彭怡琳，劉 敏，蔣芳玲，李夢倩，張 蒙，吳 震*

(1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，南京 210095；2 農(nóng)業(yè)部華東地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)新重點實驗室，南京 210095)

大蒜(AlliumsativumL.)又名蒜、葫蒜，屬于百合科蔥屬二年生草本植物[1]。大蒜通常利用蒜瓣進行無性繁殖，導(dǎo)致病毒逐年積累并代代相傳，造成種性逐漸退化，產(chǎn)量、品質(zhì)下降。栽培大蒜雖不能結(jié)種，但其花莖頂部的總苞開裂后，花序基部可形成小鱗莖，也稱氣生鱗莖，并有研究發(fā)現(xiàn)大蒜氣生鱗莖可作為提純復(fù)壯的繁殖材料[2]。前人對大蒜器官形態(tài)解剖特征的研究多集中在蒜薹、花芽和地下鱗莖[3-7]，大蒜氣生鱗莖發(fā)育的形態(tài)解剖研究尚無報道。此外，有研究表明大蒜花敗育可能與氣生鱗莖相關(guān)[8]。因此，明確大蒜氣生鱗莖形成及形態(tài)解剖特征，有助于揭示大蒜氣生鱗莖分化機制和花器官發(fā)育情況。

碳水化合物和內(nèi)源激素參與鱗莖形成的研究國內(nèi)外均有報道。Shin等[9]研究發(fā)現(xiàn)，蔗糖是百合植株碳水化合物長距離運輸至鱗莖的主要形態(tài)；郭洪云[10]研究認為，在大蒜鱗莖成熟過程，單糖轉(zhuǎn)化為雙糖貯存；劉秀慧[7]對8個不同發(fā)育時期的大蒜鱗莖進行轉(zhuǎn)錄組測序分析發(fā)現(xiàn)，淀粉和蔗糖代謝以及激素轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因參與大蒜鱗莖發(fā)育；Hideaki等[11]研究表明，能形成鱗莖的洋蔥中葉鞘茉莉酸(JA)總量是不能形成鱗莖的洋蔥的3倍多。咸豐[12]研究證實，水楊酸(SA)處理能促進大蒜鱗莖膨大并改善大蒜鱗莖品質(zhì)。大蒜氣生鱗莖形成過程中碳水化合物和內(nèi)源激素含量的變化規(guī)律是否與這些研究結(jié)果一致，有待深入研究。

本研究以中早熟薹用品種‘二水早’、中晚熟薹瓣兼用品種‘麻江紅蒜’以及晚熟瓣用品種‘徐州白’為供試材料，對大蒜氣生鱗莖形成過程進行形態(tài)解剖、碳水化合物和內(nèi)源激素含量變化以及相關(guān)基因表達研究，旨在明確大蒜氣生鱗莖形成規(guī)律，為進一步揭示大蒜氣生鱗莖的發(fā)育機制和栽培調(diào)控提供研究資料。

1 材料和方法

1.1 植物材料與栽培

供試植物材料為成熟期不同的3個大蒜品種：中早熟薹用品種‘二水早’(Ershuizao)，中晚熟薹瓣兼用品種‘麻江紅蒜’(Majianghongsuan)，晚熟瓣用品種‘徐州白’(Xuzhoubai)。首先在1 L水中溶解0.3 g的磷酸二氫鉀和多菌靈作為消毒液，挑選健康無傷、大小一致的蒜瓣，在消毒液中浸泡8 h，再用清水浸泡24 h。處理過的蒜瓣于2018年10月7日種植于江蘇省農(nóng)博園(句容市)，采用高畦栽培，畦寬2 m，畦長4 m，行株距為20 cm×10 cm，種植后覆土1 cm并采用白色地膜覆蓋，生長期間按常規(guī)栽培管理。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 氣生鱗莖形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)觀察播種130 d后，當(dāng)大蒜長至5或6片葉時，每隔7 d取樣1次，共取15次，每次均取生長正常的大蒜10株；在植株抽薹前，其中4株剝?nèi)ビ兹~，將0.5 cm莖尖保存在FAA固定液(V70%酒精∶V冰醋酸∶V甲醛=90∶5∶5)中，另外6株在LeicaM165體式顯微鏡下解剖并拍照，觀察莖尖生長點的變化；當(dāng)植株抽薹后，取蒜薹，其中4根剝?nèi)タ偘~，用消毒刀片切取總苞保存于FAA固定液，另外6株在LeicaM165體式顯微鏡下解剖并拍照，觀察花序軸的變化。

