厚竹孕筍成竹期竹鞭系統(tǒng)內(nèi)源激素動(dòng)態(tài)變化

范慧慧 ，申 展，黎祖堯 ，2，張艷華 ，李應(yīng)蘭 ，李 苑 ，孫婭東

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，江西 南昌 330045；2.江西省竹子種質(zhì)資源與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330045；3.南京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，江蘇 南京 210037）

厚竹Phyllostachys edulis‘Pachyloen’因其稈壁厚度是等徑毛竹的1.8～2.0倍且性狀穩(wěn)定而得名[1]，且竹筍營(yíng)養(yǎng)成分[2]、氮代謝和利用水平[3-4]、CO2和光能利用率[5-7]、抗寒性[8]等均高于毛竹，并且跨區(qū)域引種不會(huì)降低其經(jīng)濟(jì)性狀[9-11]，是江西省特有的毛竹變異新品種，2017年被審定為國(guó)家級(jí)優(yōu)良品種，作為筍用和筍材兼用竹種推廣前景廣闊。內(nèi)源激素是植物體內(nèi)非常重要的活性物質(zhì)，黃志玲、呂躍東和何崇單等[12-14]研究了紅錐、黑穗醋栗和北美香柏扦插生根過(guò)程中的內(nèi)源激素，發(fā)現(xiàn)內(nèi)源激素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和相互作用對(duì)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育起著非常重要的調(diào)節(jié)和控制作用[15-17]。何奇江、胡超宗和黃堅(jiān)欽等[18-20]對(duì)雷竹的內(nèi)源激素進(jìn)行了研究，丁興萃、鄭郁善和王波等[21-23]研究了毛竹筍期母竹和竹筍中的內(nèi)源激素，郭少玲等[24]研究了60Coγ輻射對(duì)毛竹種子萌發(fā)過(guò)程中內(nèi)源激素的影響，方楷等[25]研究了厚竹展葉期竹稈內(nèi)源激素特征，張艷華等[26-27]研究了厚竹內(nèi)源激素對(duì)繁殖方式的響應(yīng)及孕筍成竹期母竹中內(nèi)源激素的分布特征和動(dòng)態(tài)變化，結(jié)果表明，竹子不同器官中的內(nèi)源激素質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，內(nèi)源激素對(duì)竹子的生長(zhǎng)發(fā)育影響較大，人為干預(yù)措施可以改變竹子中內(nèi)源激素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和分布。過(guò)去對(duì)竹子內(nèi)源激素的研究多集中于某一特定時(shí)期或單一器官，主要研究單一內(nèi)源激素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和分布。關(guān)于竹子在孕筍成竹過(guò)程中內(nèi)源激素的分布和動(dòng)態(tài)變化，以及內(nèi)源激素間的協(xié)同和拮抗作用對(duì)孕筍成竹的影響和調(diào)控作用，還有待深入研究。本試驗(yàn)擬通過(guò)分析厚竹從筍芽萌動(dòng)到新竹長(zhǎng)成過(guò)程中竹鞭系統(tǒng)中內(nèi)源激素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和比值，研究厚竹孕筍成竹過(guò)程中竹鞭系統(tǒng)內(nèi)源激素的分布特征和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，探索內(nèi)源激素對(duì)厚竹孕筍成竹的調(diào)控作用，旨在為進(jìn)一步研究?jī)?nèi)源激素調(diào)控厚竹等竹類(lèi)植物生長(zhǎng)的機(jī)理，以及利用外源激素促進(jìn)厚竹孕筍成竹和提高竹林效益提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

采樣林分為1995年移母竹造林培育的厚竹純林，竹林結(jié)構(gòu)合理，林分生長(zhǎng)正常，位于江西農(nóng)業(yè)大學(xué)竹類(lèi)植物種質(zhì)園內(nèi)（28°45′24″N，115°49′50″E），海拔 49.5 m，地形為低丘。氣候?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均氣溫17～17.9 ℃，年均降水量1 600～1 700 mm，土壤類(lèi)型為紅壤，土壤質(zhì)地較粘重，偏酸性。

