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引种栽培条件下大花黄牡丹二次枝及顶芽发育的初步研究

来源：花匠小妙招时间：2024-11-25 22:35

大花黄牡丹（Paeonia ludlowii）是芍药属（Paeonia）牡丹组（Paeonia Sect. Moutan）的落叶大灌木，是我国西藏特有的濒危植物[1-2]，由于植株高大、花色纯黄、开花多，且经济、药用价值较高[3-6]，被作为重要的芍药属种质资源。大花黄牡丹在国内多数地区引种，但目前仅在河南栾川、西藏自治区农牧科学院（拉萨）、四川彭州和甘肃兰州的引种能正常开花结实[7-11]。

袁涛等[12]发现大花黄牡丹花枝上形成的二次枝是其开花结实的前提和保证，但未深入分析和观察二次枝的发育规律和顶芽分化进程。核桃（Juglans regia）[13-14]、水稻（Oryza sativa）[15]、枣（Ziziphus jujuba）[16-17]等经济作物中，二次枝对产量、株形等性状均有影响。但二次枝的重要性因物种而异，如核桃以一次枝为主要开花结实枝条，二次枝为辅；而枣树二次枝为其开花结果的重要基础。大花黄牡丹二次枝的生长、顶芽分化和果实发育3个过程同步[12]，三者间的营养竞争或会影响其生长发育，因此对大花黄牡丹二次枝及顶芽发育规律的研究尤为重要。本研究观察引种栽培条件下的大花黄牡丹二次枝及其顶芽的生长及分化规律，并比较原产地与引种地花芽分化进程差异，为大花黄牡丹的引种栽培和开发利用提供参考。

1. 研究区概况与研究方法

1.1 试验区概况

材料来源于河南栾川的芍药科野生种迁地保护中心、西藏自治区农牧科学院蔬菜研究所及原产地西藏林芝地区米瑞乡居群。

河南栾川芍药科野生种迁地保护中心（以下简称栾川）位于栾川县山川镇（111°21′36″E，33°56′05″N），沙质黏土，气候为大陆性季风气候，海拔1 408 m，年均温9.70 ℃。2002年引进西藏林芝野生大花黄牡丹种子，露地秋播，2003年起陆续出苗，2008年首次开花[8]，现年均开花近1 500朵。管理粗放。

西藏自治区农牧科学院蔬菜研究所（以下简称拉萨）位于拉萨市（91°02′16″E，29°38′48″N），高原温带半干旱气候，海拔3 658 m，年均温15.77 ℃。2007年引进林芝地区野生大花黄牡丹种子，秋播植于蔬菜研究所内。现有500余株，多数可开花结实。

西藏自治区林芝米瑞乡居群（以下简称林芝）在米瑞乡曲尼贡嘎村（94°37′01″E，29°29′59″N）村旁自然分布，高原温带半湿润季风气候，海拔3 044 m，年均温8.56 ℃。有300余株开花结实。伴生植物为光核桃（Prunus mira）、绢毛蔷薇（Rosa sericea）、血满草（Sambucus adnata）及川滇高山栎（Quercus aquifolioides）等。

所有气象数据来源于中国气象数据网：http://data.cma.cn/data/cdcindex/cid/6d1b5efbdcbf9a58.html。

1.2 研究方法 1.2.1 栾川二次枝及顶芽生长发育动态

2020年5―10月，在栾川随机选取生长健壮、稳定开花植株，随机选择30个开花结实的枝条，观察其腋芽生长状态，当腋芽开始萌发形成二次枝时，每隔7 ~ 10 d直尺测量二次枝长度及基径。待其顶芽肉眼可见时，每隔7 ~ 10 d测量所有顶芽的纵、横径，并编号。当年10月统计二次枝顶芽类型后，选择已花芽分化的顶芽的数据进行分析。并于2021年春季观察萌发状况。

1.2.2 二次枝顶芽花芽分化观察

2019年6―11月及2020年6―10月每隔7 ~ 10 d分别取二次枝上发育饱满的顶芽6 ~ 8个（2019年于栾川、拉萨及林芝，2020年于栾川），FAA（福尔马林∶冰醋酸∶50%酒精体积比 = 5∶5∶90）固定。将材料适当修整后参照曾小鲁等[18]及王东辉[19]的方法进行石蜡切片包埋，并根据材料特点略有调整。Leicar RM2235切片机切片（切片厚度8 ~ 10 μm），番红−固绿双重染色，生物显微镜（SDPTOP EX20、SDPTOP CX40RFL）观察拍照。