石蠟切片的制作參考吳澤秀[5]的方法，將FAA固定液中材料取出，依次進行脫水、透明、浸蠟、包埋、切片、展片、脫蠟、染色、封片等步驟，制作成石蠟切片，最后用Leica DM6 B正置顯微鏡觀察氣生鱗莖形態(tài)結(jié)構(gòu)，并拍照記錄。

1.2.2 可溶性糖、蔗糖、淀粉以及內(nèi)源激素含量測定以‘麻江紅蒜’為供試材料，當(dāng)植株抽薹后，每隔7 d取樣1次，共取8次。剝?nèi)タ偘~去除小花和苞片，切取花序軸表皮1 mm及以上部分。3次生物學(xué)重復(fù)，每重復(fù)2株，共取6株。根據(jù)形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)觀察劃分大蒜氣生鱗莖形成時期，選擇不同時期的樣品用于相關(guān)指標(biāo)測定，可溶性糖、蔗糖以及淀粉含量測定均參考薛應(yīng)龍的方法[13]。植物內(nèi)源激素IAA、ZR、ABA、ETH、JA和BR含量測定參考WU的方法[14]。樣品液氮速凍后研磨成粉末，迅速轉(zhuǎn)移至10 mL離心管中，干冰保存，送由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院化控中心測定。

1.2.3 碳水化合物代謝和內(nèi)源激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因表達分析選取‘麻江紅蒜’不同時期的樣品，使用Trizol試劑(Invitrogen, CA, 美國)提取總RNA，并用Bioanalyzer 2100和RNA 6000 Nano LabChip Kit(Agilent, CA, 美國)檢驗RNA的質(zhì)量和純度，經(jīng)檢驗合格的RNA用于碳水化合物代謝和內(nèi)源激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因的熒光定量分析。茉莉酸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因JAZ根據(jù)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)篩選，利用primer 5.0(Primer-E Ltd., Plymouth, 英國)設(shè)計RT-qPCR引物，其他基因引物設(shè)計參考文獻進行[15-17]，內(nèi)參基因采用UBQ，相關(guān)基因名稱及其具體引物序列見表1。利用2-ΔΔCt法計算基因的相對表達量。PCR反應(yīng)程序：95 ℃預(yù)變性10 min，95 ℃變性15 s，60 ℃退火30 s，40個循壞。熔解曲線制作：95 ℃ 15 s，60 ℃ 1 min，起始溫度60 ℃，終止溫度95 ℃，每秒溫度上升0.15 ℃。

表1 碳水化合物代謝和內(nèi)源激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因的qRT-PCR引物

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 25.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析，并用Duncan檢驗法進行差異顯著性(P<0.05)檢驗。采用GraphPad Prism 8繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 大蒜氣生鱗莖形成過程分期及其形態(tài)解剖特征

對‘二水早’、‘麻江紅蒜’和‘徐州白’3個品種大蒜氣生鱗莖形成過程進行觀察，根據(jù)大蒜莖尖生長點的形態(tài)解剖特征和氣生鱗莖發(fā)育特點，將大蒜氣生鱗莖形成過程劃分為啟動期、氣生鱗莖原基分化期(包括保護葉原基、貯藏葉原基分化)、氣生鱗莖膨大期和氣生鱗莖成熟期4個時期。3個品種大蒜氣生鱗莖在相同發(fā)育時期的形態(tài)和解剖特征一致，現(xiàn)以‘二水早’為例，說明氣生鱗莖形成過程中的形態(tài)解剖特征(圖1、2)。

2.1.1 氣生鱗莖形成啟動期越冬后，大蒜植株新葉重新萌發(fā)，莖尖生長錐呈半球形(圖1，a和圖2，a)，生長錐兩側(cè)突起形成葉原基，一對互生的葉原基不斷分化形成幼葉，幼葉相互折疊抱合(圖2，a和b)。花序原基形成后，半圓形的花序軸頂端分生組織細胞分裂旺盛，逐漸形成小突起(圖2，c)，進而縱向伸長形成小花原基(圖1，b和圖2，c)。由于其頂端細胞分裂旺盛，頂端變扁平加寬，外圍開始分化為雄蕊原基，中心形成雌蕊原基(圖1，c和圖2，d)。同時，花序軸周圍分生組織分化產(chǎn)生小突起(圖2，e和f)，標(biāo)志著氣生鱗莖原基分化的開始。

