理狀態(tài)轉(zhuǎn)化為花芽的生理狀態(tài)，即花誘導(dǎo)，把這個(gè)過(guò)程稱(chēng)之為生理分化。植物生長(zhǎng)到某個(gè)特定的時(shí)間后就會(huì)由葉的生理和組織形態(tài)轉(zhuǎn)化成花的相關(guān)形態(tài)，然后發(fā)育成各層花器的最初生長(zhǎng)雛形，此變化被稱(chēng)作花芽分化[4]。

棉花的花芽是由棉花的腋芽發(fā)育而來(lái)的，棉花的腋芽有可能發(fā)育為葉枝也有可能發(fā)育成果枝，若生長(zhǎng)錐體積較小且近似圓錐形則為葉枝，若其體積偏大且組織頂端平坦呈圓柱形則可發(fā)育成果枝[5]。當(dāng)觀察到棉株已有8～10 個(gè)葉 （包括幼葉和展開(kāi)葉），此時(shí)展平第3 片主莖葉時(shí)（子葉除外），除去子葉，從下往上數(shù)，發(fā)育為果枝原基的腋芽原基大概在第5～7 主莖葉腋處[6]。 高璆等[7]根據(jù)對(duì)棉苗主莖葉葉腋處的組織鏡檢發(fā)現(xiàn)，棉苗全株第一朵花的分化，始于第2～3 片真葉平展時(shí)。從棉苗生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)間來(lái)看，此時(shí)約在出苗后的20～25 d。

1.2 棉花花芽分化期的劃分

對(duì)于棉花花芽分化進(jìn)程的劃分，曹大銘等[8]認(rèn)為，可按由外向里從苞片到心皮的劃分順序?qū)⒒ㄆ饕来蝿澐?；以單個(gè)花器原基的開(kāi)始為基點(diǎn)，可將棉花的花芽分化按花器的發(fā)育順序劃為6 個(gè)時(shí)期。后來(lái)，也有研究又將其修正為10 期[9]：即將苞片細(xì)化，在先前的基礎(chǔ)上增加花瓣和雄蕊的共同分化、雌蕊和胚珠的形成時(shí)期。 但6 個(gè)時(shí)期的劃分方法，仍被廣泛接受[10]，即棉花花芽分化依次分為花原基伸長(zhǎng)、苞片分化、花萼分化、花瓣分化、雄蕊分化和心皮分化6 個(gè)時(shí)期。

2 棉花花芽分化的機(jī)理

2.1 碳氮比學(xué)說(shuō)

在20 世紀(jì)初，有研究認(rèn)為，在控制植物的開(kāi)花方面， 碳水化合物和含氮化合物的比值起決定作用，即碳氮比（C/N）學(xué)說(shuō)[11]。當(dāng)植物體內(nèi) C/N 比值高時(shí)，有助于形成花器官，提早促進(jìn)開(kāi)花；若C/N 小時(shí)，則有助于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，推遲開(kāi)花[12]。

但是，C/N 學(xué)說(shuō)不能解釋短日照植物在長(zhǎng)日照下不能開(kāi)花的現(xiàn)象。

2.2 激素平衡假說(shuō)

關(guān)于激素對(duì)花芽分化的作用，迄今為止，許多研究者都認(rèn)為單獨(dú)的某一種激素并不能主宰植物的開(kāi)花，而是有多種激素在時(shí)間上、空間上綜合作用所決定的。

有研究表明[13]，CTK（細(xì)胞分裂素 Cytokinin）與GAs（赤霉素 Gibberellin）的 CTK/GAs（細(xì)胞分裂素/赤霉素）比值控制花芽分化。 即當(dāng)花芽分化時(shí)，由于頂端分生區(qū)的GAs 合成停止導(dǎo)致其含量減少，使該部位所產(chǎn)生的CTK 含量增加。 正是達(dá)到了這種相對(duì)平穩(wěn)環(huán)境，才得以使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的代謝得到控制， 進(jìn)而作用于花芽分化。 相關(guān)研究顯示，當(dāng)CTK/GAs、CTK/IAA（生長(zhǎng)素 Auxin）、ABA（脫落酸Abscisic Acid）/GAs、ABA/IAA 的比值處于較高水平時(shí)，才能有助于花芽的分化和完成。 但任桂杰等[14]認(rèn)為，在棉花的花器官建成過(guò)程中ABA/IAA、GA3/IAA、CTK/IAA 起著至關(guān)重要的作用， 當(dāng)增加植物體內(nèi)的 ABA、GA3、CTK 的含量或使 IAA 的含量降低，都有利于棉花花芽分化；反之則抑制棉花的花芽分化。

2.3 遺傳基因控制學(xué)說(shuō)

