竹筍截梢對綠竹生長及葉綠素熒光特性的影響

盧玉生， 官鳳英， 彭 超， 尹子旭， 張美曼， 詹美春， 晏穎杰

（1. 國際竹藤中心 竹藤科學與技術(shù)重點實驗室， 北京100102； 2. 湖南省林業(yè)科學院， 湖南 長沙410004）

矮化是一種重要的農(nóng)藝性狀， 在改善空間和土地利用率， 調(diào)整栽培密度， 提高抗倒伏能力等方面具有明顯的形態(tài)特征優(yōu)勢［1］。 竹類矮化措施在生產(chǎn)實踐中主要應用于3 個方面： ①中國南方及長江流域冰凍雪災給竹類生產(chǎn)帶來嚴重的經(jīng)濟損失， 破壞了生態(tài)環(huán)境［2-4］。 鉤梢矮化是抵御冰雪風折災害的有效措施。 ②筍用竹設(shè)施栽培受到常規(guī)溫室高度的限制［5-6］， 每年秋冬季降溫前蓋膜需要鉤梢， 矮化植株方便日常經(jīng)營管理。 ③園林景觀中矮化竹植株構(gòu)型具有較高觀賞價值［7］。 目前， 關(guān)于竹類矮化方法及矮化后筍產(chǎn)量［8-9］、 光合生理［10］以及材性力學性質(zhì)［11］等方面已有諸多研究。 生產(chǎn)中常用的竹類矮化方法有鉤梢［3-4］或利用植物生長調(diào)節(jié)劑［3,5,7,12］抑制竹居間分生組織生長達到矮化目標。 但鉤梢會直接帶走大量稈枝葉，造成營養(yǎng)生長損耗。 同時成竹株高較高、 竹稈硬度強增加了鉤梢難度。 使用植物生長調(diào)節(jié)劑造成藥劑殘留且連續(xù)多次施藥效果受到天氣影響， 矮化成本較高。 此外， 通過斷鞭［13］、 剝除筍籜［14］、 修剪［15］限制營養(yǎng)供給來控制高度生長的竹類矮化方法也有研究報道， 但在生產(chǎn)實踐中并不常見。 綠竹Dendrocalamopsis oldhami是中國南方地區(qū)優(yōu)良的筍材兩用叢生竹種， 其材性優(yōu)良、 竹筍產(chǎn)量高， 具有較好的經(jīng)濟和生態(tài)價值［16］。 但綠竹鮮筍不耐儲存， 限制了綠竹筍的銷售范圍。 綠竹筍在北方蔬菜市場尚屬空白， 發(fā)展筍用綠竹具有較好的經(jīng)濟前景。 隨著 “南竹北移” 的實施， 受日光溫室高度限制， 秋冬季需要鉤梢。 因此， 探索一種易操作、 無藥劑殘留且不影響竹子正常生長的矮化方法尤為必要。 光合作用是植物生長發(fā)育物質(zhì)能源積累的基礎(chǔ)［17］。 光合能力與植物不同植株構(gòu)型有著密切關(guān)系。 習玉森等［18］指出矮化型桃Amygdalus persica在強光、 高溫脅迫下較正常植株光抑制程度輕， 物質(zhì)積累能力強。 羅靜等［19］指出矮化蘋果Malus pumila苗葉綠素含量增加具有較高的凈光合速率而早產(chǎn)。 本研究在借鑒成竹秋冬季鉤梢實踐基礎(chǔ)上， 將矮化時間提前至筍期， 提出竹筍截梢的矮化方法， 比較不同高度竹筍截梢對綠竹生長的影響，并從葉綠素熒光動力學角度分析矮化后綠竹的光合生理狀況， 為綠竹矮化栽培提供參考。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地位于綠竹原產(chǎn)地福建省三明市尤溪縣（25°58′08″N， 118°09′09″E）。 該區(qū)屬中亞熱帶季風性濕潤氣候， 1 月平均氣溫為8.0～12.0 ℃， 7 月平均氣溫為26.6～28.9 ℃。 無霜期為312.0 d， 降水量為1 600.0～1 800.0 mm， 土壤類型為山地紅壤。 主要植被有馬尾松Pinus massoniana、 杉木Cunninghamia lanceolata、 青岡Cyclobalanopsis glauca、 甜櫧Castanopsis eyrei、 油茶Camellia oleifera、 山杜英Elaeocarpus sylvestris、 石楠Photinia serratifolia等。 綠竹林地原由水稻Oryza sativa田改造而成， 存在的主要自然災害為低溫凍害。 竹林密度為825 叢·hm-2， 竹林年齡結(jié)構(gòu)： 2 年生∶1 年生為1∶2， 每叢竹株數(shù)4～6 株。當年不挖筍， 全部留養(yǎng)母竹， 按照綠竹豐產(chǎn)栽培經(jīng)驗進行日常經(jīng)營管理。