a.啟動期植株莖尖；b、c. 啟動期花序軸；d、e. 氣生鱗莖原基分化期花序軸(紅色箭頭示缺刻)；f. 膨大期氣生鱗莖；g. 成熟期氣生鱗莖；h. 膨大結(jié)束后花序軸；i. 成熟期花序軸。Ba.背部；Be.腹部；Br.苞片；FB.花芽；FP.花原基；GL.發(fā)芽葉；LP.葉原基；PL.保護葉；PP.雌蕊原基；SL.貯藏葉；SP.雄蕊原基；T.氣生鱗莖；VM.營養(yǎng)分生組織圖1 大蒜氣生鱗莖形成過程中不同時期植株莖尖、花序軸以及氣生鱗莖的形態(tài)特征(‘二水早’品種)a. Stem tip at start-up stage; b, c. Inflorescence axis at start-up stag; d, e. Inflorescence axis at topset primordium differentiation stage (The red arrow indicates notch shape.); f. Topset at expansion stage; g. Topset at mature stage; h. Inflorescence axis after expansion; i. Inflorescence axis at mature stage. Ba Backside; Be Belly; Br. Bract; FB. Flower bud; FP. Flower primordium; GL. Germinated leaf; LP. Leaf primordium; PL. Protected leaf; PP. Pistil primordium; SL. Storage leaf; SP. Stamen primordium; T. Topset; VM. Vegetative meristemFig.1 Morphology features of stem tip, inflorescence axis and topset during different stages (‘Eeshuizao’)

2.1.2 氣生鱗莖原基分化期小突起頂端細胞分裂旺盛，染色加深(圖2，f)，逐漸分化呈透明球狀(圖1，d)。隨后球狀突起周圍形成保護葉原基(圖1，d和圖2，g)，保護葉原基表面有缺刻(圖1，d)。觀察氣生鱗莖原基的縱切面(圖2，g)，由于保護葉原基細胞分化水平不同，較快發(fā)育的一側(cè)形成氣生鱗莖的背部，另一側(cè)為腹部(圖1，g和圖2，g、h)。接著，又以相同的方式形成貯藏葉(圖2，i)。從花序軸橫切面(圖2，j)可以看到逐漸形成的維管束。

2.1.3 氣生鱗莖膨大期氣生鱗莖的保護葉和貯藏葉分化完成后，其內(nèi)細胞膨大，原形成層中分化出維管束(圖2，k)。從氣生鱗莖的橫切面(圖2，k)和縱切面(圖2，l)觀察發(fā)現(xiàn)，保護葉和貯藏葉之間存在空隙，隨著細胞的不斷分裂，空隙減少。膨大終期時，白色的氣生鱗莖充滿整個花序軸，形態(tài)飽滿(圖1，h)，對其形態(tài)解剖觀察發(fā)現(xiàn)，半圓形的分生組織兩側(cè)陸續(xù)突起產(chǎn)生發(fā)芽葉(圖1，f和圖2，m)。

2.1.4 氣生鱗莖成熟期剝?nèi)タ偘~，氣生鱗莖保護葉由白色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽仙?圖1，h和i)，氣生鱗莖開始進入成熟期。此時，花序軸上的氣生鱗莖膨大結(jié)束，苞片和小花逐漸枯萎(圖1，i)。對氣生鱗莖進行縱切，其剖面最外層為膜質(zhì)化保護葉，中部為貯藏葉，肉質(zhì)肥厚，最里面是發(fā)芽葉(圖1，g)。