遺傳基因控制著花器官組織雛形的產(chǎn)生與分化，有研究表明，分生組織開(kāi)始分化成花時(shí)，某些基因?qū)D(zhuǎn)變成花起著決定性作用。由于細(xì)胞分裂期間核酸代謝最為重要，因此生長(zhǎng)點(diǎn)內(nèi)核苷酸物質(zhì)在花孕育的期間含量增加[15]。 張衡鋒等[16]發(fā)現(xiàn)，番紅花的花芽分化過(guò)程中，RNA （核糖核酸 Ribonucleic acid） 質(zhì)量分?jǐn)?shù)和RNA/DNA （脫氧核糖核酸Deoxyribonucleic acid）（質(zhì)量分?jǐn)?shù)比） 先升高后降低，DAN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)“升-降-升”的變化趨勢(shì)。楊暉等[17]認(rèn)為杏芽體和葉片中的DNA 含量均在花芽的生理分化末期達(dá)到最大值。

3 影響棉花花芽分化的內(nèi)外調(diào)控因子

棉花由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)進(jìn)入生殖生長(zhǎng)，必須通過(guò)復(fù)雜的生理生化變化和形態(tài)結(jié)構(gòu)變化方可在一定部位形成花芽，這個(gè)階段是棉株內(nèi)外因子共同作用的結(jié)果。

3.1 內(nèi)在因素

3.1.1基因型。棉花品種因基因型而千差萬(wàn)別。 李威[18]通過(guò)觀察結(jié)果表明，早期成熟的中棉所36 的花原基是在其展開(kāi)2 片真葉時(shí)開(kāi)始分化的，而晚期成熟的TM-1 的花芽開(kāi)始于3 片真葉平展時(shí)。 劉陽(yáng)陽(yáng)[19]研究黃河流域4 種棉花主栽品種的花芽分化，也證實(shí)不同的品種初始分化時(shí)間和分化節(jié)位不同。吳嫚[20]通過(guò)鏡檢也發(fā)現(xiàn)棉花早熟品種的花芽分化在晚熟品種發(fā)生花芽分化之前發(fā)生。

3.1.2內(nèi)源激素。植物體內(nèi)的激素多種多樣，IAA、GA、CTK、ABA 則是調(diào)節(jié)植物進(jìn)行成花主要激素。董合忠等[21]研究棉花花芽分化過(guò)程中的IAA 含量變化發(fā)現(xiàn)4 個(gè)供試品種在開(kāi)始花芽分化時(shí)，主莖頂芽IAA 含量顯著降低。任桂杰等[10]從子葉平展后到花芽的產(chǎn)生，持續(xù)測(cè)定莖尖內(nèi)部的ABA 及IAA 的含量，發(fā)現(xiàn)在花芽形態(tài)分化的初期，內(nèi)源ABA 含量達(dá)到峰值，而內(nèi)源IAA 含量卻達(dá)到低谷，表明內(nèi)源ABA 含量上升或IAA 含量下降， 均可推動(dòng)棉花的花芽分化。 任桂杰等[14]又發(fā)現(xiàn)從子葉展平后到可見(jiàn)花芽，ABA、IAA、GA3、CTK 的含量皆呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)，其中 ABA、GA3和 CTK（iPA、ZR）在花芽分化臨界期，其含量都最高；而IAA 則在花芽分化臨界期含量最低。 ABA/IAA、GA3/IAA、CTK/IAA 的比值從子葉展平起， 它們的比值呈現(xiàn)上升趨勢(shì)， 直到花芽開(kāi)始形態(tài)分化時(shí)呈現(xiàn)最大值，且隨著各花器的分化其含量逐漸降低，然后維持在一個(gè)平衡狀態(tài)。

3.1.3碳水化合物。碳水化合物的積累在植物的成花階段扮演著重要角色， 既可以作為結(jié)構(gòu)物質(zhì)，又可供給所需要的能量。 有研究認(rèn)為，碳水化合物在花芽分化中占有重要地位，它是啟動(dòng)分生組織開(kāi)始分化成花的關(guān)鍵因素，可以作為分生組織開(kāi)始分化成花的啟動(dòng)子[22]。 蔡中芳等[23]發(fā)現(xiàn)龍眼葉片中的淀粉含量在其花芽分化過(guò)程中表現(xiàn)出顯著的降低趨勢(shì)，而在芽體中呈上升趨勢(shì)。 有研究發(fā)現(xiàn)淀粉是棉花葉、苞片和花蕾中占主導(dǎo)地位的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物，隨著棉鈴的增加，對(duì)位葉中非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的含量也在增加[24]。 曾輝等[25]發(fā)現(xiàn)枝條和葉片中大量的可溶性糖對(duì)堅(jiān)果的花芽分化有促進(jìn)作用。也有研究曾報(bào)道，碳水化合物在調(diào)節(jié)果樹(shù)的成花方面也有影響[26-27]。Wang 等[28]對(duì)郁金香的花芽分化研究發(fā)現(xiàn)，碳水化合物在郁金香花芽分化初期達(dá)到峰值，之后下降。

