遮光处理下不同小豆品种花芽分化进程比较研究

董伟欣，张月辰

(1.河北开放大学，石家庄 050080；2.河北农业大学 农学院/河北省作物生长调控重点实验室，河北保定 071001)

小豆作为中国一种营养丰富且具有药用价值的杂粮作物[1]，在居民膳食结构中占有重要地位，但小豆因花荚脱落严重而造成产量降低且不稳定一直是全国各地生产中的主要矛盾[2]，花荚脱落主要受花芽分化过程中环境因子的影响，其中光照作为调控小豆开花的重要环境因子之一，对于小豆花芽分化进程起着重要调控作用，小豆属于短日照敏感作物[3]，因此，通过调控光周期来掌握小豆花芽分化进程，避免自然灾害与花芽分化之间的冲突，此外，通过调控光周期可加速育种进程，对高产栽培育种具有重要意义。

花期调控取决于花芽分化的进程[4]，而遮光通过影响植株的生长而调控花芽分化进程。对小豆苗期进行遮光后发现，‘冀红4号’开花时间提前，株高和叶面积下降，花数增多，开花促进率增大[5]；对大豆的研究也得到相似的结论，对不同品种遮光后，生育期缩短，茎顶端的花芽分化时期提前[6]；在其他作物上也有较多研究，如朱玲俐等[7]等研究发现，随着遮光时间的延长，其株高、茎粗、株幅和干物质均有不同程度的降低，在8 h光/16 h 暗处理下较CK，花芽分化时间提早5 d和16 d；王晨[8]通过对‘紫娇’进行短日照处理后发现，30 d和50 d的短日处理降低株高、冠幅和开花数量，同时促进花芽分化进程；吴雪霞等[9]对普通丝瓜(BG-1-1-3-1)进行遮光处理后发现，丝瓜幼苗期的生物量显著下降，雌花的花芽分化速度加快并可提高产量；吴雪霞等[10]对西葫芦遮光的研究也证明，遮光可降低株高、茎粗、叶面积、地上部鲜质量和根系鲜质量，花芽分化进程加快并提前成熟；胡晓龙等[11]对‘晨光’大花金鸡菊的光周期研究发现，其株高、分枝数和株幅与花芽分化时期显著正相关。可见，遮光是通过降低植株生长来促进花芽分化的，此外，遮光使花芽分化数量减少，保持植株营养均衡，减少花荚脱落并提高花荚质量。

综上看出，关于光周期对花芽分化的影响，在其他作物上有较多研究，但对于小豆，也有关于光周期方面的研究，但通过光周期来研究花芽分化进程的却不多。为此，本试验选取对光周期顿感型早熟品种‘白红2号’和对光周期敏感型中晚熟品种‘冀红9218’，通过遮光来研究其基部(第三叶腋间)、中部(第六叶腋间)和顶部花芽的分化进程，掌握遮光与花芽分化的规律和相关性，以期为推动小豆育种进程和高产栽培提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用早熟品种‘白红2号’和中晚熟品种‘冀红9218’为试验材料，试验于2013-2014年在河北农业大学教学实验基地进行(河北保定，经度115°47′，纬度38°87′)，两年变化趋势一致，因此将数据合并后整理。

1.2 土壤养分情况

试验田质地为壤土，0～20 cm土壤有机质含量为1.515 %和1.44 %，全氮含量为0.105 %和0.099 5 %，碱解氮含量为86.25 mg/kg和83.85 mg/kg，有效磷含量为65.03 mg/kg和64.435 mg/kg，有效钾含量为182.4 mg/kg和174.4 mg/kg，播种前每个小区(5 m×1 m)使用400 g复合肥(N∶P2O5∶K2O=24∶4∶8)。

1.3 遮光后小区内小气候的变化

遮光处理后小区的小气候特征见表1。与大气环境相比，遮光后小区内的光照强度几乎为零，相对湿度升高16.94%，而CO2浓度和温度稍有升高，但未达到显著水平。可见，小豆遮光后提前开花是由于短日照引起的，与其他环境因子的关联不大。

表1 遮光条件下田间小气候的变化

1.4 试验设计

通过遮光设置短日照为8 h光/16 h暗，6月24日播种，待真叶展平后(50%以上的幼苗子叶出土至第一个分枝出现的时期称为苗期，因这个时期幼苗太小，所以选择真叶展平后进行遮光)进行遮光处理，分别遮光7 d、14 d和21 d，简称SD 7、SD 14和SD 21，以自然光(14.5 h)作为对照，设计每个小区长5 m，宽1 m，种植2行，株行距为15 cm×40 cm，随机排列，每个处理3次重复，遮光方法是每天17:00用不透明布将小区全部遮光，次日9:00揭开，其他管理同生产大田。