2.2 大蒜氣生鱗莖形成進程品種間比較

對3個品種大蒜氣生鱗莖形成進程觀察比較發(fā)現(xiàn)：不同熟期品種氣生鱗莖形成過程相同，均可劃分為啟動期、氣生鱗莖原基分化期、氣生鱗莖膨大期和氣生鱗莖成熟期4個時期，但它們進入氣生鱗莖原基分化期的時間以及每個階段所持續(xù)的時間受到品種熟期的影響存在一定的差異(表2)。其中，中早熟薹用品種‘二水早’氣生鱗莖原基最早分化(從3月16日開始分化)，植株新葉重新萌發(fā)到氣生鱗莖原基分化持續(xù)了29 d；中晚熟薹瓣兼用品種‘麻江紅蒜’氣生鱗莖原基分化較晚(從4月7日開始分化)，啟動期持續(xù)了37 d；晚熟瓣用品種‘徐州白’氣生鱗莖原基分化最晚(從4月20日開始分化)，啟動期持續(xù)了41 d。同樣，‘二水早’氣生鱗莖成熟也最早，5月8日開始成熟。除‘二水早’氣生鱗莖原基分化期與氣生鱗莖膨大期持續(xù)時間相近，其他2個品種膨大期持續(xù)時間長于原基分化期。另外，觀察氣生鱗莖原基開始分化時，3個品種大蒜總苞葉尖均剛露出葉鞘，‘二水早’葉片數(shù)為7～8片，‘麻江紅蒜’葉片數(shù)為8～9片，‘徐州白’葉片數(shù)為9～10片。

表2 3個品種大蒜氣生鱗莖形成進程比較(月/日，天數(shù))

2.3 大蒜氣生鱗莖形成過程中相關(guān)生理生化指標(biāo)的動態(tài)變化

2.3.1 可溶性糖、蔗糖、淀粉含量大蒜品種‘麻江紅蒜’氣生鱗莖可溶性糖和蔗糖含量在其形成過程中均表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢，兩者在分化時期之間均顯著差異(圖3)。其中，氣生鱗莖可溶性糖和蔗糖含量在膨大開始時達到最高值，分別為441.4和140.7 mg/g，為氣生鱗莖的膨大做準(zhǔn)備；氣生鱗莖開始膨大后，可溶性糖和蔗糖含量急劇下降，在成熟期分別降至332.4和91.6 mg/g，這表明氣生鱗莖膨大需要消耗大量的可溶性糖和蔗糖。另外，淀粉是氣生鱗莖的儲能物質(zhì)，其含量從氣生鱗莖原基分化開始呈直線型上升趨勢，并在成熟期達到最高值(194.3 mg/g)。

圖中不同字母表示分化時期間在0.05水平差異顯著(P<0.05)，下同圖3 大蒜氣生鱗莖形成過程中可溶性糖、蔗糖和淀粉含量的變化Different letters in the graph indicate significant difference among stages at 0.05 level, the same as belowFig.3 Changes of soluble sugar, sucrose and starch contents during the development of garlic topset

2.3.2 內(nèi)源激素含量大蒜氣生鱗莖形成過程中，其中的內(nèi)源激素含量因種類不同而表現(xiàn)出不同的變化趨勢(圖4)。其中，氣生鱗莖IAA、GA3和MeJA含量在其形成過程中均呈下降趨勢，但有一定差異。IAA含量在氣生鱗莖膨大初期顯著降低，并在成熟期降至最低值(15.58 ng/g)；GA3和MeJA含量分別從氣生鱗莖原基分化期和膨大初期開始下降，并在成熟期分別降至2.5 ng/g和7.8 ng/g。氣生鱗莖ABA含量從啟動期到成熟期呈上升趨勢，在成熟期達到最高值(78.1 ng/g)。ZR含量從氣生鱗莖原基分化期開始下降，至膨大中期達到最低值(3.8 ng/g)，隨后在成熟期顯著上升至4.6 ng/g，與膨大前期持平。氣生鱗莖BR含量從啟動期到膨大初期無顯著性變化，在膨大中期顯著降低至最低值2.2 ng/g，隨后在成熟期顯著上升至2.9 ng/g。

圖4 大蒜氣生鱗莖形成過程中內(nèi)源激素含量的變化Fig.4 Changes of endogenous hormone contents during the development of garlic topset

