叢生竹發(fā)筍成竹過程中內(nèi)源激素的分配與變化規(guī)律

王準, 陳洪, 付春, 李曉清, 孫鵬*

1. 四川省林業(yè)科學(xué)研究院竹類研究所 四川 成都 610000；

2. 瀘州市林業(yè)科學(xué)研究院 四川 瀘州 646000；

3. 樂山師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 四川 樂山 614000

自上世紀90 年代我國逐步停止天然林的商品性采伐后，突出的木材供需矛盾，對進口紙張、紙漿的過分依賴和大量的外匯開支促使竹漿造紙的興起[1]。我國除以剛竹屬（Phyllostachys）為主的散生竹資源和以方竹屬（Chimonobambusa）、大明竹屬（Pleioblastus）等為主的混生竹資源外，還在云、貴、川、兩廣等地蘊含著豐富的叢生竹資源。叢生竹大多為優(yōu)良的造紙原料，相比毛竹（Phyllostachys edulis），其纖維含量高，纖維特性好，且成林快，產(chǎn)量高，生產(chǎn)成本更少，用于造紙優(yōu)勢突出[2-4]。近年來，西南地區(qū)利用叢生竹制漿造紙已成為一股熱潮。四川作為竹漿造紙大省，其位于瀘州、宜賓、樂山等地的造紙企業(yè)幾乎均以慈竹、撐綠竹、梁山慈竹、硬頭黃等為原料，在替代木漿、助農(nóng)增收和促進地方經(jīng)濟增長中發(fā)揮著重要作用。

在生長發(fā)育規(guī)律探索和集約經(jīng)營技術(shù)研究上，叢生竹起步晚、關(guān)注少，遠不及毛竹、雷竹（Phyllostachys praecox f. prevernalis）等散生竹，部分原因可能是以往對其利用價值缺乏充分的認識。如今，隨著叢生竹制漿造紙產(chǎn)業(yè)的興起，四川叢生竹材的價格（500～520 元·t-1）已明顯高于毛竹材（400 元·t-1左右），這促使不少竹農(nóng)開始營造叢生竹林，其實用技術(shù)研究也得到深入，已有少數(shù)林業(yè)行業(yè)規(guī)程[5]。然而，從植物生理學(xué)層面分析叢生竹的生長發(fā)育規(guī)律的研究仍顯不足，這制約著叢生竹林經(jīng)營向精準、高效的方向發(fā)展。

為此，本研究選擇了川南地區(qū)幾種分布廣泛且優(yōu)良的紙漿用叢生竹—佯黃竹（學(xué)名待定）、梁山慈竹（Dendrocalamus farinosus）、硬頭黃竹（Bambusa rigida）和慈竹（Neosinocalamus affinis），采用酶聯(lián)免疫法，分析了其發(fā)筍成竹不同時期筍（或幼竹）各部位內(nèi)源激素的變化規(guī)律，試圖摸清控制其筍、竹生長的關(guān)鍵激素因子及比例關(guān)系，旨在為紙漿用叢生竹林高效經(jīng)營中化學(xué)措施的制定和竹材豐產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集點概況

供試筍樣和竹樣均取自四川省宜賓市興文縣蓮花鎮(zhèn)，地 理坐標介 于105°11′33′′—105°11′23′′E，28°22′21′′—28°27′24′′N，屬亞熱帶濕潤型季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，年均氣溫約17.4 ℃，年均降雨量約1 235 mm，日照時數(shù)約1 010 h。土壤類型為山地黃壤，土層較深厚，微酸性。

1.2 供試竹種

供試竹種有4 個：佯黃竹（梁山慈竹與硬頭黃竹的雜交種，未知孰為母本孰為父本，故學(xué)名待定）、梁山慈竹（Dendrocalamus farinosus）、硬頭黃竹（Bambusa rigida）和慈竹（Neosinocalamus affinis）。其中，佯黃竹為8 年林分，其余竹種林齡均超過15 年。各竹林除有零星采筍和伐竹外，幾乎沒有任何管理措施。