1.2.3 原产地二次枝顶芽类型观察

2020年10月底及2021年5月于林芝米瑞乡野生居群随机选择30个结果枝，观察其二次枝所有顶芽类型及春季萌发状况。

1.2.4 数据统计和图片处理

利用Adobe Photoshop 2020软件处理图片，并使用WPS Office 2019及SPSS Statistics 17.0软件进行数据统计及图表制作。

2. 结果与分析

2.1 二次枝生长发育动态

2019年9月初，在栾川栽植的大花黄牡丹二次枝顶芽内第3、4枚叶原基的叶腋处已可见2 ~ 4个腋芽原基（图1A），之后腋芽原基进一步分化（图1B）。到2020年春季花期时，花枝中上部的1 ~ 3个（多为2个）腋芽可发育形成二次枝（图1C、D、E）；部分下部的腋芽仅膨大或芽鳞松动，但不形成二次枝（图1D、E）。

图 1 栾川大花黄牡丹二次枝发育

A. 2019年9月4日取样于栾川，主花蕾萼片原基分化时，顶芽基部叶腋处可见腋芽原基；B. 2019年10月12日取样于栾川，腋芽原基分化出叶原基；C. 2020年5月6日取样于栾川，立蕾期花枝的腋芽；D&E. 2020年8月25日取样于栾川，果枝上部腋芽萌发形成二次枝，下部腋芽不萌发；ABP. 腋芽原基；ApB. 二次枝顶芽；Le. 叶原基；①. 花枝中上部腋芽；②. 花枝/果枝下部腋芽，逐渐膨大或加长，但不形成二次枝；③. ①发育成的二次枝。下同。A, sampled in Luanchuan on September 4, 2019, the axillary bud primordia in the basal leaf axils of the apical buds when the sepal primordium differentiates; B, sampled in Luanchuan on October 12, 2019, the axillary bud primordia differentiates into leaf primordia; C, sampled in Luanchuan on May 6, 2020, the axillary buds at bud stage; D&E, sampled in Luanchuan on August 25, 2020, the axillary buds on upper part of the fruit branch develop into secondary branches, and the axillary buds on lower part are not germimated. ABP, axillary bud primordium; ApB, apical bud on secondary branch; Le, leaf primordia; ①, the secondary branch on the upper and middle part; ②, atagnant axillary bud，gradually enlarged or lengthened, failing to form a secondary branch; ③, the secondary branch developed from ①. The same below.

Figure 1. Development of secondary branch of Paeonia ludlowii in Luanchuan

栾川栽植的大花黄牡丹二次枝生长期从5月上旬持续到9月中旬，每个花/果枝上可形成2 ~ 3个二次枝（图2A、表1），9月中旬生长基本结束。5月上旬开始至 6月上旬，大花黄牡丹萌芽、展叶后二次枝生长迅速（图2B），期间二次枝日均伸长量为0.10 cm，之后生长减缓，8月中下旬后枝条生长更缓慢。至10月，栾川日均温度已逐渐低于10 ℃，大部分二次枝停止伸长，顶芽形成，但部分二次枝迟迟不能封顶。作者在原产地尚未发现二次枝不封顶现象。二次枝基部直径增长较慢（图2B），日均生长量仅0.14 mm，部分二次枝随着伸长生长，基部直径逐渐减小。8月下旬，二次枝基部直径几乎不再变化。

图 2 栾川大花黄牡丹二次枝示意图（A）及平均生长动态（B）

BD. 二次枝基部直径；BL. 二次枝长度；FB. 果枝；Fr. 果实；④. 上部二次枝；⑤. 下部二次枝。BD, base diameter of secondary branch; BL, length of secondary branch; FB, fruit branch; Fr, fruit; ④, upper secondary branch; ⑤, lower secondary branch.