采樣時(shí)間為2015年1月20日（筍芽膨大期）、2015年3月31日（竹筍快速生長(zhǎng)期）和2015年6月10日（新竹長(zhǎng)成期）。采樣對(duì)象為竹鞭的鞭節(jié)間、鞭節(jié)、鞭根和鞭芽4個(gè)部位，每個(gè)部位采樣重量約1 g，共采集竹鞭22根，其中筍芽膨大期14根，竹筍快速生長(zhǎng)期3根，新竹長(zhǎng)成期5根。樣品采集后及時(shí)用錫鉑紙包裹、編號(hào)放入冰盒中，并迅速帶回實(shí)驗(yàn)室放入-85 ℃超低溫冰箱中冷凍，然后用干冰包埋送中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)測(cè)定內(nèi)源激素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2 分析方法和數(shù)據(jù)處理

內(nèi)源激素測(cè)定方法為酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法（ELISA），每個(gè)樣品平行測(cè)定3次，測(cè)定指標(biāo)為吲哚-3-乙酸（IAA）、赤霉素（GA）、玉米素核苷（ZR）和脫落酸（ABA）。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行預(yù)處理和圖表制作，采用SPSS17.0分析軟件進(jìn)行內(nèi)源激素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和不同內(nèi)源激素比值之間的方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 厚竹孕筍成竹期竹鞭系統(tǒng)內(nèi)源激素分布特征

分析筍芽膨大期、竹筍快速生長(zhǎng)期和新竹長(zhǎng)成期竹鞭鞭節(jié)間、鞭節(jié)、鞭根和鞭芽的IAA、GA、ZR和ABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并進(jìn)行差異性比較，結(jié)果如表1。

由表1可知，厚竹在孕筍成竹過(guò)程中，竹鞭系統(tǒng)4種器官中內(nèi)源激素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均是IAA和ABA顯著高于GA和ZR，ABA和IAA質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間差異相對(duì)較小，僅新竹長(zhǎng)成期鞭根中IAA質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于ABA,鞭節(jié)中ABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于IAA，而GA和ZR質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間差異在各個(gè)時(shí)期的各種器官中均不顯著。相同器官中內(nèi)源激素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)排序在不同發(fā)育期有所不同。鞭節(jié)間在筍芽膨大期是ABA＞IAA＞GA＞ZR，竹筍快速生長(zhǎng)期是ABA＞IAA＞ZR＞GA，新竹長(zhǎng)成期是IAA ＞ABA＞ZR＞GA；鞭節(jié)和鞭芽在筍芽膨大期是ABA＞IAA＞GA＞ZR，竹筍快速生長(zhǎng)期和新竹長(zhǎng)成期是ABA＞IAA＞ZR＞GA；鞭根在筍芽膨大期是IAA ＞ABA＞GA＞ZR；竹筍快速生長(zhǎng)期是ABA＞IAA＞ZR＞GA，新竹長(zhǎng)成期是IAA ＞ABA＞ZR＞GA。筍芽膨大期4種器官中的GA質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于ZR，但竹筍快速生長(zhǎng)期和新竹長(zhǎng)成期則相反，原因可能是較高的GA水平有利于打破休眠[12]。筍芽膨大期為了促進(jìn)竹鞭上的潛伏芽萌發(fā)成筍芽，GA質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高；進(jìn)入竹筍快速生長(zhǎng)期后，竹筍中細(xì)胞分裂速度加快以滿(mǎn)足其快速高生長(zhǎng)的需要，竹鞭系統(tǒng)中的ZR質(zhì)量分?jǐn)?shù)相應(yīng)提高；新竹長(zhǎng)成后，竹林系統(tǒng)的生長(zhǎng)中心由地上轉(zhuǎn)入地下，鞭根生長(zhǎng)加速，需要有較高水平的IAA質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而鞭節(jié)上需要有較多的ABA來(lái)促進(jìn)鞭籜衰老和脫落。