1.2 試驗設(shè)計

在2017 年7 月下旬至8 月上旬綠竹出筍盛期進行試驗處理， 共置5 個截梢處理（表1）， 分別記作H1、 H2、 H3、 H4、 H5， 以不截梢處理為對照（ck）， 每個處理選擇7 叢綠竹， 共計42 叢。 每叢選擇基徑為4.0～5.0 cm， 長勢良好、 無病蟲害、 生長基本一致的綠竹筍3～4 株（竹叢中其他筍不作處理， 自然生長）。 測量筍體基徑及高度， 按照竹筍高度的20%截除筍梢幼嫩部分并掛標簽牌。

1.3 測定指標與方法

2018 年1 月上旬綠竹高生長結(jié)束后， 以掛標簽牌的綠竹為測定對象。 每個處理隨機擇20 株綠竹測量生長指標， 選擇5 株綠竹測定葉綠素質(zhì)量分數(shù)及葉綠素熒光參數(shù)， 取中部生長基本一致的健康、 成熟葉作為測定樣本。

表1 綠竹不同高度竹筍截梢處理概況Table 1 General situation among different height bamboo shoot truncation treatments of D. oldhami

1.3.1 生長指標 調(diào)查綠竹株高、 成竹率、 枝下高、 節(jié)數(shù)、 分枝率、 第一盤主枝長度。 枝下高為竹稈最下端第1 盤分枝到地面垂直高度； 主枝長度為竹稈最下端第1 盤最長枝長度。 分枝率=分枝節(jié)數(shù)/（枝下節(jié)數(shù)+分枝節(jié)數(shù)）×100%； 成竹率=成竹數(shù)/處理筍數(shù)×100%。

1.3.2 葉綠素質(zhì)量分數(shù) 采用混合液浸取-分光光度計法測定［20］。 將采集的鮮葉洗凈、 擦干、 去除中脈、剪碎混合均勻后， 天平秤取0.100 g 葉片放入盛有10 mL 提取液（純丙酮和無水乙醇1∶1 配成）的具塞試管中， 置于黑暗環(huán)境中葉片失綠直至完全變白。 分別測定波長為645 和663 nm 下的光密度（D）， 并根據(jù)Arnon 公式計算葉綠素質(zhì)量分數(shù)。wchla=［12.72D（663）-2.59D（645）］×V/（103×W），wchlb=［22.88D（645）-4.67D（663）］×V/（103×W），wchl=［20.29D（645）+8.05D（663）］×V/（103×W）， 其中：wchla、wchlb和wchl分別表示葉綠素a、 葉綠素b 和總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù)（mg·g-1），D（645）為波長645 nm 處的光密度，D（663）為波長663 nm 處的光密度，V為提取液總量（mL），W為樣品質(zhì)量（g）。

1.3.3 葉綠素熒光參數(shù) 測定方法參考宋莉英等［21］的方法。 采用Imaging PAM-2100（德國WALZ 公司）便攜式脈沖調(diào)制式葉綠素熒光儀測定綠竹葉片的葉綠素熒光參數(shù)。 測定時間為晴天無風的9：00-11：00，測量前使葉片暗適應30 min， 選定5 個圓形測試目標區(qū)域， 然后打開測量光（0.5 μmol·m-2·s-1）測定初始熒光（Fo）， 飽和光脈沖2 700 μmol·m-2·s-1（脈沖時間0.8 s）誘導最大熒光（Fm）、 可變熒光（Fv=Fm-Fo）、 PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fm）。 待熒光曲線基本穩(wěn)定， 打開單飽和白光脈沖1 次， 此后測得PSⅡ?qū)嶋H光量子效率（Yield）、 電子傳遞速率（ETR）、 光化學猝滅系數(shù)（qP）及非光化學猝滅系數(shù)（qNP）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計和作圖由Excel 2013 完成。 用SPSS 21.0 對不同竹筍截梢處理下綠竹生長指標、 葉綠素質(zhì)量分數(shù)以及熒光參數(shù)進行單因素方差分析（one-way ANOVA）和Pearson 相關(guān)性分析， Duncan 多重比較法進行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 竹筍截梢對綠竹株高及成竹率的影響

