厚竹孕筍成竹過程中內(nèi)源激素動態(tài)變化

黎祖堯，張艷華，張 雷，李 苑，孫婭東

（1.江西農(nóng)業(yè)大學 林學院，江西 南昌330045；2.江西農(nóng)業(yè)大學 江西省竹子種質(zhì)資源與利用重點實驗室，江西 南昌330045；3.南京林業(yè)大學 林學院，江蘇 南京 210037）

厚竹Phyllostachys edulis‘Pachyloen’又稱厚壁毛竹，是江西省特有的毛竹P.edulis變異新品種，2008年獲植物新品種保護權(quán)［1］，2017年被審定為國家級優(yōu)良品種。厚竹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［2］；生物學和生態(tài)學特性與毛竹相似，但生物量、竹筍中營養(yǎng)物質(zhì)含量［1］、抗寒性［3］、 氮代謝水平和利用率［4－5］、 二氧化碳（CO2）和光能利用率［6－8］等均高于毛竹； 作為筍用和筍材兼用竹種，其經(jīng)濟價值、種質(zhì)價值、碳儲量和固碳能力［9－10］較高，推廣前景廣闊。內(nèi)源激素作為植物體內(nèi)重要的活性物質(zhì)，其質(zhì)量分數(shù)和相互作用對植物的生長和發(fā)育起著非常重要的調(diào)節(jié)和控制作用［11－12］。何奇江等［13－14］、 胡超宗等［15］和黃堅欽等［16］對雷竹Ph.praecox的內(nèi)源激素進行了研究， 郭少玲等［17］研究了60Coγ輻射對毛竹種子萌發(fā)過程中內(nèi)源激素的影響，丁興萃［18］和鄭郁善等［19］研究了毛竹筍期的內(nèi)源激素分布，方楷等［20］對厚竹展葉期竹稈內(nèi)源激素進行了研究，張艷華等［21］研究了厚竹新竹中內(nèi)源激素對繁殖方式的響應，吳興波等［22］研究了氯霉素對毛竹幼苗色素質(zhì)量分數(shù)及葉綠素熒光的影響。結(jié)果顯示，內(nèi)源激素對竹筍的生長發(fā)育影響較大，竹子不同器官中及竹筍不同部位的內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)不同，人為干預措施可以改變竹子中內(nèi)源激素的質(zhì)量分數(shù)和分布。過去對竹子內(nèi)源激素的研究多集中于某一特定時期或單一器官，主要研究單一內(nèi)源激素。關(guān)于竹子孕筍成竹期內(nèi)源激素的分布和動態(tài)變化，及各種內(nèi)源激素的相對質(zhì)量分數(shù)對竹子孕筍成竹的影響還值得深入研究。本試驗通過分析厚竹從鞭芽萌動到成竹過程中不同部位內(nèi)源激素的質(zhì)量分數(shù)，研究厚竹孕筍成竹過程中內(nèi)源激素的分布特征和動態(tài)變化規(guī)律，探索內(nèi)源激素對厚竹孕筍成竹的調(diào)控作用，為進一步研究內(nèi)源激素調(diào)控竹類植物生長的機理和厚竹定向培育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采樣林分：采樣地位于江西農(nóng)業(yè)大學竹類植物種質(zhì)園內(nèi)（28°45′24.1″N，115°49′50.2″E），海拔 49.5 m，低丘崗地，土壤為紅壤。采樣林分為厚竹純林，1995年從厚竹原產(chǎn)地（江西省萬載縣高村鄉(xiāng)嚴田村，28°06′33.38″N， 114°26′24.78″E）引種繁育而成， 面積約為 0.5 hm2， 立竹胸徑為 4.0～7.0 cm， 立竹高度為6.0～10.0 m，竹林結(jié)構(gòu)合理，生長正常。

采樣時間：2015年1月20日，筍芽膨大期，采集竹鞭潛伏芽、筍芽和冬筍樣品。2015年3月31日，竹筍快速生長期，采集竹鞭潛伏芽和春筍樣品。2015年6月10日，新竹長成期，采集新竹樣品。

采樣部位：潛伏芽整芽取樣。已經(jīng)萌動的筍芽分芽肉和芽籜取樣。冬筍和春筍分筍籜及頂部、中部和基部筍肉取樣，春筍增加中部和基部筍肉的內(nèi)壁、外壁及筍根取樣。新竹分中上部竹稈、中下部竹枝、竹葉和篼根取樣。各取樣對象均選擇3個及以上作為重復，采集樣品量約1 g·部位－1。

