木本竹與草本竹節(jié)間生長規(guī)律比較

茂 玲 李 霞 楊 楊 郭振華

( 1. 中國科學(xué)院昆明植物研究所，中國西南野生生物種質(zhì)資源庫，云南 昆明 650201；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

竹類植物泛指竹亞科植物，竹亞科是禾本科的12個亞科之一，共包含3個族，即熱帶的箣竹族(Bambuseae)，溫帶的青籬竹族(Arundinarieae)和熱帶的莪利竹族(Olyreae)[1-2]。竹類植物根據(jù)莖稈木質(zhì)化程度一般分為木本竹和草本竹兩大類，箣竹族和青籬竹族為木本竹類，而莪利竹族為草本竹類[1]。竹類植物莖稈的快速伸長及木質(zhì)化是廣為關(guān)注的科學(xué)問題，不僅是竹材形成的生理基礎(chǔ)，也具有重要的理論研究價值[3-4]。目前，這方面的研究集中在木本竹。研究表明，綠竹（Bambusa oldhamii）、黃甜竹（Acidosasa edulis）、圣音竹（Phyllostachys heterocycla）、版納甜龍竹（Dendrocalamus hamiltonii）、麻竹（Dendrocalamus latiflorus）、黃紋竹（Phyllostachys vivaxcv.Huanwenzhu）、腫節(jié)少穗竹（Oligostachyum oedogonatum）、櫞竹（Bambusa textilisvar.fasca）等木本竹的高生長遵循“慢—快—慢”的規(guī)律[5-14]；莖稈快速生長時，節(jié)間伸長從基部開始，逐節(jié)伸長[15-16]；同時，節(jié)間薄壁細(xì)胞出現(xiàn)長短細(xì)胞的分化，長細(xì)胞出現(xiàn)細(xì)胞核及細(xì)胞器并逐漸降解，而短細(xì)胞始終保持著活躍的代謝活性，短細(xì)胞可能參與了長細(xì)胞次生壁的形成以及莖稈的木質(zhì)化[17-18]。

1 材料與方法

1.1 材料來源

本研究驗以種植于昆明植物研究所竹園內(nèi)的紫竹，以及2014年1月從法屬圭亞那引種于中國西南野生生物種質(zhì)資源庫溫室的2種草本竹Raddia guianensis和Olyra latifolia為研究材料（圖1）。

紫竹為中小型散生木本竹類[19]，是一種優(yōu)良的觀賞、材用、筍用竹種，且其葉片提取物還具有重要的藥用價值[20-21]，在我國南北各地均有栽培。R. guianensis是一種完全草質(zhì)化的小型叢生草本竹類，植株矮小，生于潮濕的林下，夜晚或者有濕度及溫度脅迫時會產(chǎn)生睡眠現(xiàn)象，葉片像含羞草（Mimosa pudica）那樣合攏；分布于巴西、法屬圭亞那、委內(nèi)瑞拉、特立尼達(dá)和多巴哥[22]。O. latifolia莖高60?～400 cm，稈攀緣或直立，是一種中度木質(zhì)化的中型叢生草本竹類，也是木質(zhì)化程度最高的草本竹類[1]。O. latifolia是分布范圍最廣的草本竹類，在北美洲、南美洲及中美洲均有分布[22]，非洲大陸和馬達(dá)加斯加等地也有引種[23]。

1.2 研究方法

1.2.1 莖稈節(jié)間生長規(guī)律的研究

R. guianensis和O. latifolia材料定植于溫室內(nèi)，并定株觀察生長情況。實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)紫竹莖稈中部的13～15節(jié)（從地面開始計數(shù)），節(jié)長而且圓滿，節(jié)間生長具有典型性，也便于測量，因此選擇第13～15節(jié)作為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)來研究紫竹節(jié)間的伸長過程。2012年4—5月，選擇8株生長健壯的幼筍編號掛牌，以筍株露出地面5 cm為起始點，每天上午8：30定時測量各筍株株高。筍株第13節(jié)長到人為可辨時，同時開始記錄筍株第13～15節(jié)節(jié)長。計算株高及節(jié)長平均值，利用Excel軟件繪制高生長曲線以及節(jié)間伸長曲線。

1.2.2 石蠟切片制作

取紫竹及2種草本竹R. guianensis與O. latifolia不同發(fā)育階段的莖稈節(jié)間組織(表1)，放入50%FAA中固定。固定后的材料，經(jīng)梯度乙醇脫水、梯度二甲苯透明、透蠟、包埋、切片、脫蠟、番紅—固綠對染、封片等步驟后，進(jìn)行鏡檢拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 生長規(guī)律