由圖1 可知： 竹筍截梢可以有效控制綠竹株高生長， 各竹筍截梢處理之間綠竹株高達極顯著差異（P＜0.01）。 截去筍梢長度越長， 即截去筍梢部位筍節(jié)越多， 成竹后株高越矮。 其中H1（60 cm）筍截梢后， 株高繼續(xù)生長431.60 cm， H5（180 cm）筍截梢后， 株高繼續(xù)生長90.70 cm。 對株高y（cm）和竹筍截梢前綠竹筍高度x（cm）建立函數(shù)表達式為：y=599.49-1.95x（R2=0.90，P＜0.01）。 H5處理株高最低， 綠竹株高由對照539.40 cm 降至234.70 cm， 較對照降低了56.49%， 達到了矮化栽培高度要求。 竹筍不同截梢處理與對照的綠竹成竹率均為82.14%～85.71%， 成竹率差異未達到顯著水平（P＞0.05）， 表明竹筍截梢處理不影響綠竹正常成活。

2.2 竹筍截梢對綠竹其他形態(tài)指標的影響

從表2 可見： 隨著綠竹株高降低， 枝下高、 節(jié)數(shù)、 分枝率及主枝長度均達顯著差異（P＜0.05）。 竹筍截梢后枝下高呈不斷降低趨勢， H5處理枝下高最低， 較對照顯著下降36.69%， 與其他組差異均顯著；竹筍截梢后筍梢部分筍節(jié)被截去， 因此竹節(jié)相應減少， 節(jié)數(shù)與株高有相同的變化趨勢。 H5節(jié)數(shù)較對照降低45.59%， 除與H4處理無顯著差異外， 與其他各組均有顯著差異； 在分枝率方面， H3、 H4和H5竹筍截梢處理較對照分別降低了14.10%、19.02%和12.13%。 竹筍截梢后節(jié)數(shù)降低， 節(jié)上的分枝盤數(shù)減少， 因此， 分枝率變?。?H4和H5主枝長度與對照均達到顯著差異， 分別增長了10.00%和8.45%， 竹筍截梢促進了主枝長度生長。竹筍截梢后綠竹形態(tài)指標變化系數(shù)從大到小為株高（56.49%）、 節(jié)數(shù)（36.69%）、枝下高（36.69%）、 分枝率（19.02%）、 主枝長度（11.06%）。 表明竹筍截梢對綠竹株高影響最大， 其次為節(jié)數(shù)， 主枝長度影響最小。

圖1 不同竹筍截梢處理下綠竹的株高和成竹率Figure 1 Plant height and survival rate of D. oldhami under different bamboo shoot truncation treatments

表2 不同竹筍截梢處理綠竹其他形態(tài)變化Table 2 Morphological indexes changes of D. oldhami under different bamboo shoot truncation treatments

表3 不同竹筍截梢處理綠竹葉綠素質(zhì)量分數(shù)及組成變化Table 3 Changes of chlorophyll content and composition ratio of D. oldhami under different bamboo shoot truncation treatments

2.3 竹筍截梢對綠竹葉綠素質(zhì)量分數(shù)及組成的影響

由表3 可知： 竹筍截梢處理與對照綠竹葉綠素a、 葉綠素b、 總?cè)~綠素及葉綠素a/b 均差異顯著（P＜0.05）。 H4和H5處理的葉綠素a 較高， 顯著高于H1和對照； 處 理H2、 H3、 H4和H5的 葉 綠 素b較高且處理間差異不顯著； 總?cè)~綠素從大到小為H5、 H3、 H4、 H2、 H1、 ck， 不同竹筍截梢處理的總?cè)~綠素變化有差異，總體呈上升趨勢， 綠竹總?cè)~綠素在H5處理下最大， 較對照顯著提高了65.34%，與H2、 H3、 H4處理無顯著差異； 對照葉綠素a/b 最大， 顯著高于竹筍截梢處理。 H5處理較對照葉綠素a/b 顯著降低了29.11%。 葉綠素a、 葉綠素b 及總?cè)~綠素隨著株高的降低而增加， 葉綠素a/b 降低。