樣品處理：野外采集樣品后立即放入冰盒中，2 h內(nèi)轉(zhuǎn)入－85℃超低溫冰箱中冷凍。每一時期全部樣品采集后用干冰包埋送中國農(nóng)業(yè)大學分析。

1.2 樣品分析

內(nèi)源激素測定方法為酶聯(lián)免疫吸附測定法（ELISA），每個樣品平行測定3次，測定指標為吲哚-3-乙酸（IAA）， 赤霉素（GA3）， 玉米素核苷（ZR）和脫落酸（ABA）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0分析軟件分析，用單因素方差分析和Duncan多重比較對厚竹孕筍成竹期鞭芽、竹筍和新竹不同部位中的內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)和比值進行差異性分析。采用Excel 2007統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理和圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 厚竹竹筍和新竹內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)與分布特征

從表1看出：筍芽膨大期，所有部位內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)均表現(xiàn)為ABA＞IAA＞GA3＞ZR，由于此時竹林處于休眠期，內(nèi)源激素在不同部位間均無顯著差異。竹筍快速生長期，潛伏芽和春筍的生命活動旺盛程度不同，內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)也不相同，潛伏芽中ABA＞IAA＞ZR＞GA3，而春筍中IAA＞ABA＞ZR＞GA3，差異程度因部位而異。新竹抽枝展葉后，潛伏芽和竹葉中內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)表現(xiàn)為ABA＞IAA＞ZR＞GA3，竹稈中內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)則是IAA＞ABA＞ZR＞GA3。

表1 不同時期竹筍和新竹內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)Table 1 Contents of endogenous hormones in shoots and new bamboos

進一步分析冬筍、春筍和新竹不同部位的內(nèi)源激素。從表2看出：不同內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)因植株形態(tài)或部位不同而不同。冬筍所有部位均為ABA＞IAA＞GA3＞ZR，春筍所有部位為IAA＞ABA＞ZR＞GA3，新竹的竹枝和竹葉為ABA＞IAA＞ZR＞GA3，而竹稈和蔸根則為IAA＞ABA＞ZR＞GA3。

由表1和表2還可看出：同種內(nèi)源激素因發(fā)育時期或部位不同存在差異。筍芽膨大期，冬筍中促進生長類激素表現(xiàn)向基性增加；ABA則是筍尖和筍基部高，中部筍肉低，但潛伏芽、筍芽和冬筍之間及同一植株形態(tài)不同部位之間同種內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)和內(nèi)源激素總量差異均不顯著。竹筍快速生長期，潛伏芽和春筍的內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)差異顯著，春筍筍籜中各內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)顯著高于筍肉，筍肉外壁中IAA，ZR和GA3呈向基性減少，但差異性未達到顯著程度。ABA主要在葉片中合成，新竹葉片中ABA質(zhì)量分數(shù)顯著高于其他部位，并呈向基性減少。

2.2 厚竹內(nèi)源激素比值分析

激素間的相互作用對植物的生長和發(fā)育有重要的調(diào)節(jié)和控制作用［9］，研究激素間交互作用對厚竹生長發(fā)育的影響意義重大。研究認為，促進生長類激素與抑制生長類激素質(zhì)量分數(shù)的比值對植物生長發(fā)育有重要的調(diào)控作用［23］。由表3可知：生長中心的轉(zhuǎn)移和不同植株形態(tài)的生命活動不同，厚竹在孕竹成筍過程中各內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)的比值有較大差異，并且不同激素間的比值差異程度不同。從表4看出：冬筍同一部位不同內(nèi)源激素比值間存在顯著差異，但相同內(nèi)源激素比值在不同部位之間差異性均不顯著。春筍筍尖由于細胞分裂和伸長生長活動旺盛，其中ZR和GA3在內(nèi)源激素中的相對質(zhì)量分數(shù)顯著偏高，ZR/GA3也顯著偏高，說明筍尖中細胞分裂活動尤為旺盛。新竹葉片中ABA質(zhì)量分數(shù)顯著偏高，促進生長類激素與ABA的比值顯著低于其他部位，并呈顯著向基性升高；新竹中代謝活動旺盛部位中的ZR/GA3顯著高于代謝活動較弱的部位，而GA3/IAA值則相反。