1.5 测定项目与方法

1.5.1 植株生长指标 在开花、结荚和鼓粒期，每个处理选取代表性植株3株，3次重复，共9株，分别测定株高、茎粗、叶面积和地上部干质量。株高：地表处至生长点的距离；茎粗：周长=2× 3.14×(直径÷2)；叶面积：采用YMJ-B叶面积测量仪测量；地上部干质量：烘箱内105 ℃杀青 0.5 h，80 ℃烘干至恒质量。

1.5.2 开花特性调查 50%植株开始开花的日期称为开花期；全株有95%的荚变为成熟颜色，摇动时开始有响声的植株达50%以上的日期称为成熟期。

每个处理选取代表性植株3株，3次重复，共9株，测定开花促进率和开花提早时间。测定公式如下：

开花促进率(%)=[(对照出苗期至开花期时间-不同处理出苗期至开花期时间)×100]/对照出苗期至开花期时间。

开花提早时间=对照出苗期至开花期时间-不同处理出苗期至开花期时间

1.5.3 小豆花芽分化时期划分 根据金文林等[12]的划分方法，将小豆的花芽分化划分为7个时期(表2)。

表2 小豆花芽分化时期划分

1.5.4 小豆花芽解剖观察及切片制作 每个处理隔天在8:00选取3个基部(第三叶腋间)、中部(第六叶腋间)和顶部花芽，重复3次，共15个花芽，制作石蜡切片后显微镜(BS500/BS500-TR生物显微镜)下进行观察，70%以上花芽分化到某个时期就称为已进入某个时期。石蜡切片制作方法包括：取样，固定，脱水透明，浸蜡包埋，切片与贴片，HE染色。

1.6 数据分析

所有数据采用SPSS 17.0软件在α=0.05水平上进行Duncan新复极差法方差分析及多重比较，图片采用BS500/BS500-TR生物显微镜观察和PhotoshopCS6处理。

2 结果与分析

2.1 遮光处理对不同小豆品种株高的影响

由图1可见，遮光处理使小豆的株高降低并呈现出处理时间越长，降低越多的趋势。‘白红2号’在开花期、灌浆期和成熟期的SD 14和SD 21处理较CK分别显著降低32.08%、54.15%、16.82%、34.79%和30.59%、40.30%，而SD 7处理降低不明显(图1-A)；‘冀红9218’的SD 7、SD 14和SD 21处理在开花期、结荚期和鼓粒期较CK均显著降低，降低幅度分别为19.69%、24.31%、35.28%，14.65%、25.39%、39.66% 和18.03%、21.43%、38.77%(图1-B)，两个品种相比较，‘冀红9218’降低幅度更大。

2.2 遮光处理对不同小豆品种茎粗的影响

由图2可见，遮光对茎粗也有明显影响，且遮光时间越长，降低就越多，‘白红2号’在开花期的3个处理较CK均显著降低，降低幅度分别为 19.29%、28.57%和32.86%，而在结荚期和鼓粒期SD 14和SD 21处理较CK显著降低13.25%、28.31%和20.67%、25.14%，而SD 7处理降低不明显(图2-A)；‘冀红9218’的SD 7、SD 14和 SD 21处理在开花和鼓粒期较CK均显著降低，降低幅度分别为20.69%、21.84%、2874%和 16.07%、17.86%、26.34%，而在结荚期，SD 14和SD 21处理较CK显著降低19.09%和 30.15%，SD 7处理降低幅度未达到显著水平(图2-B)，可以看出，遮光对品种之间茎粗无明显 影响。

2.3 遮光处理对不同小豆品种叶面积的影响

由图3可见，从开花至鼓粒期，叶面积不断增大，‘冀红9218’较‘白红2号’的叶面积大，两个品种在开花期和和结荚期降低较多，3个处理较CK均显著降低，而在鼓粒期不同处理降低幅度不同。‘白红2号’在3个时期的SD 7、SD 14和SD 21处理较CK均显著降低，降低幅度分别为25.04%、29.21%、34.31%，28.11%、30.35%、42.08%和27.21%、32.58%、41.18%(图3-A)；‘冀红9218’在开花期和结荚期的3个处理较CK分别显著降低29.37%、38.47%、42.45%和 22.97%、26.98%、33.41%，鼓粒期SD 14和SD 21处理显著降低21.61%和33.53%，而SD 7处理降低不明显(图3-B)。