2.4 竹筍截梢對綠竹葉綠素熒光參數(shù)的影響

從圖2 可知： 竹筍截梢處理的初始熒光（Fo）與對照差異不顯著（P＞0.05）； 竹筍截梢處理提高了PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fm）， 其中： H4、 H5較對照顯著提高了15.86%和16.46%， 而竹筍截梢處理間未發(fā)現(xiàn)顯著差異；ETR和PSⅡ?qū)嶋H光量子產(chǎn)量（Yield）隨著株高降低， 有相同的變化趨勢， H1、 H2處理均與對照無顯著差異， H5處理下最大， 較對照分別提高了48.63%和40.81%。 不同竹筍截梢處理光化學猝滅系數(shù)（qP）變化有一定差異， 但總體呈不斷上升趨勢。 H4、 H5處理下化學猝滅系數(shù)較對照組差異均達到了顯著水平， 化學猝滅系數(shù)最大的為H5處理， 較對照提高了74.35%。 各竹筍截梢處理綠竹葉片的非光化學猝滅系數(shù)（qNP）均有顯著降低， 對照處理的非光化學猝滅系數(shù)最大。 H5處理的非光化學猝滅系數(shù)較對照降低了47.58%。 非光化學猝滅系數(shù)與化學猝滅系數(shù)有著相反的變化趨勢。 不同竹筍截梢處理后綠竹PSⅡ最大光化學效率、 PSⅡ?qū)嶋H光量子產(chǎn)量、 電子傳遞速率及化學猝滅系數(shù)均高于對照， 而非光化學猝滅系數(shù)降低。 葉綠素熒光參數(shù)表明竹筍截梢增加綠竹葉片的光能利用效率。

圖2 不同竹筍截梢處理下綠竹葉綠素熒光參數(shù)變化Figure 2 Chlorophyll fluorescence parameters changes of D. oldhami under different bamboo shoot truncation treatments

2.5 綠竹株高與葉綠素質(zhì)量分數(shù)及葉綠素熒光參數(shù)相關(guān)性分析

相關(guān)分析（表4）顯示： 株高與總?cè)~綠素以及PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fm）、 PSⅡ?qū)嶋H光量子產(chǎn)量（Yield）、 電子傳遞速率（ETR）、 光化學猝滅系數(shù)（qP）呈負相關(guān)， 與葉綠素a/b 及非光化學猝滅系數(shù)（qNP）呈顯著正相關(guān)。 總?cè)~綠素與葉綠素a/b 呈顯著負相關(guān)。 PSⅡ?qū)嶋H光量子產(chǎn)量與電子傳遞速率、 光化學猝滅系數(shù)呈顯著正相關(guān)， 光化學猝滅系數(shù)與非光化學猝滅系數(shù)呈顯著負相關(guān)。 Pearson 相關(guān)性分析表明： 綠竹植株構(gòu)型與葉綠素質(zhì)量分數(shù)及葉綠素熒光特性有緊密關(guān)系。

表4 綠竹株高與葉綠素質(zhì)量分數(shù)及葉綠素熒光參數(shù)相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of plant height, chlorophyll content, chlorophyll fluorescence parameters of D. oldhami

3 討論

3.1 竹筍截梢對綠竹形態(tài)指標及成活率的影響

竹高度生長依靠筍節(jié)居間分生組織的分生細胞分裂、 伸長生長來增加節(jié)間的長度［22］。 筍梢部分筍節(jié)密集， 筍節(jié)發(fā)育成為竹節(jié)。 竹筍截梢按照竹筍高度20%截去梢頭部分， 隨著竹筍高度增加， 竹筍截梢強度增加， 截去的筍節(jié)越多， 竹節(jié)相應減少， 因此， 成竹矮化效果越明顯。 本研究發(fā)現(xiàn)： 隨株高降低， 枝下高、 節(jié)數(shù)及分枝率減少， 主枝長度增長， 地上部分營養(yǎng)生長重新分配， 植株形態(tài)相應發(fā)生明顯變化。其中， 綠竹竹筍高H5（180 cm）截梢處理后， 株高由對照的539.40 cm 降低至234.70 cm， 較對照降低了56.49%。 官鳳英等［5］對綠竹噴施0.8 g·L-1多效唑后發(fā)現(xiàn)株高、 枝下高分別降低了45.30%和46.70%， 周建革等［3］對毛竹Phyllostachys edulis噴施2.0%矮壯素后株高和枝下高分別降低了28.12%和30.37%。 綠竹和毛竹存在共同特點即株高降低后， 枝下高降低。 枝下高降低不利于挖筍施肥等經(jīng)營活動， 需要加強相應剪除靠近地面枝條等竹林撫育措施來克服不利影響。 竹筍截梢會使成竹高度降低， 竹材產(chǎn)量相應會降低， 不宜用在材用林上。

竹筍在成竹過程不同高度時期均有可能退筍， 退筍與筍體高度密切相關(guān)［23］。 一般竹筍高于40 cm，退筍現(xiàn)象較少。 竹筍截梢各處理后綠竹成竹率在82.14%～85.71%， 與對照無顯著差異， 表明竹筍截梢不影響綠竹成活。 這可能是由于竹筍截梢處理選擇高度為60～180 cm 竹筍， 生長旺盛， 具有一定的抵抗力， 所以退筍率低， 這與鄭郁善等［24］和岳祥華等［25］研究毛竹及紫竹Phyllostachys nigra的退筍規(guī)律基本一致。