表1 竹鞭系統(tǒng)內(nèi)源激素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(均值±校準(zhǔn)差)?Table1 The content of endogenous hormones in the rhizome system (mean difference calibration) (ng·g-1)

進(jìn)一步分析相同內(nèi)源激素在不同器官中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)果如圖1。從圖1可看出， IAA質(zhì)量分?jǐn)?shù)在筍芽膨大期4種器官中接近，竹筍快速生長(zhǎng)期鞭節(jié)間和鞭節(jié)中偏高，新竹生長(zhǎng)期鞭根中偏高，但差異均未達(dá)到顯著程度。GA質(zhì)量分?jǐn)?shù)在筍芽膨大期鞭根和鞭芽中偏高，竹筍快速生長(zhǎng)期鞭根中偏低，且顯著低于鞭節(jié)間，新竹生長(zhǎng)期4種器官中接近。ZR質(zhì)量分?jǐn)?shù)在筍芽膨大期和新竹長(zhǎng)成期均是鞭根中略高，竹筍快速生長(zhǎng)期鞭根和鞭芽中偏低，但差異不顯著。ABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)筍芽膨大期4種器官中接近，竹筍快速生長(zhǎng)期鞭節(jié)和鞭節(jié)間偏高，新竹長(zhǎng)成期鞭節(jié)和鞭芽中偏高，但差異程度不顯著。同一發(fā)育期相同的內(nèi)源激素在不同器官之間質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較小，說(shuō)明相同內(nèi)源激素在竹鞭系統(tǒng)不同器官中的分布比較均衡。竹筍快速生長(zhǎng)期鞭節(jié)間的GA質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于鞭根，原因是竹筍快速生長(zhǎng)期，因?yàn)樾菝咭呀?jīng)打破，竹鞭系統(tǒng)中促進(jìn)打破休眠的GA質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，但竹筍是竹林系統(tǒng)的生長(zhǎng)中心，需要有較高水平的GA促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，故承擔(dān)母竹和竹筍間激素轉(zhuǎn)運(yùn)功能的鞭節(jié)間和鞭節(jié)中的GA質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)偏高。

2.2 厚竹孕筍成竹期竹鞭系統(tǒng)內(nèi)源激素動(dòng)態(tài)變化

比較鞭節(jié)間、鞭節(jié)、鞭根和鞭芽中各種內(nèi)源激素在孕筍成竹過(guò)程中的差異，結(jié)果如圖2。

從圖2可看出，厚竹孕筍成竹過(guò)程中，IAA質(zhì)量分?jǐn)?shù)在鞭節(jié)間和鞭節(jié)中比較穩(wěn)定，在鞭根和鞭芽中先下降后升高，但不同時(shí)期的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異均未達(dá)到顯著程度。GA質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4個(gè)器官中均是前期迅速下降，后期變化相對(duì)平穩(wěn)，筍芽膨大期顯著高于竹筍快速生長(zhǎng)期和新竹長(zhǎng)成期。ZR質(zhì)量分?jǐn)?shù)在鞭節(jié)間和鞭節(jié)中前期略有升高，后期趨于平穩(wěn)；在鞭根中前期略有下降，后期小幅升高；在鞭芽中呈逐漸升高趨勢(shì)，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)均比較穩(wěn)定，不同時(shí)期的差異均未達(dá)到顯著程度。ABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)在鞭節(jié)間前期變化較小，后期顯著降低；在鞭節(jié)、鞭根和鞭芽中均是先降低后增加，但各時(shí)期間差異均未達(dá)到顯著程度。在孕筍成竹過(guò)程中，竹鞭系統(tǒng)同一器官中不同內(nèi)源激素的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)和變化幅度不同，說(shuō)明隨著竹林系統(tǒng)生長(zhǎng)中心的轉(zhuǎn)移，竹鞭系統(tǒng)中內(nèi)源激素質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，以便有效調(diào)節(jié)和控制厚竹不同器官的生長(zhǎng)和發(fā)育。