2.1.1 紫竹高生長規(guī)律

膀胱痙攣是前列腺電切術(shù)和比較常見的并發(fā)癥，表現(xiàn)為進(jìn)行性排尿困難、尿頻、尿急、夜尿增多等，發(fā)生率為40%～100%[7]。膀胱痙攣嚴(yán)重影響了患者的手術(shù)舒適度，是護(hù)理工作的重點內(nèi)容[8]。傳統(tǒng)的護(hù)理方法多重視病情觀察以及注意事項的告知，對膀胱痙攣的預(yù)防不夠。近年來，采用綜合性的護(hù)理方法預(yù)防膀胱痙攣的發(fā)生已經(jīng)成為研究的特點。蔡麗娟等[9]采用綜合性護(hù)理預(yù)防經(jīng)尿道膀胱腫瘤電切術(shù)后的膀胱痙攣發(fā)現(xiàn)效果滿意，其能明顯緩解膀胱痙攣的程度，縮短膀胱痙攣的時間。農(nóng)小珍的研究顯示[3]，綜合性護(hù)理不僅能夠減輕前列腺電切術(shù)患者術(shù)后的膀胱痙攣程度，而且能夠減輕患者的心理負(fù)擔(dān)。

從竹筍露出地面5 cm開始，紫竹需經(jīng)歷近1個月的時間來完成整個高生長過程。紫竹的整個地上高生長呈現(xiàn)“慢—快—慢”的生長趨勢。竹筍發(fā)育初期，筍株生長緩慢，每天的生長量不超過3 cm，持續(xù)7～8 d；株高達(dá)到20 cm后，生長速度逐漸加快，經(jīng)過近1個星期的增速生長，筍株進(jìn)入生長高峰期。紫竹的生長高峰出現(xiàn)在180～420 cm內(nèi)，日生長量為30～45 cm；經(jīng)過連續(xù)10多天的快速生長后，筍株的高生長迅速趨于停止（圖2～3）。

表 1 用于制作石蠟切片的節(jié)間組織Table 1 Internode tissues for paraffin section

圖 2 紫竹高生長曲線Fig. 2 Height growth curve of P. nigra shoot

圖 3 紫竹筍株日生長量曲線Fig. 3 Daily increment curve of P. nigra shoot

2.1.2 紫竹節(jié)間伸長規(guī)律

紫竹節(jié)間的伸長呈現(xiàn)“慢—快”的生長趨勢（圖4）。以第14節(jié)為例，其整個伸長過程歷時20 d左右，總生長量為22.3 cm。前期節(jié)的伸長速度很慢，10 d的總生長量還未達(dá)到1 cm；隨后伸長速度緩慢升高；當(dāng)節(jié)長到了7.5 cm時，日生長量已經(jīng)達(dá)到了4 cm；此后節(jié)間一直保持4～5 cm的日生長量直至伸長結(jié)束。

第14節(jié)的快速伸長晚于第13節(jié)而早于第15節(jié)；在整個伸長期，第13節(jié)的節(jié)長總是最大的，第14節(jié)次之，而第15節(jié)最短；最后3節(jié)在一天內(nèi)都相繼完成了整個伸長過程。由此可以看出：筍株下部的節(jié)雖然比上部的節(jié)先伸長，但是相鄰節(jié)之間的發(fā)育狀態(tài)差別并不大；筍株株高的快速增長，是多個節(jié)間同時快速伸長的結(jié)果。

圖 4 紫竹節(jié)間伸長曲線Fig. 4 Internode elongation curve of P. nigra shoot

2.1.3 草本竹生長規(guī)律

溫室內(nèi)種植的R. guianensis成熟竹枝長20～35 cm，沒有明顯的發(fā)筍期。由稈基側(cè)芽發(fā)育成的小筍由于植株矮小，大小與禾本科其他草本植物的分蘗芽相當(dāng)，小筍長到4～5 cm時展開第1片葉。未觀察到與木本竹類似的莖稈快速伸長期。溫室內(nèi)種植的O. latifolia植株高為50～200 cm，沒有明顯的發(fā)筍期，但在2016年1月觀察到有少量竹筍出土，本研究石蠟切片材料即為2016年取樣固定的小筍。由于出土的竹筍較少，以及植株與木本竹相比較小，未觀察到顯著的莖稈伸長規(guī)律。