3.2 外在因素

除內(nèi)因外，對(duì)花芽分化有影響作用的外因也是錯(cuò)綜復(fù)雜的。在植物分生組織由營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)向生殖狀態(tài)的過(guò)程中，幾乎每一個(gè)外因都對(duì)植物的成花有影響。當(dāng)前，在眾多影響因子中，對(duì)溫度和光研究的較多，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與外源激素相關(guān)方面的研究也普遍存在。

3.2.1溫度。許多研究者針對(duì)栽培作物的開(kāi)花與溫度之間的關(guān)聯(lián)性作了一系列探討。 莫丹等[29]認(rèn)為氣候條件可對(duì)10 月底開(kāi)花的菊花產(chǎn)生影響。 2010 年黃東華等[30]研究溫度和光照與金邊瑞香花芽分化的關(guān)系時(shí)，得出日照長(zhǎng)度不能控制開(kāi)花，而溫度才是控制其開(kāi)花方面的主導(dǎo)因子， 在20～25 ℃條件下該植物的每個(gè)分化過(guò)程才可順利完成，10～18 ℃植株將一直停留在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段。

較高溫或者較低溫都會(huì)阻礙花發(fā)展。某些植物則要經(jīng)過(guò)一段持續(xù)時(shí)間的低溫才能看到花蕾，這就是所謂的春化作用。國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)某些特定植物必須給予特定的低溫條件才可順利開(kāi)花，例如黑麥草等植物[31]。 楊暹等[32]發(fā)現(xiàn)，苗期的氣候與白花芥藍(lán)的生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)， 低溫能夠加速芥藍(lán)的花芽分化，溫度越高花芽開(kāi)始分化的時(shí)間越晚，則分化時(shí)的葉位也越高， 因此與植株相匹配的溫度可促進(jìn)植株生長(zhǎng)，提高菜薹產(chǎn)量與品質(zhì)。 侯金星等[33]研究發(fā)現(xiàn)，大白菜花芽的分化時(shí)間可在低溫處理?xiàng)l件下提前，并且花芽的分化時(shí)間也會(huì)隨著溫度的變化發(fā)生改變。 宋崢[34]研究油菜的花芽分化發(fā)現(xiàn)，油菜萌動(dòng)種子接受低溫處理能提早花芽分化；除種子外，幼苗也可在低溫作用下提早其花芽， 且作用的時(shí)間較長(zhǎng)，分化的時(shí)間越靠前。 鄭寶強(qiáng)等[35]發(fā)現(xiàn)，石斛蘭在高溫26 ℃/21 ℃作用下其花芽的分化受到抑制，在22 ℃/17 ℃作用下，若要使花芽分化順利進(jìn)行則需56 d，在低溫 18 ℃/13 ℃作用下，只需 35 d。

關(guān)于溫度對(duì)棉花花芽分化的影響，劉鳳學(xué)[36]研究表明，未開(kāi)始花芽分化階段，在達(dá)到一定的最低日溫條件下，隨日溫上升，導(dǎo)致氣溫日較差越大，陸地棉品種北農(nóng)一號(hào)的腋芽發(fā)育成葉枝的潛力就越大， 始果枝節(jié)位就越高； 反之， 越適宜的溫度（24℃），導(dǎo)致氣溫日較差越小，則長(zhǎng)成果枝的潛力越大，使始果枝節(jié)位越低。沈仍愚等[9]研究也證實(shí)了這一結(jié)果，認(rèn)為在控制溫度的情況下，較高或較低的條件下可導(dǎo)致升高滬棉204 始果枝節(jié)位，在開(kāi)始分化的初始階段的最適宜的溫度為日平均22～25 ℃，夜溫超過(guò) 18 ℃、晝溫低于 30 ℃，所以提前或推后播種，皆使始果枝節(jié)位升高。