Figure 2. Schematic diagram (A) and average growth dynamics (B) of secondary branches of P. ludlowii in Luanchuan

表 1 大花黄牡丹二次枝顶芽性状

Table 1. Characteristics of the apical buds on secondary branches of P. ludlowii

试验区 Test area二次枝和未发育的腋芽在花/果枝上的着生位置
Implanting position of secondary branches and undeveloped axillary buds on flowering/fruiting branch第1类二次枝占比 Proportion of the type 1 secondary branch/% 上 Upper中 Intermediate下 Lower 不生成二次枝的腋芽数 Number of axillary buds that don’t develop into secondary branch第1类二次枝数 Number of the type 1 secondary branch第2类二次枝数 Number of the type 2 secondary branch第3类二次枝数 Number of the type 3 secondary branch不生成二次枝的腋芽数 Number of axillary buds that don’t develop into secondary branch第1类二次枝数 Number of the type 1 secondary branch第2类二次枝数 Number of the type 2 secondary branch第3类二次枝数 Number of the type 3 secondary branch不生成二次枝的腋芽数 Number of axillary buds that don’t develop into secondary branch第1类二次枝数 Number of the type 1 secondary branch第2类二次枝数 Number of the type 2 secondary branch第3类二次枝数 Number of the type 3 secondary branch 栾川
Luanchuan 0 18 10 2 1 2 7 0 16 0 14 0 28.57 林芝
Nyingchi 0 30 0 0 0 1 5 0 14 5 9 0 56.25

不同产地大花黄牡丹二次枝发育近似，截止10月中旬，栾川栽培的大花黄牡丹二次枝长度最大值为19.03 cm，平均值为5.16 cm；基部直径最大值为11.69 mm，平均值为8.93 mm（图2B），与袁涛等人[12]报道的原产地林芝的米瑞乡居群及红卫林场居群的相关研究较相似。

2.2 二次枝顶芽生长及分化 2.2.1 顶芽生长

栾川引种栽培的大花黄牡丹二次枝在生长末期表现为3种不同类型（表1）：第1类于7月中旬封顶，形成顶芽（图3A），并开始花芽分化，最终形成含主、侧花蕾、腋芽原基和叶原基的复合芽，次年开花结实，并在花枝上形成新的二次枝，与前人[12]观察结果一致，这类二次枝在栾川仅占28.57%，且多位于花/果枝上部（图1D、E）；第2类二次枝主要由花/果枝中下部的腋芽发育而成，可形成顶芽，但顶芽不发生花芽分化，次年春季萌发成营养枝；第3类二次枝主要位于花/果枝上部，叶片数和叶片面积不再增加，不封顶，也不形成顶芽（图3B），入冬后至次年早春受冻干枯。拉萨同样观察到这3种类型，而原产地林芝仅观察到第1类和第2类二次枝，其中第1类占所有二次枝总数56.25%（表1）。

图 3 栾川大花黄牡丹二次枝顶芽平均生长动态

A. 形成顶芽的二次枝；B. 不形成顶芽的二次枝（2020年9月5日，栾川）；C. 二次枝顶芽平均生长动态。A, secondary branch with apical bud; B, secondary branch that could not form apical bud (taken on September 5, 2020，Luanchuan); C, average growth dynamics of apical buds of secondary branches.

Figure 3. Average growth dynamics of apical buds of secondary branches of P. ludlowii in Luanchuan

2020年7月16 日栾川栽培的大花黄牡丹二次枝顶芽开始花芽分化后，动态芽型指数（纵径和橫径）为2.34，纵径始终略大于橫径，日均生长量分别为0.129和0.05 mm，体积变化缓慢（图3C）。

2.2.2 二次枝顶芽分化过程

大花黄牡丹二次枝正常分化的顶芽包含主花蕾、数个侧花蕾、叶原基、腋芽原基（图4I），林芝、拉萨及栾川的大花黄牡丹顶芽分化均与前人[12]报道一致。主花蕾分化进程依次包括分化初期（叶原基全部形成）、苞片原基分化期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期6个时期，雄蕊呈离心式发育（图4A ~ G）。主花蕾萼片原基分化期已可见叶腋处的腋芽原基（图1A），但腋芽原基发生的具体时间尚需深入观察。