表2 植株體不同部位內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)Table 2 Contents of endogenous hormones in different parts of bamboo

表3 不同發(fā)育期竹筍和新竹內(nèi)源激素比值Table 3 Ratios among different endogenous hormones in bamboo shoots and new bamboos during different periods

2.3 厚竹孕筍成竹過程中內(nèi)源激素動態(tài)變化

2.3.1 潛伏芽內(nèi)源激素動態(tài)變化 潛伏芽是指竹鞭上未分化發(fā)育成筍或鞭的細小鞭芽，與已萌發(fā)的筍芽或鞭芽相比，生長極為緩慢或不生長。對不同生長期潛伏芽中的內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)和比值進行比較可知，筍芽膨大期潛伏芽中GA3的質(zhì)量分數(shù)顯著高于竹筍快速生長期和新竹長成期；除GA3外，其他內(nèi)源激素的絕對量變化不大（圖1A）。不同內(nèi)源激素相對質(zhì)量分數(shù)卻有顯著變化，且動態(tài)變化規(guī)律不同。由圖1B可知：ZR/ABA先增加后降低，不同生長時期差異顯著；ZR/GA3和ZR/IAA隨成筍進程顯著降低。由此證實從筍芽膨大期到快速生長期，潛伏芽內(nèi)GA3相對量增多，為打破潛伏芽休眠進而分化為筍芽做好準備；而竹筍快速生長期，竹筍內(nèi)ZR相對量提高，有助于促進細胞分裂。

2.3.2 厚竹孕筍成竹過程中內(nèi)源激素動態(tài)變化 圖2為厚竹不同形態(tài)下不同部位的內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)及比值的變化。潛伏芽分化為筍芽，芽肉中GA3質(zhì)量分數(shù)顯著下降（圖2A），GA3/IAA顯著下降但ZR/GA3和ZR/IAA顯著升高（圖2B），說明潛伏芽至筍芽的分化以細胞分裂為主。冬筍為了適應低溫環(huán)境并有利于打破休眠，從筍芽芽肉發(fā)育后，冬筍筍肉中GA3/IAA顯著升高，而ZR/GA和ZR/IAA顯著降低。進入竹筍快速生長期，春筍筍肉ABA質(zhì)量分數(shù)出現(xiàn)顯著降低（圖2A），GA3/IAA顯著降低而ZR/ABA，ZR/IAA和ZR/GA3均顯著升高（圖2B），可以認為此時竹筍生長以細胞數(shù)量增加為主。新竹抽枝展葉后，竹林的生長中心轉(zhuǎn)入地下，新竹的細胞分裂活動基本停止，故竹稈中ABA質(zhì)量分數(shù)顯著增加，促進細胞分裂和伸長生長的ZR和GA3的相對質(zhì)量分數(shù)顯著降低。潛伏芽至筍芽芽籜、冬筍筍籜、春筍筍籜、竹葉的內(nèi)源激素的動態(tài)變化趨勢與筍肉相似（圖2C，圖2D），竹筍快速生長期，筍（稈）籜生長迅速，脫落也快，筍籜中ZR，IAA和ABA均保持較高水平。

表4 植株體不同部位內(nèi)源激素比值Table 4 Ratios of different endogenous hormones in different bamboo parts

圖1 潛伏芽內(nèi)源激素及比值動態(tài)變化Figure 1 Changes of endogenous hormones content and ratio in latent buds

綜合圖1和圖2可知：內(nèi)源激素對筍芽分化和竹筍生長具有重要調(diào)控作用。較高的IAA和較低的ABA有利于竹筍的分化和生長，較高的GA3有利于打破潛伏芽和冬筍的休眠，促進筍芽分化和冬筍萌動，而較高的ZR有利于促進竹筍生長。ZR/ABA，ZR/IAA，ZR/GA3及GA3/IAA比單一內(nèi)源激素的絕對量更能反映厚竹孕筍成竹過程的變化，說明內(nèi)源激素間的交互作用對厚竹的孕筍成竹有顯著的調(diào)控作用。

圖2 孕筍成竹過程中內(nèi)源激素及比值動態(tài)變化Figure 2 Changes of endogenous hormones content and ratio in bamboo shoots