2.2 石蠟切片觀察

2.2.1 紫竹節(jié)間解剖

1）0.42 cm長的第14節(jié)節(jié)間，節(jié)內(nèi)已經(jīng)有了維管組織、薄壁組織等的分化，后生導(dǎo)管已經(jīng)形成。這一時期細(xì)胞短小，細(xì)胞核大而明顯，細(xì)胞質(zhì)濃厚，整個節(jié)間細(xì)胞都具有旺盛的分裂能力（圖5-S1，圖6-S1）。

t為節(jié)間上部；m為節(jié)間中部；b為節(jié)間底部。AC為氣腔；F為纖維；P為薄壁細(xì)胞；PV為原生導(dǎo)管；MV為后生導(dǎo)管；Ph為韌皮部。標(biāo)尺=30 μm。圖 5 紫竹節(jié)間橫切切片F(xiàn)ig. 5 Internodes cross section of P. nigra

2）1 cm長的第14節(jié)節(jié)間，細(xì)胞體積較0.42 cm時稍大，細(xì)胞質(zhì)濃厚，細(xì)胞核明顯，細(xì)胞仍具有旺盛的分裂能力。部分維管束的原生導(dǎo)管已經(jīng)破裂形成氣腔（圖5-S2，圖6-S2）。

3）7 cm長的第14節(jié)節(jié)間，節(jié)間的上部、中部、下部組織的發(fā)育狀態(tài)已經(jīng)有了明顯的差異。上部組織細(xì)胞，軸向直徑和徑向直徑最長、分化程度最高，細(xì)胞質(zhì)稀疏，細(xì)胞核幾不可見；薄壁細(xì)胞有了長短兩種細(xì)胞的分化，后生導(dǎo)管的細(xì)胞核早已消失，導(dǎo)管分子間相連的細(xì)胞壁近乎消失，纖維已經(jīng)開始木質(zhì)化。下部組織細(xì)胞，軸向直徑和徑向直徑仍然短小，細(xì)胞質(zhì)濃厚，細(xì)胞核明顯，細(xì)胞分裂旺盛；后生導(dǎo)管還有明顯的細(xì)胞核。相比于下部細(xì)胞，中部細(xì)胞在軸向與徑向上都有了一定程度的伸長，細(xì)胞質(zhì)稀疏，細(xì)胞核較小，但仍具有一定的分裂能力；后生導(dǎo)管的細(xì)胞核消失，上下相連的細(xì)胞壁上已經(jīng)形成穿孔（圖5-S3，圖6-S3）。

圖 6 紫竹節(jié)間縱切切片F(xiàn)ig. 6 Internodes longitudinal section of P. nigra

4）17.3 cm長的第14節(jié)節(jié)間，節(jié)的上部細(xì)胞與7 cm時相比，直徑差異不大，但木質(zhì)化程度增高。推測14節(jié)的上部細(xì)胞在7 cm時已經(jīng)完成了伸長過程。節(jié)的中部細(xì)胞與7 cm時相比，細(xì)胞質(zhì)變稀，細(xì)胞核幾乎消失不見，細(xì)胞直徑增大。節(jié)的下部細(xì)胞與7 cm時相比，細(xì)胞質(zhì)較稀，細(xì)胞較長，分裂能力降低（圖5-S5，圖6-S5）。

5）13.8 cm長的第15節(jié)節(jié)間，節(jié)的上部細(xì)胞發(fā)育狀態(tài)與第14節(jié)的相似，已完成伸長過程；中部細(xì)胞比14節(jié)的稍短，細(xì)胞核已幾乎消失不見；下部細(xì)胞細(xì)胞核明顯，細(xì)胞質(zhì)濃厚，細(xì)胞短小，仍具有旺盛的分裂能力（圖5-S4，圖6-S4）。

2.2.2 草本竹莖稈解剖

根據(jù)竹類莖稈的生長規(guī)律，在同一棵筍內(nèi)，筍下部的莖稈成熟度最高，中部次之，上部的成熟度最低；在長度不同的筍中，相同節(jié)間進(jìn)行比較時，長度越長的筍莖稈的成熟度越高[15-16]。O.latifolia的石蠟切片結(jié)果顯示，在長18 cm的同一棵筍中，莖稈的薄壁細(xì)胞在筍生長發(fā)育的各階段均沒有出現(xiàn)長短細(xì)胞的分化，同一時期的莖稈具有長度均一的薄壁細(xì)胞，并觀察到了導(dǎo)管及木質(zhì)化的纖維（圖7：O-t，O-m，O-b）。