1.3 試驗設(shè)計

采用個體大小序列代換時間梯度的方法，在各竹種發(fā)筍和長竹的盛期分別進行一次完全隨機采樣。采樣時，竹林中已自然分布有高度不同的筍或幼竹，故可一次性取得系列發(fā)育程度的筍或幼竹樣品。由于4 個竹種發(fā)筍成竹期基本相同，故兩次采樣分別定在8 月初和9 月初。樣品的基本情況如表1所示。每一發(fā)育時間每一部位均3 次重復(fù)。由于樣品量較大，難以使用液氮罐就地封存樣品，采得的樣品立即放入冰盒內(nèi)，迅速帶回實驗室進行碎塊化或碎片化處理，用錫箔紙包好，編號后立即置于-80 ℃冰箱中保存待測。

1.4 內(nèi)源激素的測定

采用酶聯(lián)免疫法（ELISA 法）測定各竹樣中的5 種內(nèi)源激素含量，包括生長素（IAA）、赤霉素（GA）、細胞分裂素（CTK）、脫落酸（ABA）和油菜素內(nèi)酯（BR）?；静僮髁鞒虨椋喝〕龃郎y樣品，先用液氮將樣品碾磨成粉末，稱取粉末0.1 g 左右，加入磷酸緩沖液（pH=7.2～7.4），勻漿比例為10%（0.1 g 組織加入0.9 mL 勻漿液），使用混勻儀制成懸漿。在4 ℃、4000 r/min 條件下將懸漿離心10 min。之后，移取上清液至新的離心管中，上酶標儀進行檢測（各激素試劑盒均由上海恒遠公司提供）。

1.5 數(shù)理統(tǒng)計

采用SPSS 16.0 統(tǒng)計分析軟件（SPSS Inc., USA）就同一竹種同一組織部位在不同發(fā)育時間的激素含量，以及同一發(fā)育時間不同組織部位的激素含量進行單因子方差分析（One-way ANOVA），最小顯著差數(shù)法（LSD 法）進行多重比較；對內(nèi)源激素在同一竹種不同發(fā)育時間不同組織部位的變化進行兩因素方差分析，剝離發(fā)育時間主效應(yīng)、組織部位主效應(yīng)及兩者間交互效應(yīng)，對主效應(yīng)顯著的因素水平間作總體比較。顯著水平α 定為0.1。Excel 2010 制表，SigmaPlot 10.0 軟件（Systat Software Inc., USA）作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 吲哚乙酸含量

由圖1 可見，總體上激素在竹株個體間的變異較大，但仍可見其時間（發(fā)育程度）變化和組織部位上的分配規(guī)律。在整個筍-幼竹發(fā)育期間，綜合來看，佯黃竹、梁山慈竹和慈竹筍（幼竹）的上、中、下3 個部位的吲哚乙酸（IAA）含量基本相當，僅硬頭黃竹表現(xiàn)為下部顯著多于其他部位，當發(fā)育出根系和葉后，這兩種器官也有相當?shù)腎AA 分配，葉稍多于根。從發(fā)育階段上看，筍期、幼竹生長前期的IAA 含量較高（此時需要較快的居間生長），發(fā)育至幼竹中后期（佯黃竹T5～T7，梁山慈竹T4，硬頭黃竹T5～T6，慈竹T5）較低，到近成竹時又有所回升（發(fā)枝展葉的需要）。從組織部位分配格局的時間動態(tài)來看，IAA 是與生長分化的活躍度相協(xié)同的，如佯黃竹到1 年齡時（T8），上部（竹梢）的IAA 含量顯著較低（不需繼續(xù)高生長），而中部（需要抽枝）和葉部（需要旺盛代謝制造有機物）積累量較高。

表1 供試四個竹種筍、竹樣品信息Tab. 1 Information of bamboo shoots and bamboo samples from four tested bamboo species

2.2 脫落酸含量

圖2 中，從組織部位間的總體差異看，4 個竹種筍（幼竹）的脫落酸（ABA）含量中部＞下部＞上部或中部≈下部＞上部，當發(fā)育出根系和葉后，這兩種器官也有了相當?shù)腁BA 分配。從發(fā)育階段間的總體差異看，硬頭黃竹和慈竹體內(nèi)ABA 均呈現(xiàn)“多-少-多”的變化規(guī)律，佯黃竹起伏較大，僅梁山慈竹呈現(xiàn)“先多后少”的變化規(guī)律，即并未在將近成竹或1 年生時出現(xiàn)回升。猜測這可能與竹子在不同時期對水分的需求程度及降雨量的變化有關(guān)，具體立地水分條件的差異造成竹種間的ABA 時空差異。