图 4 大花黄牡丹二次枝顶芽分化过程

A. 花芽分化初期；B. 苞片原基分化期；C. 萼片原基分化期；D. 花瓣原基分化期；E. 雄蕊原基分化期；F. 雌蕊原基分化期；G. 侧花蕾晚于主花蕾完成分化；H. 顶芽内不同位置的侧蕾分化时期不同；I. 含主花蕾、侧花蕾、叶原基、腋芽原基的复合芽。GP. 生长点；Le. 叶片原基；Br. 苞片原基；Se. 萼片原基；Pe. 花瓣原基；St. 雄蕊原基；Sta. 雄蕊：Pi. 雌蕊原基；MFB. 主花蕾；LFB. 侧花蕾；LFB1.顶芽基部向上第1个侧花蕾；LFB2. 顶芽基部向上第2个侧花蕾。A, early stage of flower bud differentiation; B, bract primordium differentiation period; C, sepal primordium differentiation period; D, petal primordium differentiation period; E, stamen primordium differentiation period; F, pistillode primordium differentiation period; G, the lateral flower-bud differentiated later than the main flower-bud; H, different position of lateral flower buds; I, compound buds with main flower bud, lateral flower buds, leaf primordium and axillary bud primordium. GP, growing point; Le, leaf primordium; Ax, axillary bud; Br, bract primordium; Se, sepal primordium; Pe, petal primordium; St, stamen primordium; Sta, staminode; Pi, pistil primordium; MFB, main flower bud; LFB, the lateral flower bud; LFB1, the first lateral flower bud; LFB2, the second lateral flower bud.

Figure 4. Differentiation process of the apical buds on the secondary branches of P. ludlowii

侧花蕾分化起始时间明显晚于主花蕾（图4G），下部侧花蕾分化速度略快于上部，下部侧花蕾的雌蕊原基分化时，上部侧花蕾雄蕊原基开始分化（图4H）。腋芽原基位于最下端一个侧蕾的下部（图4I）。

2.2.3 顶芽分化进程差异

虽然栾川、拉萨和林芝3地顶芽分化过程一致，但分化起始和结束时间差异较大。如表2所示，顶芽分化中主花蕾的分化时间存在差异。其中拉萨及林芝主花蕾分化较早，早春植株萌动也较早。至7月中旬，拉萨及林芝的二次枝顶芽内叶原基数量已不再增加，7月下旬苞片原基出现，9月下旬雌蕊原基形成，历时近70 d。栾川地区分化起始晚，2019年与2020年各时期分化时间略有差异，2019年7月下旬叶原基全部形成，8月上旬苞片原基形成，10月下旬雌蕊原基形成，历时97 d。2020年7月中旬叶原基全部形成，7月下旬苞片原基形成，9月上旬花瓣原基形成，10月中旬雌蕊原基形成，历时88 d。较2019年，2020年栾川的花芽分化更早，花期更早，这可能由于气候变化导致物候略有提前。

表 2 大花黄牡丹顶芽主花蕾的分化进程

Table 2. Differentiation process of the main flower buds in apical buds of P. ludlowii

试验区
Test area取样年份
Year of
sampling叶原基形成结束时间
Leaf primordium formation
ending time花芽分化起始时间
Initiation time of flower bud differentiation 苞片原基
Bract primordium萼片原基
Sepal primordium花瓣原基
Petal primordium雄蕊原基
Stamen primordium雌蕊原基
Pistil primordium 栾川 Luanchuan 2019 7月26日
July 26 8月2日
August 2 9月4日
September 4 9月23日
September 23 10月12日
October 12 10月31日
October 31 2020 7月16日
July 16 7月26日
July 26 8月14日
August 14 9月10日
September 10 10月1日
October 1 10月11日
October 11 拉萨 Lhasa 2019 7月17日
July 17 7月21日
July 21 8月11日
August 11 8月25日
August 25 9月8日
September 8 9月23日
September 23 林芝 Nyingchi 2019 7月16日
July 16 7月23日
July 23 8月10日
August 10 8月23日
August 23 9月2日
September 2 9月20日
September 20

3. 讨论与结论

3.1 二次枝及其顶芽的生长发育动态

二次枝及顶芽生长发育是大花黄牡丹开花结实、侧枝发育、株形形成和树冠更新的基础，这一时期也是大花黄牡丹种实发育及成熟期，是其年发育周期的重要阶段。但不是所有花/果枝的腋芽均可发育成二次枝并在次年开花结实，部分腋芽仅膨大或芽鳞松动，不形成二次枝。这种现象一方面可能是两者营养竞争的结果，也有可能是同一花/果枝中上部二次枝对下部二次枝抑制的结果，这种抑制作用同芍药（P. lactiflora）、紫花苜蓿（Medicago sativa）中顶芽的顶端优势导致部分腋芽原基发育停滞类似[20-22]。另外，常月梅[23]发现，空气温度、相对湿度等微域环境条件会显著影响核桃（Juglans regia）枝条的生长发育。因此，除了与植物自身的特性、营养竞争和顶端优势有关外，大花黄牡丹二次枝生长发育还可能受其所在的具体环境影响。