圖 7 Olyra latifolia節(jié)間縱切切片F(xiàn)ig. 7 Internodes longitudinal section of O. latifolia

在R. guianensis中，將不同長度竹莖稈的相同節(jié)間進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，該種草本竹的莖稈薄壁細(xì)胞分化發(fā)育模式與O. latifolia一致。且幼嫩時期（圖8-R1）、伸長時期（圖8-R2）、成熟時期（圖8-R3）的莖稈薄壁細(xì)胞長度依次增大，這表明隨著莖稈的伸長，薄壁細(xì)胞也在同步地進(jìn)行伸長。

圖 8 Raddia guianensis節(jié)間縱切切片F(xiàn)ig. 8 Internodes longitudinal section of R. guianensis

3 結(jié)論與討論

3.1 莖稈生長規(guī)律

本研究中紫竹的高生長過程呈現(xiàn)“慢-快-慢”的生長趨勢，這與石竹（Phyllostachys nuda）、粽粑竹（Indocalamus longiauritus）、實心寒竹（Chimonobambusa solida）等竹種的研究結(jié)果一致[24-26]。同時，不同產(chǎn)地、不同個體紫竹的筍株生長差異較大，本實驗中觀察記錄的昆明植物研究所百草園內(nèi)的紫竹，雖然氣候、水肥、遺傳等因素?zé)o差別，但是終株高差別卻很大，最高的可達(dá)6.5 m，最矮的可至2.8 m。個體之間的這種差異可能與母株的營養(yǎng)分配有關(guān)系。此外，本研究選取的8株標(biāo)準(zhǔn)株，健壯程度相似，終高度為4.6～4.7 m，即便如此，各株具體的生長過程仍存在很大差異（圖3中的標(biāo)準(zhǔn)差）。由此推測，竹筍的生長過程受多種因素的綜合調(diào)控。

解剖實驗結(jié)果顯示紫竹節(jié)間基部的薄壁細(xì)胞短小、細(xì)胞核明顯，中部細(xì)胞長度伸長并開始出現(xiàn)長短細(xì)胞分化，上部長短細(xì)胞明顯分化、且細(xì)胞核不明顯或完全不可見。Evans等[27]的研究表明，禾本科植物居間分生組織細(xì)胞的長度與細(xì)胞的分裂能力在一定范圍內(nèi)呈反相關(guān)，具有有絲分裂能力的細(xì)胞有一個最大的細(xì)胞長度，即臨界細(xì)胞長度。伸長的細(xì)胞其長度與細(xì)胞周期有關(guān)，周期越長，細(xì)胞長度也越長，細(xì)胞長度小于或等于臨界細(xì)胞長度時，還在進(jìn)行有絲分裂。當(dāng)細(xì)胞長度大于臨界細(xì)胞長度時，細(xì)胞停止分裂。于芬[17]研究發(fā)現(xiàn)，毛竹的莖稈薄壁細(xì)胞的生長發(fā)育過程可分為增殖期、伸長期和成熟期。增殖期的毛竹莖稈薄壁細(xì)胞具有明顯的細(xì)胞核甚至雙核或雙核仁，細(xì)胞短?。簧扉L期的薄壁細(xì)胞已經(jīng)出現(xiàn)長短細(xì)胞的分化，長細(xì)胞的細(xì)胞核及細(xì)胞器出現(xiàn)降解；成熟期時，長細(xì)胞的細(xì)胞核及細(xì)胞器已完全降解，而短細(xì)胞始終保持著活躍的代謝活性。這說明同一節(jié)間上部細(xì)胞先于中部及基部的細(xì)胞發(fā)育成熟，節(jié)基部細(xì)胞較上部及中部細(xì)胞有較旺盛的分裂能力，最后發(fā)育成熟。紫竹節(jié)間組織的發(fā)育規(guī)律與毛竹[17,28-29]、毛毛竹（Phyllostachys varioauriculata）[30]的相似。