3.2.2光照。光照是植物生長(zhǎng)發(fā)育中必要環(huán)境生長(zhǎng)因子，其提供的能量為光合作用所需；除此以外，它還可以促使葉片產(chǎn)生光信號(hào)以保證植物順利完成生長(zhǎng)、發(fā)育。 朱玲俐等[37]研究發(fā)現(xiàn)，光周期可以有效調(diào)節(jié)萬(wàn)壽菊花芽分化的時(shí)間，并且在某個(gè)特定范圍內(nèi)日照時(shí)間越短，開(kāi)花越早，花期也相應(yīng)變長(zhǎng)。關(guān)于光照對(duì)棉花花芽分化的影響，劉鳳學(xué)等[38]的研究表明，棉苗生長(zhǎng)在8～14 h 的日照長(zhǎng)度范圍內(nèi)，光照時(shí)間越短， 側(cè)枝越可能發(fā)育為果枝。 Roussopoulos等[39]研究表明，花芽分化除與外界溫度有關(guān)外，還與日照時(shí)間有關(guān)。 吳嫚[20]研究表明，對(duì)GhV1、Gh-CO、GhTM6 這3 個(gè)可能參與了花發(fā)育的基因進(jìn)行不同光照、溫度下QRT-PCR 分析，發(fā)現(xiàn)GhV1 基因?qū)θ照盏姆磻?yīng)敏感，GhTM6 和GhCO基因在短日照處理?xiàng)l件下，對(duì)日照的反應(yīng)不敏感。

3.2.3礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)。礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)在植物的花芽分化中起著重要的作用。 戴良昭等[40]研究發(fā)現(xiàn)，在柑桔花芽的生理分化前和形態(tài)分化期的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀況與翌年花量呈顯著正相關(guān)。 劉大會(huì)等[41]研究表明秋菊對(duì)氮、磷、鉀、鈣和鎂營(yíng)養(yǎng)吸收與分配，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期各營(yíng)養(yǎng)元素主要集中在葉片；隨著植株由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)階段，各元素在根部、花和蕾中含量較高。

棉花果枝始節(jié)位的高低也與礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)有關(guān)。高璆等[42]研究表明，在未播種之前或出苗后5 d 混施N、P、K （1:1:1 或 2:1:1）肥的棉苗，第 1 花原基發(fā)育的時(shí)間比對(duì)照（不施肥）早3～5 d。子葉平展后15 d混施N、P、K 肥的，第一朵花發(fā)育的時(shí)間比對(duì)照（不施肥）晚4～5 d。 沈仍愚等[43]也提出在花芽的初始分化期，如果礦物營(yíng)養(yǎng)匱乏，則會(huì)延遲其分化的時(shí)間。

3.2.4植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。目前對(duì)植物的開(kāi)花起調(diào)控作用的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑已在花卉生產(chǎn)中大量應(yīng)用。葉向斌等[44]研究顯示，NAA＋I(xiàn)BA 和NAA 分別處理葉片表面，可使秋菊的開(kāi)花時(shí)間推遲，隨著藥劑用量的增大，開(kāi)花的時(shí)間推遲。 王輝等[45]研究表明，不同的外源激素噴施香草蘭，6-BA、ABA、IAA 處理都在一定水平上促進(jìn)了香草蘭的花芽分化， 其中以6-BA 最為顯著。 陳炫等[46]報(bào)道，將多效唑和乙烯利分別噴施到荔枝的葉片表面，可使荔枝品種妃子笑抽生冬梢的現(xiàn)象得到控制，提早進(jìn)行花芽分化。 之后，陳炫等[47]又發(fā)現(xiàn)多效唑和乙烯利混合施用對(duì)荔枝的內(nèi)部激素及植株體內(nèi)的碳氮代謝產(chǎn)生作用，混合施用可抑制在冬天抽生新梢， 促進(jìn)花芽分化，提高成花率； 并且能夠提高荔枝樹(shù)內(nèi)源激素ABA 和ZR 的含量、碳水化合物、全氮含量，ABA/IAA、ABA/GA3、ZR/IAA、ZR/GA3、C/N 比值，降低 GA3和 IAA 的含量，從而增加成花的數(shù)量。

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑不僅在調(diào)控果樹(shù)花芽分化方面應(yīng)用，在其它作物的花芽分化方面也有應(yīng)用。 宋崢[34]研究表明，GA3在油菜的幼苗上噴施可使該植物花芽的分化得到促進(jìn)作用，且噴施的量越大則越能夠促進(jìn)。艾氟迪（AFD）不僅可以使棉株體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)保持一個(gè)平衡狀態(tài)， 而且可以調(diào)控脫落酸的生成，從而使蕾、花、棉鈴的脫落數(shù)減少，而且可以從激素水平上調(diào)節(jié)從庫(kù)到源的輸送方向，進(jìn)而提高棉花花芽分化率[48-53]。

4 小結(jié)

棉花的花芽分化是一個(gè)復(fù)雜的從生理變化到形態(tài)建成的過(guò)程，是棉株體內(nèi)各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素組織分配、含量水平及其平衡狀態(tài)改變，以及內(nèi)（遺傳特性）、外（環(huán)境條件）因素相互協(xié)調(diào)、共同作用的結(jié)果。

可見(jiàn)，棉花花芽分化受眾多因素影響，不存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。 因此，應(yīng)該從整體性、系統(tǒng)性、綜合性的角度， 來(lái)研究棉花花芽分化規(guī)律的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)。