3 討論與結(jié)論

筍芽膨大期，竹林處于休眠狀態(tài)，冬筍及鞭芽內(nèi)抑制生長類激素（如ABA）質(zhì)量分數(shù)顯著高于促進生長類激素，抑制了筍芽和冬筍的快速生長，以應對低溫環(huán)境。竹筍進入快速生長期后，促進細胞分裂的激素顯著增加，抑制生長類激素顯著減少，此時可見筍尖ZR質(zhì)量分數(shù)明顯增加，并且顯著高于竹筍的中部和基部；ABA質(zhì)量分數(shù)顯著降低，GA3質(zhì)量分數(shù)在竹筍各部位差異不顯著，說明進入速生期后，竹筍生長以細胞分裂為主。新竹長成后，竹葉中的ZR和GA3質(zhì)量分數(shù)顯著低于筍尖，提示厚竹抽枝展葉后，地上系統(tǒng)的細胞分裂和生長基本停止，地下竹鞭已經(jīng)成為竹林系統(tǒng)的生長中心。

春筍筍肉中促進生長類激素的相對質(zhì)量分數(shù)顯著高于潛伏芽，特別是筍尖內(nèi)ZR/IAA，ZR/ABA，GA3/IAA及GA3/ABA顯著高于其他植株體或部位，新竹長成后，竹林系統(tǒng)生長中心轉(zhuǎn)入地下，新竹中促進生長類激素與抑制生長類激素的比值呈顯著向基性遞增，生命活動相對旺盛的葉片和蔸根中的GA3/IAA顯著低于竹稈和竹枝，但ZR/GA3則剛好相反，表明內(nèi)源激素的相對質(zhì)量分數(shù)對厚竹生長發(fā)育有顯著影響，較高比例的ZR有利于碳水化合物的合成和器官的生長，促進竹筍和及篼根生長，而較高比例的GA3則有利于打破潛伏芽休眠，促進物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及纖維素和木質(zhì)素的形成，說明內(nèi)源激素間的協(xié)調(diào)或拮抗作用對厚竹孕筍成竹有重要的調(diào)控作用，但其作用機理還有待于深入研究。

鄭郁善等［19］研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源激素在毛竹春筍中的質(zhì)量分數(shù)表現(xiàn)為激動素（KT）＞赤霉素（GA3）＞IAA，在新竹葉片中表現(xiàn)為GA3＞IAA＞KT；王波等［23］發(fā)現(xiàn)無論筍或新竹葉片，均表現(xiàn)為GA3質(zhì)量分數(shù)顯著高于IAA；方楷等［24］研究發(fā)現(xiàn)：毛竹竹筍和新竹各個部位中，均表現(xiàn)為GA3質(zhì)量分數(shù)顯著高于玉米素（ZT）。本研究發(fā)現(xiàn)：厚竹春筍和新竹各個部位，均表現(xiàn)為IAA＞ZR＞GA3，其中IAA質(zhì)量分數(shù)顯著高于ZR和GA3。厚竹中促進細胞壁形成和蛋白質(zhì)合成的IAA及促進細胞分裂的ZR質(zhì)量分數(shù)高，促進細胞伸長生長的GA3質(zhì)量分數(shù)相對較少，有利于竹壁的橫向增長，可能是造成厚竹竹壁變厚的原因之一。

厚竹中不同內(nèi)源激素的質(zhì)量分數(shù)存在較大差異，且不同部位的差異程度不同，從潛伏芽到新竹抽枝展葉，內(nèi)源激素的質(zhì)量分數(shù)及比值均發(fā)生顯著變化。潛伏芽和冬筍中GA3質(zhì)量分數(shù)偏高，春筍中ZR質(zhì)量分數(shù)偏高，說明不同的內(nèi)源激素對厚竹生長發(fā)育的調(diào)控作用不同，較高的GA3質(zhì)量分數(shù)有利于促進筍芽分化和冬筍萌動，較高的ZR質(zhì)量分數(shù)則會促進細胞分裂，有利于促進竹筍的生長。在厚竹孕筍成竹過程中，ZR/GA3，ZR/IAA和GA3/IAA變化顯著，且與厚竹的生長發(fā)育活動關(guān)系密切，表明ZR，GA3和IAA之間的協(xié)調(diào)或拮抗作用對厚竹的孕筍成竹有重要的調(diào)控功能。