a-b. 啟動期植株莖尖；c-f. 啟動期花序軸；g-i. 分化期氣生鱗莖原基；j. 分化期花序軸橫切面；k. 膨大期氣生鱗莖橫切面；l. 膨大期氣生鱗莖縱切面；m. 膨大期氣生鱗莖發(fā)芽葉。 Ba.背部；Be.腹部；Br.苞片；FB.花芽；FP.花原基；GL.發(fā)芽葉；M.分生組織；PL.保護葉；PP.雌蕊原基；RM.生殖分生組織；SLP.貯藏葉原基；SP.雄蕊原基；VB.維管束；VM.營養(yǎng)分生組織；YL.幼葉圖2 大蒜氣生鱗莖形成過程不同時期植株莖尖、花序軸以及氣生鱗莖的解剖特征(‘二水早’)a-b. Stem tip at start-up stage; c-f. Inflorescence axis at start-up stage; g-i. Topset primordium at primordium differentiation stage; j. The inflorescence axial transverse section at primordium differentiation stage; k. Transverse section of topset at expansion stage; l. Longitudinal section of topset at expansion stage; m. Germinated leaf of topset at expansion stage. Ba. Backside; Be. Belly; Br. Bract; FB. Flower bud; FP. Flower primordium; GL. Germinated leaf; M. Meristem; PL. Protected leaf; PP. Pistil primordium; RM. Reproductive meristem; SLP. Storage leaf primordium; SP. Stamen primordium; VB. Vascular bundle; VM. Vegetative meristem; YL. Young leafFig.2 Morphological features of stem tip, inflorescence axis and topset during different stages (‘Eeshuizao’)

2.4 大蒜氣生鱗莖形成過程中相關(guān)基因差異表達動態(tài)變化分析

2.4.1 碳水化合物代謝相關(guān)基因?qū)Υ笏鈿馍[莖形成過程中碳水化合物代謝相關(guān)基因進行熒光定量分析，結(jié)果如圖5所示。首先，1-果聚糖水解酶基因(1-FEH)相對表達量從氣生鱗莖啟動期逐漸增加，在膨大中期達到峰值，是啟動期的20.07倍；隨后在成熟期顯著降低，相對表達量僅是啟動期的32%。

圖5 大蒜氣生鱗莖形成過程中碳水化合物代謝相關(guān)基因表達量變化Fig.5 Changes of carbohydrate metabolism related gene expression during the development of garlic topset

其次，細胞壁轉(zhuǎn)移酶基因(CWI)、蔗糖1-果糖基轉(zhuǎn)移酶基因(1-SST)和果聚糖6-果糖基轉(zhuǎn)移酶基因(6-FFT)相對表達量在氣生鱗莖形成整個過程均呈先上升再下降后上升的動態(tài)變化。CWI相對表達量在氣生鱗莖原基分化期顯著升高，是啟動期的9.6倍；在膨大初期相對表達量顯著下降，是啟動期的2.02倍；后又隨著氣生鱗莖的膨大而顯著上升，于成熟期達到最高值，是啟動期的11.29倍。1-SST和6-FFT相對表達量均在膨大初期顯著升高，分別是啟動期的9.68倍和4.5倍。

再次，海藻糖-6-磷酸合成酶(T6P)相對表達量在膨大初期顯著下降，是啟動期的16%；在成熟期，T6P相對表達量顯著升至最高，是啟動期的1.35倍。

而6-1-果聚糖水解酶基因(6&1-FEH)的相對表達量在整個過程呈‘雙峰’型變化。在氣生鱗莖原基分化期，其相對表達量顯著升高達到最高值，是啟動期的2.08倍；在膨大開始時降至最低值，僅是啟動期的45%；在氣生鱗莖膨大中期，6&1-FEH相對表達量顯著升高，而在成熟期顯著下降至膨大初期水平。

2.4.2 內(nèi)源激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因?qū)馍[莖形成過程中內(nèi)源激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因進行熒光定量檢測，結(jié)果如圖6所示。生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因ARF1、乙烯信號途徑中的基因ETR、細胞分裂素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因ARR-B、脫落酸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因PP2C以及油菜素內(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因CYCD的表達量在氣生鱗莖形成過程中均呈先上升后下降再上升的動態(tài)變化。其中，ARF1和ETR相對表達量均在氣生鱗莖膨大中期最低，分別是啟動期的78%和70%；在成熟期，ARF1相對表達量顯著升高，是啟動期的2.24倍，ETR相對表達量也顯著升高至膨大初期的水平。ARR-B相對表達量在氣生鱗莖原基分化期顯著升高，是啟動期的2.3倍；在膨大初期，其相對表達量顯著降低至最低值，是啟動期的56%；后隨著氣生鱗莖膨大顯著持續(xù)上升，其相對表達量至成熟期時是啟動期的3.9倍。PP2C和CYCD相對表達量在成熟期表達量顯著升高，分別是啟動期的7.02倍和6.68倍。另外，茉莉酸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因JAZ相對表達量在氣生鱗莖原基分化期顯著下降，是啟動期的53%；在成熟期表達量最高，是啟動期的3.78倍。

