徐庆华 胡宝忠 李凤兰

（1东北农业大学成栋学院，黑龙江哈尔滨 150030；2东北农业大学生命科学学院，黑龙江哈尔滨150030）

黄瓜（Cucumis sativusL. 2n=2x=14）为葫芦科一年蔓生草本植物，是重要的蔬菜作物之一。合理的株型是黄瓜高产品种的生育基础，矮生性状是理想株型的一个重要方面，大多具矮生性状的品系抗倒伏能力强，适于密植（胡宝忠 等，2010）；分枝多少是黄瓜的另一个重要农艺性状，分枝长势过强，影响主蔓生长，同时也给黄瓜生产管理带来诸多不便；通过有目的地调控分枝生长以提高开花和结实数量已成为增产的重要手段之一（蒋苏 等，2009）。目前国内倾向于利用分枝长势较弱的品系，因此研究分枝性状对于黄瓜生产中培育出分枝少、长势弱的品系有一定的意义；国外为了便于利用机器人采收，也有特别选用和培育分枝长势极强品系的报道（van Henten et al.，2002）。分枝的发生出现于主茎轴叶片的叶腋中，首先腋生分生组织分化产生腋芽；腋芽再进一步生长发育形成侧枝，但是腋芽有可能迅速地发育成营养枝或一直保持休眠状态直到生长被触发，因此分枝的程度不仅取决于腋生分生组织的生长，还取决于腋芽的发育过程。近年来基于分枝性状突变体的研究，拟南芥、豌豆、番茄、牵牛花、水稻等作物的分枝性状的报道和成果较多；由于黄瓜分枝性状突变体的缺乏，对黄瓜分枝性状的相关研究鲜有报道。对黄瓜矮化突变体的研究方面，也多集中在矮化形成的机理上（武涛 等，2009），对突变体的分枝性状很少关注，至今尚未见关于黄瓜矮化突变体营养芽茎尖分生组织分化的形态解剖学报道。本试验选择黄瓜矮化突变体D0462为材料，通过观察D0462的生态学特点和采用石蜡切片法观察黄瓜矮化突变体营养芽茎尖分生组织的分化过程，为筛选合适的黄瓜分枝性状突变体、进一步开展黄瓜分枝性状的生理生化和分子水平的研究提供解剖学的依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料选用东北农业大学黄瓜课题组的高代自交矮化品系D0426，以普通蔓生品系D9419为对照。

1.2 供试试剂和仪器设备

番红、固绿、酒精、二甲苯、甲醛、甘油、中性树胶等试剂均为分析纯，购自哈尔滨嘉实化学试剂公司；展片机（ZPJ-1A）、磨刀机（MDJ-4型）、旋转切片机（LEICA RM2245型）、恒温箱（DHP-9162型）、显微镜（Motic BA3000）和显微摄像装置（Motic Images advanced 3.2）。

1.3 试验方法

1.3.1 取样 2008～2010年连续3 a将供试材料种植于东北农业大学园艺试验站连栋温室。采用随机区组排列，3次重复，每小区20株，株距25 cm，行距60 cm，栽培条件一致。每小区选15株进行调查。所有性状都进行单株测定，用Excel 2003软件进行数据统计和分析。

2010年3月21日子叶出土，从3月23日开始每隔1 d取材1次，共取9次。用镊子和解剖针从顶端茎尖中小心剥出生长点，迅速放入FAA固定液中。取FAA固定的材料，经系列酒精脱水，石蜡包埋片厚度10 μm，番红-固绿染色。Motic BA3000显微镜观察、Motic Images advanced 3.2软件（Motic China group Co.，LTD）照相和测量。

1.3.2 茎尖分生组织分化状态的判断指标 参考张兆军等（2008）对羊草营养芽茎尖分生组织分化的研究结果，将茎尖分生组织不同分化时期的形状分为初生期、伸长期和结节期。判别依据:① 初生期。茎尖分生组织的宽度和长度相近，后一个原基突起的出现是在前一个原基（幼叶）已经超过了茎尖分生组织的顶部，且后一个原基的生长方向较上竖，与茎尖分生组织的中轴成锐角。② 伸长期。茎尖分生组织略伸长，后一个原基突起的出现是在前一个原基（幼叶）还没超过茎尖分生组织的顶部，且后一个原基的生长方向较下垂，与茎尖分生组织的中轴成钝角。③ 结节期。茎尖分生组织明显伸长，在茎尖分生组织表面形成许多小突起。