圖1 竹鞭系統(tǒng)內(nèi)源激素的分布特征Fig.1 Distribution characteristics of endogenous hormones in rhizome system

圖2 竹鞭系統(tǒng)內(nèi)源激素的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of endogenous hormones in rhizome system

2.3 厚竹孕筍成竹期竹鞭系統(tǒng)內(nèi)源激素比值分析

分析不同時(shí)期竹鞭系統(tǒng)各器官中不同內(nèi)源激素的比值，并進(jìn)行差異性比較，結(jié)果如表2和圖3。

從表2可知，同一發(fā)育期內(nèi)各種內(nèi)源激素比值在不同器官之間均沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明在同一個(gè)發(fā)育時(shí)期，竹鞭系統(tǒng)中同一種內(nèi)源激素在不同器官中不但質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異比較小，而且各種激素所占的相對(duì)份數(shù)差異也不顯著。但圖3顯示，同一器官中相同的內(nèi)源激素比值在不同發(fā)育期之間卻有較大差異，且不同器官間的差異程度不同，變化趨勢(shì)也不相同。ZR/GA值在4個(gè)器官中均是均逐漸增大，其中鞭根中3個(gè)時(shí)期之間的差異均達(dá)到顯著程度，鞭節(jié)間、鞭節(jié)和鞭芽中是筍芽膨大期顯著低于竹筍快速生長(zhǎng)期和新竹長(zhǎng)成期；GA/IAA值在4個(gè)器官中均是逐漸變小，其中鞭節(jié)間、鞭根和鞭芽中均是筍芽膨大期顯著高于新竹長(zhǎng)成期；ZR/IAA值在鞭芽中前期迅速升高，竹筍快速生長(zhǎng)期比值最高，之后略有下降，其中筍芽膨大期的比值顯著低于竹筍快速生長(zhǎng)期和新竹長(zhǎng)成期。說(shuō)明ZR和GA間的協(xié)同或拮抗對(duì)厚竹孕筍成竹的調(diào)控作用非常顯著，IAA和GA間的協(xié)同或拮抗的調(diào)控作用也比較明顯，IAA和ZR間的協(xié)同或拮抗對(duì)鞭芽的萌動(dòng)和膨大有較大的影響。

表2 竹鞭系統(tǒng)孕筍成竹期內(nèi)源激素比值(均值±校準(zhǔn)差)?Table2 Ratio of endogenous hormones in different organs of the pregnant bamboo (mean difference calibration) (ng·g-1)

圖3 竹鞭系統(tǒng)內(nèi)源激素比值的動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of ratio of endogenous hormones in rhizome system