紫竹節(jié)間伸長曲線（圖4）顯示，雖然第14節(jié)的伸長要早于第15節(jié)，并且在伸長過程中第14節(jié)節(jié)長始終高于第15節(jié)，但是最后兩者卻在一天內(nèi)先后結(jié)束了伸長過程。根據(jù)石蠟切片信息（圖5-S3，S4，圖6-S3，S4），對于快速伸長時期的第15節(jié)節(jié)間，中下部細(xì)胞的分化與伸長程度都要小于第14節(jié)節(jié)間；雖然它的上部細(xì)胞與第14節(jié)節(jié)間一樣，已經(jīng)結(jié)束了伸長，但細(xì)胞長度比第14節(jié)短，細(xì)胞的成熟度低于后者。以上結(jié)果顯示筍株的下部節(jié)間先于上部節(jié)間發(fā)育，相鄰節(jié)間之間的發(fā)育是連續(xù)的，發(fā)育狀態(tài)差異不大。

另外，紫竹節(jié)間伸長曲線（圖4）顯示第14節(jié)在1 cm之前伸長速度緩慢，而石蠟切片結(jié)果顯示這一時期的細(xì)胞一直進(jìn)行細(xì)胞分裂并未進(jìn)入細(xì)胞伸長階段（圖5～6）；節(jié)長達(dá)到7 cm以后節(jié)一直保持高速生長至伸長結(jié)束，而石蠟切片結(jié)果顯示這一時期的節(jié)間細(xì)胞已經(jīng)陸續(xù)進(jìn)入了伸長階段（圖5～6）。由此可以說明，節(jié)間長度的增加與節(jié)間細(xì)胞的伸長密切相關(guān)。

由于草本竹的植株較矮小，沒有明顯的筍期，且草本竹的植株叢數(shù)少，只觀察到草本竹莖稈沒有像木本竹一樣的快速伸長期，而沒有記錄到更為精確的莖稈伸長模式。

3.2 草本竹與木本竹薄壁細(xì)胞發(fā)育模式差異

竹類莖稈節(jié)間基本組織細(xì)胞的形態(tài)對竹莖稈的形態(tài)建成與木質(zhì)化等有重要影響[31]，不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的基本組織薄壁細(xì)胞常具有不同的生理功能[18]。已有研究表明：木本竹的莖稈基本組織由長細(xì)胞和分散在其中的短細(xì)胞組成，長細(xì)胞具較厚次生壁且木質(zhì)化，在竹稈成熟過程中逐漸死亡；短細(xì)胞只有較薄的初生壁，長期保持生命活力，直至竹稈死亡；而在水稻（Oryza sativa）、玉米（Zea mays）和其他非木質(zhì)禾本科作物中，莖基本組織中僅存在一種長度均一的薄壁細(xì)胞[18,32]。木本竹與其他草本禾本科植物莖稈薄壁細(xì)胞的差異，可能跟木本竹獨(dú)特的快速生長及莖稈高度木質(zhì)化的特性密切相關(guān)[25]。

本研究中紫竹莖稈節(jié)間的解剖結(jié)果顯示，紫竹有著以麻竹和毛竹為代表的大型木本竹[7,17]相同的薄壁細(xì)胞分化發(fā)育模式；而2種草本竹，不管是完全草質(zhì)化的R. guianensis，還是中度木質(zhì)化的O. latifolia，其基本組織中都僅存在一種長度均一的薄壁細(xì)胞，與木本竹具有本質(zhì)差異。木本竹與草本竹同屬竹亞科，但薄壁細(xì)胞的分化發(fā)育模式差異顯著，這可能是解析木本竹的莖稈快速伸長以及高度木質(zhì)化機(jī)制的關(guān)鍵。

3.3 結(jié)論

紫竹的高生長過程與大多數(shù)木本竹種一樣，呈現(xiàn)“慢—快—慢”的生長趨勢。紫竹莖稈節(jié)間細(xì)胞在發(fā)育早期就開始了細(xì)胞分裂，節(jié)間組織的細(xì)胞按照從下到上的順序逐漸分化、伸長，最后成熟；筍株的下部節(jié)間先于上部節(jié)間發(fā)育，相鄰節(jié)間之間的發(fā)育是連續(xù)的，發(fā)育狀態(tài)差異不大，節(jié)間長度的增加主要是由節(jié)間細(xì)胞的伸長引起的。草本竹和木本竹莖稈節(jié)間基本組織的薄壁細(xì)胞發(fā)育分化模式存在明顯的差異，草本竹與水稻等其他禾本科非木質(zhì)植物一致，這可能是解析木本竹莖稈快速伸長及高度木質(zhì)化機(jī)制的重要突破口。