厚竹群落孕筍成竹期內(nèi)源激素動態(tài)變化與調(diào)控作用

李應蘭 ，申 展 ，2，張艷華 ，李 苑 ，孫婭東 ，黎祖堯 ，2

（1.江西農(nóng)業(yè)大學 林學院，江西 南昌 330045；2.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、厚皮毛竹，因其稈壁厚度是等徑毛竹Ph.edulis的1.8～2.0倍且性狀穩(wěn)定而得名，是江西省特有的筍材品質(zhì)均優(yōu)的毛竹變異類型[1]，2008年獲國家林業(yè)局植物新品種保護權(quán)證，2017年被審定為國家級優(yōu)良品種。厚竹的生物學和生態(tài)學特性與毛竹相似，但氮代謝和利用水平[2]、CO2和光能利用率[3-4]、抗寒性[5]及竹筍營養(yǎng)成分[6-7]均高于毛竹，并且稈形通直，材質(zhì)堅硬，新鮮原竹沉水，抗風倒雪壓能力強，跨區(qū)域引種不會降低竹筍營養(yǎng)品質(zhì)、竹材纖維性狀和稈形結(jié)構(gòu)[7-9]，推廣前景廣闊。

植物內(nèi)源激素是植物體內(nèi)合成的對植物生長發(fā)育有顯著作用的活性物質(zhì)，主要調(diào)控植物的萌發(fā)、生長、開花結(jié)實和休眠等過程[10-13]。研究表明，雷竹Ph.praecox和毛竹在側(cè)芽萌發(fā)過程中內(nèi)源激素會發(fā)生顯著變化[14-15]；毛竹成竹和厚竹展葉過程中，地上部分不同器官及同一器官不同部位的內(nèi)源激素含量和動態(tài)變化規(guī)律均不相同[16-17]；埋鞭、斷鞭和移母竹繁殖的厚竹體內(nèi)的內(nèi)源激素含量及不同器官之間均存在差異[18]；厚竹孕筍成竹過程中，母竹的根、稈、枝、葉中的內(nèi)源激素含量和動態(tài)變化規(guī)律不同[19]。關于整個厚竹群落在孕筍成期內(nèi)源激素的分布特征和動態(tài)變化，竹鞭、竹筍、母竹3個系統(tǒng)中的內(nèi)源激素如何響應竹林群落生長中心在地上和地下之間的轉(zhuǎn)移，以及不同內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)的相對比例對厚竹孕筍成竹的影響目前尚不清楚。本研究以厚竹為對象，分析從筍芽膨大到新竹展葉過程中竹鞭、竹筍和母竹中內(nèi)源激素的質(zhì)量分數(shù)和比值，研究厚竹各生長系統(tǒng)中內(nèi)源激素的分布特征和動態(tài)變化，以及內(nèi)源激素在系統(tǒng)間的運輸和轉(zhuǎn)移規(guī)律，探索內(nèi)源激素及其協(xié)同和拮抗作用對厚竹孕筍成竹的影響，為進一步揭示內(nèi)源激素對竹類植物生長發(fā)育的調(diào)控機理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于江西省南昌市江西農(nóng)業(yè)大學竹類植物種質(zhì)園內(nèi)（28°45′24″N，115°49′50″E）。屬中亞熱帶濕潤季風氣候，溫和濕潤，日照充足，夏季炎熱，冬季寒冷；年均氣溫17～17.7 ℃，年均日照時數(shù)1 772～1 845 h，年均降水量1 600～1 700 mm，年均無霜期251～272 d。海拔49.5 m，地形為低丘，土壤類型為紅壤，質(zhì)地較粘重，微酸性。

1.2 樣品采集

采樣林分：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′25″E）引種繁育而成，面積約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。

采集時期和對象：2015年1月20日（筍芽膨大期，Bamboo shoots sprouts period，簡稱BSSP），采樣對象為竹鞭、冬筍和3年生母竹；2015年3月31日（竹筍生長期，Bambooshoots growing period，簡稱BSGP），采樣對象為竹鞭、春筍和3年生母竹；2015年6月10日（新竹長成期，New bamboo formation period，簡稱NBFP），采樣對象為竹鞭、當年新竹和3年生母竹。