3 討 論

筍芽膨大期，為了打破鞭芽休眠，促進(jìn)筍芽萌發(fā)，厚竹竹鞭系統(tǒng)中GA質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著偏高，進(jìn)入竹筍快速生長(zhǎng)期以后，休眠已經(jīng)打破，竹林系統(tǒng)的生長(zhǎng)中心轉(zhuǎn)移至竹筍和母竹，故竹鞭系統(tǒng)中GA含量大幅度下降。竹筍快速生長(zhǎng)期，生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)以竹筍為中心，母竹的光合作用和代謝活動(dòng)也非?；钴S，竹鞭系統(tǒng)的生長(zhǎng)活動(dòng)相對(duì)較弱，故鞭根和鞭芽中的內(nèi)源激素質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降比較明顯，而承擔(dān)運(yùn)輸和貯藏功能的鞭節(jié)間和鞭節(jié)中的生長(zhǎng)激素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化幅度相對(duì)較小。新竹展葉后，竹林生長(zhǎng)中心又轉(zhuǎn)入地下系統(tǒng)，竹鞭上部分潛伏芽需要萌發(fā)成新鞭并快速生長(zhǎng)，鞭根生長(zhǎng)量加大，所以鞭根和鞭芽中的促進(jìn)生長(zhǎng)類(lèi)內(nèi)源激素質(zhì)量分?jǐn)?shù)又相應(yīng)提高。新竹長(zhǎng)成期鞭節(jié)間的ABA含量顯著低于竹筍快速生長(zhǎng)期，但鞭節(jié)部位的ABA含量卻有所升高，原因可能是此階段竹林地下系統(tǒng)生長(zhǎng)旺盛，地上系統(tǒng)的光合作用和代謝活動(dòng)也非?；钴S，竹林系統(tǒng)中抑制生長(zhǎng)類(lèi)激素水平較低，在竹鞭中的運(yùn)輸量也較少，故鞭節(jié)間的ABA含量顯著降低，但鞭節(jié)上有部分鞭籜需要死亡和脫落，所以鞭節(jié)部位的ABA含量反而有所升高。

為了適應(yīng)竹林系統(tǒng)生長(zhǎng)中心的轉(zhuǎn)移，促進(jìn)竹林系統(tǒng)的正常生長(zhǎng)和健康發(fā)育，厚竹竹鞭系統(tǒng)中內(nèi)源激素質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。其中鞭根中IAA、GA和ZR的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與母竹竹葉和竹枝中的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律[27]完全相反，進(jìn)一步說(shuō)明了竹林系統(tǒng)的生長(zhǎng)中心是在地上（母竹）系統(tǒng)和地下（竹鞭）系統(tǒng)間交替轉(zhuǎn)移。另外，本研究發(fā)現(xiàn)，厚竹鞭芽中IAA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于GA，不同于毛竹竹筍中GA3＞IAA[22,28]，在孕筍過(guò)程中竹鞭系統(tǒng)中的ZR/GA值顯著升高，說(shuō)明厚竹中促進(jìn)細(xì)胞壁形成和蛋白質(zhì)合成的IAA及促進(jìn)細(xì)胞分裂的ZR質(zhì)量分?jǐn)?shù)多，有利于竹壁的橫向增長(zhǎng)，可能是造成厚竹竹壁變厚的原因之一。

竹鞭系統(tǒng)不同器官中同種內(nèi)源激素在同一發(fā)育期不但質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異小，而且相對(duì)質(zhì)量份數(shù)差異也較小，說(shuō)明竹鞭系統(tǒng)中內(nèi)源激素比較穩(wěn)定。但同一器官中相同的內(nèi)源激素比值在不同發(fā)育期之間卻有較大差異，并且不同器官中的差異程度不同，變化趨勢(shì)也不同，說(shuō)明內(nèi)源激素間的交互作用對(duì)厚竹的孕筍成竹有顯著的調(diào)控作用，并且不同激素間的交互作用的作用及影響程度不同，其協(xié)同或拮抗機(jī)理及調(diào)控機(jī)制還有待于深入探索。

4 結(jié) 論

厚竹在孕筍成竹過(guò)程中，竹鞭系統(tǒng)的鞭節(jié)間、鞭節(jié)、鞭根和鞭芽4個(gè)器官中不同內(nèi)源激素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，其中IAA和ABA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于GA和ZR。相同器官中不同激素的動(dòng)態(tài)變化不同，不同器官中相同激素的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)不同，但變化幅度相似。筍芽膨大期為了打破休眠，GA質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高；進(jìn)入竹筍快速生長(zhǎng)期，ZR/GA值顯著升高。內(nèi)源激素間的協(xié)同或拮抗作用對(duì)厚竹孕筍成竹有調(diào)控功能，其中ZR和GA間的協(xié)同或拮抗作用的影響非常顯著。