李嘉珏等人[24]研究发现，原产地林芝及引种至甘肃兰州的大花黄牡丹，老枝上的一年生枝可正常封顶，有60%以上形成花芽，其余为营养枝。栾川栽植的大花黄牡丹第1类二次枝顶芽可花芽分化，春季花期时能正常地开花、结实，但在所有二次枝中的比例并不高。与栾川栽培的大花黄牡丹相比，原产地林芝仅观察到第1类和第2类二次枝，其中第1类二次枝的比例（56.25%）与李嘉珏等[24]观察到的“老枝上的一年生枝”可正常封顶并形成花芽的比例相近。作者近年持续观察，兰州引种栽植的大花黄牡丹有时在花枝上完全不形成任何二次枝，因而李嘉珏等人文中“老枝上的一年生枝”既包括果枝和其上的二次枝，也可能仅指果枝。

不需要特殊保护就能越冬、正常生长和开花结实，并保持原有的繁殖方式，是植物引种成功的标准[25-27]。在栾川，不封顶的二次枝木质化程度差，在冬季及早春枝条冻旱危害严重；顶芽虽形成但不分化花芽，使大花黄牡丹的开花率受到影响。二次枝正常发育、及时木质化并封顶、花芽分化是大花黄牡丹引种成功的前提和判断标准，而引种地的气候条件和栽培技术措施是其引种成功的保证。栾川与大花黄牡丹原产地林芝的环境差异可能是导致其引种后部分二次枝不封顶的原因。在日常管理中，摘除部分花枝上萌动的腋芽调控二次枝数量，夏秋季节通过水肥管理促进果实发育、二次枝木质化及顶芽分化，有利于提高结实率，促进次年开花。

3.2 二次枝花芽分化规律

花芽分化是植物发育的重要阶段。自然条件下，栾川、拉萨及林芝三地的大花黄牡丹的二次枝顶芽遵循苞片、萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊的顺序分化，与前人[28-29]对栽培牡丹品种的研究一致。

大花黄牡丹二次枝顶芽的花芽分化时期为7―10月，属夏秋分化类型。早期树体养分需在花芽分化、种实发育及二次枝生长发育间分配，因而花芽分化速度较慢。8月下旬，种子发育高峰已过，果实趋近成熟，二次枝生长减缓，此时顶芽在树体营养竞争中处于优势，分化开始加快。

花芽分化进程不仅受自身遗传因素影响，与植株所处环境条件如海拔和纬度[30]、温度和光照[31-37]、水分[38-40]及矿物营养[41]等也是密不可分的。我国牡丹资源丰富，尽管花芽分化中各器官的分化顺序一致，但所需时长不同，多数品种花芽分化需要100 d甚至更长时间，一些单瓣品种可能仅需要两个月，绣球型品种‘琉璃贯珠’（P. suffruticosa ‘Liuli Guan Zhu’）需要77 d，菊花型品种‘玉面桃花’（P. suffruticosa ‘Yumian Taohua’）需要88 d，蔷薇型品种‘红丽丽’（P. suffruticosa ‘Hong Lili’）/‘姊妹探春’（P. suffruticosa ‘Zimei Tanchun’）需要102 d[42-45]。大花黄牡丹花朵结构简单，侧花蕾多，花芽分化所需时间比单瓣型牡丹品种长，更接近重瓣类牡丹品种。拉萨与林芝海拔相近，自然气候类似，花芽分化持续时间也近似；而栾川与两地海拔及自然气候相差较大，二次枝顶芽花芽分化比例低，分化起始较晚，持续时间也较两地长。尽管如此，在栾川栽植的大花黄牡丹仍能较稳定地形成二次枝，并有一定比例可正常花芽分化并开花结实。今后引种栽培大花黄牡丹时，可以参照栾川的环境条件选择适宜的引种地，适地适树，制定合理科学的栽培管理措施，有利于避免引种后不开花或开花极少且不稳定的问题。

以往的研究中，牡丹的花芽被称为混合芽，本研究发现，大花黄牡丹的花芽包含了1个主花蕾、多个侧花蕾、腋芽原基和叶原基，可见其是一个复合芽。一枝一花的单花类型是目前牡丹花芽分化研究涉及的主要品种类型[28-29,42-44]。本研究确定了大花黄牡丹二次枝顶芽分化过程中主花蕾、侧花蕾及腋芽原基的分化时间和相对位置，但腋芽原基发生和发育的主导影响因子等还未可知，可作为将来深入研究的内容和方向。