3.2 竹筍截梢對綠竹葉綠素質(zhì)量分數(shù)及葉綠素熒光參數(shù)的影響

植物體構(gòu)件之間存在協(xié)調(diào)反饋機制， 即當某一構(gòu)件部分抑制生長或缺失時， 剩余構(gòu)件表現(xiàn)一個資源再分配， 某些功能增強的現(xiàn)象。 這種補償機制是植物應對外界擾動的生長策略［26-28］。 鄭士光等［29］研究發(fā)現(xiàn)： 檸條Caragana microphylla在平茬后根系提高了對水分和養(yǎng)分的吸收， 促進地下根系生長。 尚富華等［30］指出： 毛白楊Populus tomentosa修枝后會提高剩余枝葉的光合速率等途徑補償。 本研究表明： 不同竹筍截梢處理后， 綠竹葉綠素a、 葉綠素b 及總?cè)~綠素隨著株高的降低而增加， 而葉綠素a/b 降低。 葉綠素a 有利于吸收長波光， 葉綠素b 促進吸收短波光。 當葉綠素a/b 減少時， 植物對藍紫光的利用［31］效率增加。 總?cè)~綠素增加， 使得葉片葉肉細胞光合活性增強［32］。 葉綠素熒光技術(shù)可以間接無損傷地研究光合作用過程中能量吸收傳遞與轉(zhuǎn)化等特征［33］。 當葉片內(nèi)囊體破壞時， PSⅡ光系統(tǒng)反應中心失活， 初始熒光（Fo）增加［34］。 本研究發(fā)現(xiàn)： 不同竹筍截梢處理間的初始熒光（Fo）差異不顯著， 表明竹筍截梢處理未對綠竹葉片內(nèi)囊體造成不利影響。 竹筍截梢處理提高了PSⅡ反應過程潛在活性， 促進了光合電子從PSⅡ反應中心到庫源的傳遞速率， 使得PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fm）增加。 當光能過剩時， 非光化學猝滅系數(shù)（qNP）增加［35］。 竹筍截梢處理非光化學猝滅系數(shù)較對照顯著降低， 降低了葉片熱耗散。 隨著株高降低，PSⅡ?qū)嶋H光量子效率（Yield）、 電子傳遞速率（ETR）增加， 電子傳遞的量子產(chǎn)額增加， 促進暗反應的光合碳同 化 和 有 機 物 積 累［36］。 這 與 陳 洪 國［37］和 魏 亞 娟 等［38］對 菊 花Chrysanthemum morifolium及 榆 葉 梅Prunus triloba通過使用植物生長調(diào)節(jié)劑獲得矮化植株構(gòu)型后光合特性變化規(guī)律類似， 表明矮化植株一定程度上光合色素含量增加， 光合效率提高。 Pearson 相關(guān)性分析表明： PSⅡ光化學功能、 葉綠素質(zhì)量分數(shù)與綠竹株高顯著相關(guān)。 竹筍截梢處理后綠竹葉綠素質(zhì)量分數(shù)提高及葉綠素熒光參數(shù)表現(xiàn)更高的光能利用效率。 本研究認為可能的原因有： 一方面竹筍截梢后頂端優(yōu)勢去除后， 作為株高降低的補償， 促進了枝葉萌生。 枝葉生長有助于空間拓寬能力增加對光能的獲?。?另一方面竹筍截梢綠竹株高降低后， 竹林冠層光照條件發(fā)生改變。 改善光環(huán)境， 提高光能利用效率， 以獲得更多的光合同化產(chǎn)物積累。

4 結(jié)語

根據(jù)栽培目標選擇適合的綠竹筍高度截梢可以有效控制株高生長， 而且矮化綠竹可使葉片葉綠素質(zhì)量分數(shù)增加， 光能利用效率提高， 達到矮化栽培要求。 竹筍截梢這種物理矮化方法避免直接帶走大量稈枝葉， 操作相對簡單， 且可以消除植物生長調(diào)節(jié)劑矮化藥劑殘留隱患， 在其他竹種矮化上具有借鑒意義。 本研究對綠竹高生長結(jié)束后成竹形態(tài)特征與葉綠素質(zhì)量分數(shù)及葉綠素熒光參數(shù)進行初步研究， 其更深層次光合機制還需進一步完善。 此外， 竹筍截梢后對綠竹筍產(chǎn)量、 出筍時期及竹材力學性質(zhì)等影響還有待深入研究。