1.3.3 营养芽茎尖分生组织大小的测量 采用麦克奥迪公司生产的Motic BA300型生物显微镜进行成像，茎尖分生组织的直径、高度测量用Motic Images advanced 3.2软件进行。各时期的黄瓜营养芽茎尖分生组织直径和高度测量方法:在叶原基之上所划横向直线为茎尖分生组织直径，与横向直线垂直的最大纵向直线为茎尖分生组织高度。黄瓜营养芽茎尖分生组织的初生期、伸长期和结节期的大小为测量36个完好图片的平均值。

2 结果与分析

2.1 形态学观察

3 a的田间调查结果显示，D0462和D9419两个品系的黄瓜在株高、分枝性状和叶面积等方面有明显的差异（图版I-1～4、表1）。

表1 供试黄瓜品系形态学比较

图版I 黄瓜形态学观察

D0462营养芽常着生于花序轴（簇）之上（图版Ⅰ-5），营养芽一旦形成都能够伸长形成侧枝，不存在休眠或抑制伸长的现象；第1侧枝起始节位为第1～2节，随后每节都萌发出侧枝；四叶一心期幼苗（图版Ⅰ-6）第1节就可观察到花（序）芽，花芽发育正常（图版Ⅰ-7）；成熟植株花器官正常，叶腋处花芽最多可达22个（图版Ⅰ-8），果实短棒状（图版Ⅰ-9），植株自封顶（图版Ⅰ-10）。

D9419植株第1侧枝起始节位为第8～9节，叶腋处会出现营养芽。但是营养芽的着生位置与D0462不同，直接着生于叶腋部位（图版Ⅰ-11）；花器官正常，果实长棒状（图Ⅰ-12），非自封顶。D9419四叶一心期幼苗第1节位无营养芽和花芽分化（图版Ⅰ-13）。

2.2 显微解剖观察

结合茎尖分生组织分化判别依据，石蜡切片法观察D0462和D9419两个品系茎尖生长的动态过程，结果显示:茎尖的生长分为营养生长和生殖生长。D0462和D9419两个品系茎尖营养生长经历 3个时期:① 初生期。茎尖分生组织的宽度和高度相近，叶腋分生组织逐渐发育成侧芽原基，侧芽原基发育成幼叶前生长方向与茎尖分生组织的中轴成锐角（D0462见图版Ⅱ-1～2；D9419见图版Ⅱ-10～12）。② 伸长期。茎尖分生组织宽度和高度都略伸长，但高度伸长的更多，后一个侧芽原基突起的出现是在前一个侧芽原基还没超过茎尖分生组织的顶部，且后一个原基的生长方向与茎尖分生组织的中轴成钝角（D0462见图版Ⅱ-3～5；D9419见图版Ⅱ-13～15）。③ 结节期。茎尖分生组织高度明显伸长，在茎尖分生组织表面出现小突起（D0462见图版Ⅱ-6；D9419见图版Ⅱ-16～17）。

虽然D0462和D9419两个品系茎尖生长都会经历上述3个时期，但是分化进程不一样（表2）。D0462在营养生长的3个时期分化比D9419快:① D0462的茎尖分生组织进入伸长期（3月27日）比D9419（3月29日）早2 d；② D0462的茎尖分生组织进入结节期（4月2日）比D9419（4月4日）早2 d，并且D0462的部分结节期的茎尖由营养顶端转变为生殖顶端，与前期相比，顶端变成伸长的圆顶形，进入生殖生长（图版Ⅱ-6）；③ D0462的茎尖从4月4日开始分化苞片和花原基，开始花序分化（图版Ⅱ-7），4月6日已经可以明显看到花芽的分化（图版Ⅱ-8～9），截至4月8日D9419的茎尖分生组织未转变为生殖顶端、未进入生殖生长阶段（图版Ⅱ-17）。