2.3 赤霉素含量

赤霉素（GA）在四個竹種體內(nèi)的含量很低（＜ 7 ng·g-1）。從組織部位間的總體差異看，四個竹種筍（幼竹）的GA 含量基本均以中部最高（慈竹以上部最高除外）、下部最低（梁山慈竹以上部最低除外）。當發(fā)育出根系和葉后，這兩種器官獲得相當?shù)腉A 分配，其中梁山慈竹和硬頭黃竹運輸了較多的GA 到根系。從發(fā)育階段間的總體差異看，各竹種體內(nèi)的GA 均出現(xiàn)“先升高后降低再回升”的動態(tài)，佯黃竹的這三個節(jié)點分別在T4、T7 和T8，梁山慈竹和慈竹分別在T3、T5 和T6，硬頭黃竹分別在T4、T5 和T6。這可能是因為竹筍剛出土不久，并不會立即進入節(jié)間伸長的高峰期，而是要兼顧一段時間的增粗生長，節(jié)間伸長不可能一直處于高峰期，總有滯緩之時，而最終在1 年生竹上出現(xiàn)回升，應(yīng)該是萌枝需要節(jié)間伸長的緣故。進一步從組織部位分配格局的時間動態(tài)分析，GA 很可能是由筍（幼竹）先端部分合成，再往下運輸，因為各竹種體內(nèi)GA 出現(xiàn)峰值時或稍前，其筍（幼竹）上部的GA 含量也均出現(xiàn)上升趨勢，而中、下部均無此規(guī)律（見圖3）。

圖1 四個竹種不同發(fā)育程度不同組織部位的吲哚乙酸含量Fig. 1 IAA content in different tissues or positions of four sympodial bamboo species at different development stages

2.4 細胞分裂素含量

從組織部位間的總體差異看，佯黃竹、硬頭黃竹和慈竹筍（幼竹）的細胞分裂素（CTK）含量在上、中、下3 段間的變化不大，僅梁山慈竹筍（幼竹）中部的CTK 含量顯著高于上部和下部，當發(fā)育出根系和葉后，這兩種器官獲得相當?shù)腃TK 分配，以佯黃竹表現(xiàn)最為突出，且除該竹種外，葉片中CTK 含量總體低于其他組織。從發(fā)育階段間的總體差異看，四個竹種CTK 峰值幾乎均在筍期和幼竹生長前期，接近成竹和1 年生時體內(nèi)含量較低，這與生物界普遍的“先快后慢”邏輯斯蒂式生長過程相吻合，僅佯黃竹成竹過程中CTK 含量呈“先高后低再高再低”的規(guī)律。筍和幼竹各部位的CTK 含量并未出現(xiàn)明顯的分配格局時間變化（見圖4）。

2.5 油菜素內(nèi)酯含量

圖2 四個竹種不同發(fā)育程度不同組織部位的脫落酸含量Fig. 2 ABA content in different tissues or positions of four sympodial bamboo species at different development stages

圖3 四個竹種不同發(fā)育程度不同組織部位的赤霉素含量Fig. 3 GA content in different tissues or positions of four sympodial bamboo species at different development stages

圖4 四個竹種不同發(fā)育程度不同組織部位的細胞分裂素含量Fig. 4 CTK contents in different tissues or positions of four sympodial bamboo species at different development stages

圖5 四個竹種不同發(fā)育程度不同組織部位的油菜素內(nèi)酯含量Fig. 5 BR content in different tissues or positions of four sympodial bamboo species at different development stages

由圖5 可知，五種激素中，油菜素內(nèi)酯（BR）在叢生竹體內(nèi)的含量最低（＜ 2 ng·g-1），總體上除硬頭黃竹的葉中BR 顯著較低外，其他竹種組織部位間BR 含量的差異均不大。從發(fā)育階段間的比較來看，佯黃竹筍-幼竹發(fā)育期內(nèi)出現(xiàn)“先升后降”趨勢，梁山慈竹“先降后升”，而硬頭黃竹和慈竹則呈“先高后低”規(guī)律——T1～T3 時期較高，T4～T6 時期較低。從部位分配格局的動態(tài)變化來看，各竹種較統(tǒng)一的規(guī)律是：在筍發(fā)育早期BR 傾向于在上部較多，往后則傾向于在中下部分布較多。