2.4 遮光处理对不同小豆品种地上部干质量的影响

由图4可见，地上部干质量从开花至鼓粒期显著升高，但结荚期的升高幅度较大，‘冀红9218’的地上部干质量明显高于‘白红2号’，‘冀红9218’植株高大，干质量较高。‘白红2号’在开花期、结荚期和鼓粒期的3个处理较CK均显著降低，降低幅度分别为47.40%、65.30%、75.14%，33.54%、33.68%、63.20%和27.56%、55.70%、71.39%(图4-A)；同样，‘冀红9218’在3个时期的各个处理较CK也显著降低，降低幅度分别为47.56%、55.83%、71.42%，39.41%、56.87%、72.67%和44.54%、58.62%、78.27%(图4-B)，可以看出，遮光对小豆地上部植株干物质的积累影响较大，中晚熟品种对短日照较敏感，在结荚期和鼓粒期降低幅度更大。

2.5 遮光处理对不同小豆品种开花提早时间和开花促进率的影响

由图5可见，遮光处理显著影响小豆品种的开花提早时间和开花促进率。‘白红2号’的SD 14和SD 21处理较CK开花提早4 d和5 d，差异达显著水平，而SD 7处理只提前1 d，差异不明显，‘冀红9218’只有SD 21处理较CK开花提早7 d，差异显著，而SD 7和SD 14开花提早3 d和5 d，差异不明显(图5-A)；‘白红2号’的开花促进率在SD 14和SD 21处理下为10.00%和 12.50%，较CK差异性显著，而SD 7处理下为 2.50%，差异不明显，‘冀红9218’ 3个处理的开花促进率较CK均达显著性差异，分别为 6.82%、13.09%和15.91%(图5-B)。可以看出，‘冀红9218’较‘白红2号’的开花提早时间较多，开花促进率较大，说明中晚熟品种对短日照更为敏感。

2.6 遮光处理对小豆花芽分化进程的影响

从取芽总数及到达某一时期的花芽所占比例来看，遮光处理使小豆的花芽分化进程加快(花芽分化到达某一时期的花芽数占70%以上称为进入某一时期)，但不同品种表现不同，分别在出苗后15 d和24 d取两个品种的基部和中部花芽，因不同品种对短日照的敏感性不同，所以‘白红2号’在出苗后28 d取顶芽，而‘冀红9218’在33 d取顶芽进行解剖观察。对‘白红2号’的基部花芽进行观察，SD 7处理进入花瓣原基分化期，而SD 14和SD 21处理均进入雌雄蕊原基分化期，此时，CK进入萼片原基分化期，中部花芽的3个处理较CK(花瓣原基分化期)均已进入雌雄蕊原基分化期，顶部花芽的SD 14和SD 21处理较CK(雌雄蕊原基分化期)均进入雌雄蕊结构分化期，而SD 7处理与CK一样，都处于雌雄蕊原基分化期(图6，表3)。

对‘冀红9218’不同部位花芽进行观察后发现，基部花芽在3个处理下的分化时期分别为萼片原基分化期、花瓣原基分化期和雌雄蕊原基分化期，而CK处于花序原基分化期，中部花芽在SD 14和SD 21处理下均处于雌雄蕊结构分化期，而SD 7处理处于花瓣原基分化期，较CK(花原基分化期)分化时间均提前，顶部花芽的发育速度稍迟缓，3个处理下的分化状态较CK(雌雄蕊结构分化期)均处于雌雄蕊结构分化期(图7，表3)。

表3 不同遮光时间下小豆各部位花芽分化进程

从以上分析可以看出，遮光处理使不同小豆品种不同部位的花芽分化时间提前，‘白红2号’>‘冀红9218’且遮光时间越长，花芽分化所需的时间越短，不同部位的分化速度为顶部>中部>基部，说明遮光明显影响小豆花芽分化的速度，由于中晚熟品种‘冀红9218’对短日照较敏感，在有些处理下的花芽分化进程还要早于‘白红2号’。