表2 D0462和D9419茎尖分化进程比较

2.3 矮化突变体D0462茎尖分生组织不同分化时期的大小

由黄瓜矮化突变体茎尖分生组织不同分化时期大小的测定结果得出（表 3）:初生期茎尖分生组织直径平均值为148.2 μm，最小值和最大值分别为167.3 μm和202.7 μm；高度平均值为105.8 μm，其最小值和最大值分别为89.0 μm和118.0 μm；直径与高度的比值为1.40，初生期的茎尖分生组织是直径大于高度。伸长期茎尖分生组织的直径平均值为 153.1 μm，最小值和最大值分别为 133.6 μm和175.3 μm；高度的平均值为 197.5 μm，最小值和最大值分别为158.0 μm和244.8 μm；直径与高度的比值为0.78，与初生期相比，直径与高度虽都已增加，但伸长期茎尖分生组织的直径已小于高度，说明茎尖分生组织高度的发育速度大于直径。结节期茎尖分生组织的直径平均值为 197.7 μm，最小值和最大值分别为140.2 μm和289.0 μm；高度平均值为 360.0 μm，最小值和最大值分别为 260.0 μm和 600.1 μm；直径与高度的比值为0.55，茎尖分生组织的直径和高度在继续增加的同时，结节期茎尖分生组织高度的增加速度在进一步加快。

图版II 黄瓜茎尖分生组织分化的动态显微观察

表3 矮化突变体D0462营养芽茎尖分生组织不同分化时期的大小

3 结论与讨论

蒋苏等（2009）研究黄瓜无侧枝品系S61的形态解剖学观察时指出，无侧枝品系S61的营养芽着生于花序轴上，S61所有的侧枝都是由花序逆转而来；而有侧枝品系 S06营养芽直接着生于叶腋部位。本研究发现少分枝的D9419营养芽直接着生于叶腋部位；多分枝的D0462营养芽常着生于花序轴（簇）之上，营养芽一旦形成都能够伸长形成侧枝，不存在休眠或抑制伸长的现象。模式植物拟南芥不仅从主茎上分枝，也可从莲座状基部产生的腋生花序上分枝（刘进平，2007）。植物分枝性状会受到各种环境因素的影响，包括营养、种植密度、光、温度和水分等，同时还受到植株内源激素的调控；D0462和D9419生长环境相同的前提下，D0462茎尖分生组织分化进程快、较早进入生殖生长阶段是调控分枝性状的基因表达和内源激素共同调节的结果。

植物的分枝发育大致可分为叶腋分生组织（AM）的形成和腋芽的生长发育。表现出多分枝性状的拟南芥sps、bushy突变体，其分枝数目增多是由于形成的腋生分生组织数目增多引起的（杜黎明 等，2008）。然而多分枝的 D0462茎尖分生组织营养生长阶段的 AM不比少分枝的D9419的AM多，所以推测对D0462多分枝表型调控发生在腋芽生长发育阶段。目前，植物腋芽生长发育相关基因和这些基因的上下游基因，以及它们在茎分枝调控的不同遗传途径间的相互关系仍未研究清楚，主要原因是没有足够的突变体（杜黎明 等，2008）。目前鉴定的腋芽生长相关基因（CCDs）突变体包括水稻的htb1、拟南芥的max和axr1、豌豆的rms等，均表现出分枝数量与植株高度呈负相关的关系（Ishikawa et al.，2005；Simons et al.，2007）。腋芽生长发育相关基因对黄瓜分枝性状调控的研究尚未见报道，多分枝、矮化黄瓜D0462的形态学和解剖学研究可为黄瓜腋芽生长发育及黄瓜分枝性状调控机理研究筛选突变体提供理论依据，进一步丰富对植物分枝发育调控机制的理解。

D0462茎尖分生组织的形状分为初生期、伸长期和结节期；3个时期中，茎尖分生组织直径/高度的值逐渐减小，进入伸长期直径/高度的值减少得最多，这也是判别茎尖分生组织进入伸长期的主要标准。部分结节期D0462出现花芽分化，羊草结节期也有花芽分化（张兆军 等，2008），所以可通过茎尖分生组织的大小来判断是否进入成花过程。

温室中3月17日播种种植D0462，4月2日部分植株的茎尖分生组织进入生殖生长阶段，因此D0462是适于温室、大棚栽培的早熟品系；植株分枝多、矮化、果实短棒状，适于国外机器人采收并制作腌渍黄瓜。随着以蔬菜为主题的观光休闲农业发展迅速，利用矮生番茄、羽衣甘蓝、叶用甜菜等矮生蔬菜进行盆栽造型，可增添整体观赏效果，更重要的是增加温室内降温效果，调节空气湿度（曹华 等，2010）。D0462具有矮生、多分枝、早熟、花芽多等特性，可培育并造型为温室内矮生蔬菜盆景，增加矮生蔬菜盆景的种类。

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