3 討論

目前，有關(guān)竹類激素代謝的報道主要集中在散生竹上，如剛竹屬的毛竹[6]、雷竹[7-8]、早竹（P.praecox）[9]、厚竹（P. edulis ‘Pachyloen’）[10-11]、淡竹（P. glauca）[12]等。復(fù)軸混生竹上，有見黃條金剛竹（Sasaella kongosanensis ‘Aureostriatus’）[13]、鵝毛竹（Shibataea chinensis）和箬竹（Indocalamus tessellates）[14]等地被竹以及巴山木竹（Bashania fargesii）[15]。叢生竹的相關(guān)研究要少得多，劉雪華和吳燕[15]探討了秦嶺箭竹（Fargesia qinlingensis）和龍頭竹（F. dracocephala）葉片內(nèi)源激素花期的變化及與高光譜的響應(yīng)關(guān)系，胡丹紅等[16]研究了好運竹（Bambusa ventricosa cv.）體內(nèi)激素的分布規(guī)律，此外多是外源激素添加對叢生竹扦插或生長的影響[17]。本研究以佯黃竹等西南地區(qū)四個典型中等徑級叢生竹為對象，系統(tǒng)地測定了其發(fā)筍成竹過程中五種激素含量的變化，得到一些全新的規(guī)律和認識。

生長素IAA 除其向性運動方面的作用外，還參與調(diào)節(jié)細胞分裂、伸長生長、根系發(fā)生等[18]。本文中，IAA 在筍或幼竹不同部位間的差異很小，主要在生長快速旺盛的筍期和幼竹生長前期（T4 及以前）和1 年生時（佯黃竹的T8，其他3 個竹種的T6）發(fā)揮作用。由結(jié)果不難看出，IAA 是與組織部位生長分化的活躍度正向協(xié)同的，且應(yīng)該與竹類莖節(jié)（筍體、竹稈和枝節(jié)）伸長有所關(guān)聯(lián)。之所以總體上四個竹種根的IAA 含量（850～880 ng·g-1）明顯較地上部分（890～1025 ng·g-1）低，可能是由叢生竹的結(jié)構(gòu)特性決定的，其新發(fā)出的筍或幼竹并不迫切地需要長出用于穩(wěn)定自身的根系，而是可以固持在母竹上。

一般認為，脫落酸ABA 是一種抑制生長的激素，能阻滯莖、根的伸長生長，抑制芽和種子萌發(fā)，促使植物器官衰老和脫落[18]。本文卻發(fā)現(xiàn)，ABA 含量并不與促進營養(yǎng)生長、細胞分裂的其他激素呈明顯相反的動態(tài)變化規(guī)律，反而大體類似。其實早有文獻報道，ABA 在植物遭遇水分脅迫時常常被誘導(dǎo)增多[19]，潘雁紅等[14]的研究也表明幾種地被竹的ABA 對不同水分條件有顯著響應(yīng)。據(jù)此推測，竹類植物細胞分裂、營養(yǎng)生長越旺盛之時，其需水程度也越大，ABA 此時可能并非作為抑制生長的因子，而是提高水分利用效率的物質(zhì)。

赤霉素GA 可促進植物莖的延長、種子的休眠以及抑制葉和果實的老化，使農(nóng)作物提早成熟[18]。本文分析認為，叢生竹GA 可能主要在筍或幼竹先端合成再往下分配，其也與竹類莖節(jié)伸長相關(guān)聯(lián)，甚至可能較之其他激素專一性更強，因為其響應(yīng)峰值在本研究中的T3 或T4 時，正是筍體或筍-幼竹體在完全結(jié)束增粗生長后的快速高生長期。

細胞分裂素CTK 和油菜素內(nèi)酯BR 均合成于分裂旺盛的莖端、根尖、生長中的種子以及果實等部位，參與包括細胞分裂、營養(yǎng)體生長、光形態(tài)建成、頂端優(yōu)勢、花發(fā)育、莖間分生組織形成、根分化等生理調(diào)控過程[18]，兩者基本均是先較高（或升高）后較低（或下降）的變化規(guī)律。其中，BR 是最新發(fā)現(xiàn)的國際上公認最為高效的廣譜性植物生長激素[20-21]。這與本研究測得其在五種激素中含量最低的結(jié)果不謀而合，因為其在極低濃度下即可發(fā)揮顯著作用。那么，能否據(jù)此推測，激素活性高低與其在植物體內(nèi)的含量負相關(guān)，如是，本研究中五種激素在叢生竹體內(nèi)的活性高低應(yīng)為：BR＞GA＞CTK＞IAA＞ABA。