2.7 遮光时间与出苗至开花、开花至成熟时间，开花提早时间和开花促进率的决定系数分析

由表4可知，遮光时间与出苗至开花、开花至成熟时间，开花提早时间和开花促进率呈显著正相关，即遮光时间越长，出苗至开花、开花至成熟的时间越早，开花提早时间越多，开花促进率越大。‘白红2号’遮光时间与出苗至成熟的时间关联性最大，决定系数(R2)为0.993，与出苗至开花的时间、开花提早时间和开花促进率的关联性次之，R2=0.976；而‘冀红9218’遮光时间与出苗至开花的时间关联性最大，R2=0.994，与出苗至成熟时间的关联性次之，R2=0.989，与开花提早时间和开花促进率的决定系数(R2)均为0.984。从以上可以看出，遮光与不同品种在不同时期的关联性有所差异，但可以反映出小豆的整个生育期都存在短日效应，且在不同的生育时期发挥的作用也不同。

表4 遮光时间与出苗至开花、开花至成熟的时间，开花提早时间和开花促进率的决定系数

3 讨 论

光周期通过调控其生长和形态进而影响花芽分化[12]。如赵琳等[13]对大豆品种‘东农50’在出苗后遮光发现，短日照使初花至成熟期缩短，且短日处理下其株高降低，节间缩短，产量降低。杨中义等[14]对地被菊进行遮光后发现，地被菊营养生长受到抑制，株高和冠幅降低；兰树斌等[15]研究也发现，遮光使紫苏株高和茎粗降低，叶片数减少，花芽分化进程提前，花期提前；毛洪玉等[16]对 ‘菊花C029’的研究也得到相似的结论，遮光使其株高、茎粗、节间长和叶片数都会有不同程度的降低，花芽分化进程加快；本研究发现，8 h(光)/16 h(暗)较CK(14.5 h)显著降低小豆的株高、茎粗、叶面积和地上部干质量，且随着遮光时间的延长，降低幅度不断增大，中晚熟品种‘冀红9218’较早熟品种‘白红2号’敏感，降低幅度较大，这与前人研究结果相一致，遮光是通过降低植株生长来促进花芽分化的，本研究还发现，遮光使小豆的生长在后期(结荚期和鼓粒期)降低更多，原因是遮光时，小豆植株生长未发生明显变化，但光周期有一个传递后效应，植株接受遮光诱导后，这种信号从叶片传递到茎尖生长点，生长点感受到信号后会调控植株的生长发育，晚熟品种更为敏感，所以遮光使小豆后期生长降低较多，‘冀红9218’降低幅度更大。

许多学者对光周期影响植物花芽分化进程进行了研究，如万友名等[17]的研究发现，遮光使馥郁滇丁香成花比率提高；段玉琪等[18]研究也发现，遮光使烟花现蕾时间提前，9～13叶期最敏感，此时期，接受信号越早，花芽分化时间越早；李程等[19]对春石斛进行遮光研究后发现，其花期提前18 d，同时，全株的花芽增多，花量增大且花径变长。一些学者也对长短日照结合对花芽分化的影响进行解释。如杨园园等[20]对春石斛的研究发现，前期进行长日处理，花芽分化时期进行短日处理，可使植株生长良好，花期提前且品质提高；杨娜等[21]对秋菊长短日照结合的研究也发现，在短日照处理下，花芽分化进程加速，短日照加长日照，花芽分化规律性不强，开花延迟且产生许多畸形花，长日照下开花延迟且不能开花；而马玉磊等[22]对胭脂花的研究却发现，胭脂花在长日照处理下，可以促进其营养生长和休眠芽萌发，他还发现，长日照也可以促进顶芽萌发。从本研究结果来看，短日处理后的开花提早时间增多，开花累积促进率增大，且随着遮光时间的延长而升高，‘冀红9218’较‘白红2号’在3个处理下的开花提早时间和开花累积促进率较CK均增大，此外，各个生育时期持续的时间、开花提早时间以及开花累积促进率与遮光时间显著正相关，并进一步发现短日处理下小豆基部、中部和顶部花芽分化进程加快，且呈现出顶部较快、中部次之，基部较慢的变化趋势，这与前人的研究趋势基本一致，但也有不同之处，有的植物是在长日照下的花芽分化进程加快，推测原因是不同植物的特性造成的。本研究的不足之处是只做了一个时间点短日处理，而没有做多时间点的长日照和长短日照结合对花芽分化的影响；另外，刘明等[23]对花芽分化进程做了深入研究，发现小豆花芽分化始于出苗后9 d，也研究了花芽分化与叶片之间的同伸性关系，在后期的研究中，将探究多个时间点的长短日照结合对花芽分化的影响以及与叶片的同伸性关系，以期对今后加速育种进程以及高产栽培提供参考。