圖6 大蒜氣生鱗莖形成過程中內(nèi)源激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因表達量變化Fig.6 Changes of endogenous hormones signal transduction related gene expression changes during the development of garlic topset

3 討 論

3.1 大蒜氣生鱗莖形成進程及形態(tài)和解剖特征

鱗莖是具有繁殖和營養(yǎng)貯藏雙重作用的器官，其形成是個復(fù)雜的形態(tài)分化過程。關(guān)于氣生鱗莖形成進程劃分的研究結(jié)果不盡一致。樊金萍等[18]將卷丹百合氣生鱗莖形成分為3個時期：啟動期、膨大期和成熟期；喬永旭等[19]將東方百合‘索邦’鱗莖形態(tài)發(fā)生過程分為：啟動、生長錐形成、葉原基形成和小鱗莖形成等4個時期；佘璇等[20]將鱗莖發(fā)育過程分為原基啟動形成期，膨大期和成熟期3個階段。本試驗根據(jù)3個不同成熟期的大蒜品種莖尖和花序軸的形態(tài)解剖特點，將氣生鱗莖形成劃分為啟動期、氣生鱗莖原基分化期、氣生鱗莖膨大期和氣生鱗莖成熟期等4個時期，與前人對鱗莖形成時期的劃分不完全一致。當(dāng)總苞葉尖露出葉鞘時，花序軸周圍分生組織區(qū)域產(chǎn)生小突起，開始進入氣生鱗莖原基分化期，這與前人的研究結(jié)果一致[18-20]。鱗莖的葉分為保護葉、貯藏葉和發(fā)芽葉，當(dāng)保護葉和貯藏葉之間的空隙變小時，發(fā)芽葉原基還未開始分化，故將發(fā)芽葉原基分化劃歸到氣生鱗莖膨大期。根據(jù)氣生鱗莖外層保護葉顏色變化判斷氣生鱗莖是否進入成熟期，這與樊金萍等[18]的研究結(jié)果一致，但大蒜氣生鱗莖外層保護葉是由白色轉(zhuǎn)為紫色，百合鱗莖保護葉是由綠色變成褐色。

本試驗對3個熟期大蒜品種氣生鱗莖形成進程的劃分與劉秀慧[7]對大蒜地下鱗莖形成劃分結(jié)果基本一致，僅在啟動期的劃分有一定差異。在啟動期，氣生鱗莖和地下鱗莖形成都伴有新葉的萌發(fā)，但由于氣生鱗莖著生在花序軸上，其形成啟動期還伴隨著花序的形成。此外，郭菊葉等[3]對蒜薹發(fā)育過程觀察發(fā)現(xiàn)，氣生鱗莖原基分化略早于花器官原基分化或同時分化，而我們觀察發(fā)現(xiàn)氣生鱗莖原基分化是在花器官原基分化之后，與吳澤秀等[5]的研究一致。植物器官發(fā)育與栽培環(huán)境密切相關(guān)，猜測造成差異的原因是前者將大蒜種植于網(wǎng)室內(nèi)，而本試驗是露地栽培。

根據(jù)石蠟切片結(jié)果以及田間觀察發(fā)現(xiàn)，大蒜氣生鱗莖原基分化開始時，3個品種大蒜的總苞葉均剛露出葉鞘?？梢杂纱说贸?，總苞葉露出葉鞘可以作為氣生鱗莖原基開始分化的外部形態(tài)依據(jù)，在大蒜生產(chǎn)栽培管理中及時進行肥水管控，可促進氣生鱗莖的生長和發(fā)育。

3.2 大蒜氣生鱗莖形成過程中碳水化合物及其相關(guān)基因表達的變化特征

碳水化合物是鱗莖發(fā)生和膨大的能量和物質(zhì)基礎(chǔ)。在百合鱗莖中，碳水化合物主要以淀粉的形式貯藏，并以蔗糖的形式運轉(zhuǎn)，淀粉、蔗糖代謝在百合鱗莖的發(fā)育中起重要作用[9]。Li等[22]對蘭州百合小鱗莖形成和發(fā)育過程進行轉(zhuǎn)錄組測序分析，在分子水平證明了碳水化合物代謝是鱗莖發(fā)生和形成的基礎(chǔ)。本研究中氣生鱗莖可溶性糖含量和蔗糖含量在膨大初期達到最高值，在氣生鱗莖膨大開始后急劇下降，直至成熟期，表明氣生鱗莖的膨大需要消耗大量的可溶性糖和蔗糖；氣生鱗莖淀粉含量則呈直線型上升，表明在氣生鱗莖形成過程中，可溶性糖轉(zhuǎn)化成淀粉，進行物質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量代謝，這與百合鱗莖的研究結(jié)果一致[23]。

果聚糖代謝相關(guān)基因1-SST、1-FEH分別在膨大初期、膨大中期表達量顯著升高，其中1-SST調(diào)控果聚糖的合成，1-FEH調(diào)控果聚糖的降解，表明果聚糖參與了大蒜氣生鱗莖形成，且其積累是合成與分解并進的過程[24-26]。CWI參與器官發(fā)育[27]，CWI相對表達量在氣生鱗莖原基分化期顯著升高，表明氣生鱗莖形成需要大量細胞進行分裂、分化。T6P是一個蔗糖信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因[28]，在氣生鱗莖原基分化期相對表達量顯著升高，猜測花序軸通過大量蔗糖積累后引起T6P表達上調(diào)，激活了氣生鱗莖形成相關(guān)基因的表達，分生組織開始分化形成氣生鱗莖。

3.3 大蒜氣生鱗莖形成過程中激素及其相關(guān)基因表達的變化特征

植物激素是調(diào)控植物器官形成及發(fā)育的重要因子[16]。生長素能夠調(diào)控分生組織的發(fā)生和發(fā)育[29]。本試驗中，大蒜氣生鱗莖IAA含量變化趨勢與菊芋[30]塊莖形成中IAA含量變化趨勢一致。氣生鱗莖IAA在分化期保持較高濃度，膨大開始后顯著降低，在膨大中期和成熟期維持在低水平，表明高濃度的IAA可以促進氣生鱗莖原基的分化，低濃度的IAA有利于氣生鱗莖的膨大。ARF是調(diào)控生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子[31]。ARF在分化期表達量顯著升高，表明ARF參與了氣生鱗莖的形成過程。

JAZ是茉莉酸信號調(diào)控途徑中的負調(diào)控因子[32]，其相對表達量在大蒜氣生鱗莖原基分化期和膨大初期均維持一個較低水平，而MeJA在這一個過程中維持一個較高的濃度，推測該基因表達下調(diào)促進MeJA的合成進而影響氣生鱗莖原基分化和膨大。這與李春香等[33]、熊正琴等[34]的研究結(jié)果相一致。

同時，蛋白磷酸酶基因PP2C在ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中具有負調(diào)控作用[35]。隨著氣生鱗莖的形成，本研究中氣生鱗莖ABA含量呈持續(xù)上升的趨勢，與唐雯琪等[36]對山藥塊莖膨大過程內(nèi)源激素變化的研究結(jié)果一致。然而PP2C表達量在分化期和成熟期顯著升高，推測ABA對氣生鱗莖原基分化的調(diào)控作用不大，也可能是PP2C沒有參與氣生鱗莖的形成，還有待進一步的驗證。

另外，氣生鱗莖ZR含量在啟動期較高，但隨著氣生鱗莖的形成而顯著降低，表明高濃度的細胞分裂素有利于鱗莖原基分化啟動[37]。氣生鱗莖形成過程中，BR的含量整體處于較低的水平且變化不大，因而推測BR對氣生鱗莖形成沒有作用。

4 結(jié) 論

3個不同熟期品種大蒜氣生鱗莖形成進程均可劃分為氣生鱗莖形成啟動期、氣生鱗莖原基分化期(包括保護葉原基、貯藏葉原基分化)、氣生鱗莖膨大期和氣生鱗莖成熟期4個時期，且其分化先后順序與品種成熟期相關(guān)。當(dāng)總苞葉葉尖露出葉鞘，花器官原基分化時，花序軸周圍分生組織區(qū)域產(chǎn)生小突起，標(biāo)志著氣生鱗莖原基分化的開始；氣生鱗莖外層保護葉由白色轉(zhuǎn)為紫色時開始進入成熟期。氣生鱗莖形成消耗大量可溶性糖并積累淀粉。高濃度的ZR可以啟動氣生鱗莖原基的分化，高濃度的IAA和MeJA可以促進氣生鱗莖原基分化，低濃度的IAA有利于氣生鱗莖膨大。