采集部位和數(shù)量：竹鞭共采集22根（筍芽膨大期14根，竹筍生長期3根，新竹長成期5根），每根竹鞭分鞭節(jié)間、鞭節(jié)、鞭根和鞭芽部位采樣。母竹采集 9株（筍芽膨大期、竹筍生長期和新竹長成期各采集3株），每株母竹分中上部竹稈、中下部竹枝、竹葉和蔸根采樣。筍芽膨大期采集10 cm長的冬筍3個，每個冬筍分頂部筍肉、中部筍肉、基部筍肉和筍籜采樣；竹筍生長期采集出土30 cm的春筍4個，每個春筍分頂部筍肉、中部筍肉、基部筍肉、筍籜和筍根采樣。新竹采集3株，每株新竹分中上部竹稈、中下部竹枝、竹葉和蔸根采樣。

采樣質(zhì)量：每份樣品采集質(zhì)量約1 g。

1.3 樣品處理與分析

野外采集樣品后及時用錫鉑紙包裹、編號后放入冰盒中，并迅速帶回實驗室放入-85 ℃超低溫冰箱中冷凍保存，然后用干冰包埋送中國農(nóng)業(yè)大學測定內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)。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，測定內(nèi)容為吲哚-3-乙酸（IAA）、赤霉素（GA）、玉米素核苷（ZR）和脫落酸（ABA）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007軟件進行預處理，利用SPSS17.0分析軟件，采用單因素方差分析和Duncan多重比較方法，對厚竹群落中不同時期竹鞭、竹筍、新竹和母竹中的IAA、GA、ZR和ABA的質(zhì)量分數(shù)及其相互之間的比值進行分析和比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 厚竹群落內(nèi)源激素分布特征

分析厚竹孕筍成竹期竹鞭、冬筍、春筍、新竹和母竹中的IAA、ZR、GA、ABA質(zhì)量分數(shù)，并比較其差異性，結(jié)果如表1所示。

表1 不同發(fā)育期內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)?Table1 Mass fractions of endogenous hormone in different developmental periods (ng·g-1)

由表1可知，筍芽膨大期，竹鞭、冬筍和母竹中內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)均為ABA＞IAA＞GA＞ZR；竹筍生長期，竹鞭和母竹中內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)為ABA＞IAA＞ZR＞GA，春筍中為IAA＞ABA＞ZR＞GA；新竹長成期，3個系統(tǒng)中內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)均為ABA＞IAA＞ZR＞GA。各個生長系統(tǒng)中IAA和ABA的質(zhì)量分數(shù)均顯著高于ZR和GA；IAA和ABA之間及GA和ZR之間的質(zhì)量分數(shù)差異因發(fā)育時期不同而差異程度不同，其中各個時期母竹中ABA的質(zhì)量分數(shù)均顯著高于IAA，筍芽膨大期冬筍中ABA的質(zhì)量分數(shù)顯著高于IAA，竹鞭中GA的質(zhì)量分數(shù)顯著高于ZR。

筍芽膨大期，由于氣溫低，母竹和冬筍處于休眠狀態(tài)，但竹鞭仍在進行筍芽膨大等孕筍活動，故竹鞭中促進生長類激素（IAA、ZR、GA）質(zhì)量分數(shù)偏高，而抑制生長類激素（ABA）質(zhì)量分數(shù)顯著偏低。竹筍生長期，母竹需要制造大量營養(yǎng)物質(zhì)供給竹筍使其快速生長，光合作用及物質(zhì)轉(zhuǎn)化和運輸活動旺盛，母竹中的內(nèi)源激素水平明顯偏高，其中IAA和ABA質(zhì)量分數(shù)均顯著高于竹鞭和春筍，ZR質(zhì)量分數(shù)顯著高于竹鞭，GA質(zhì)量分數(shù)顯著高于春筍；春筍生長速度快，春筍中促進細胞分裂的ZR質(zhì)量分數(shù)明顯高于竹鞭，而ABA質(zhì)量分數(shù)顯著低于竹鞭，說明此階段竹林群落的生長中心已經(jīng)從地下系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到了地上系統(tǒng)。新竹長成后，竹林群落生長中心又轉(zhuǎn)入竹鞭系統(tǒng)，但新竹纖維素和木質(zhì)素等合成和代謝活動仍旺盛，故竹鞭和新竹中的IAA、GA、ABA質(zhì)量分數(shù)差異較小，母竹中IAA、GA質(zhì)量分數(shù)顯著偏低，而ABA質(zhì)量分數(shù)顯著偏高。

2.2 內(nèi)源激素動態(tài)變化

分析厚竹群落在孕筍成竹期竹鞭、竹筍（新竹）和母竹中IAA、ZR、GA、ABA質(zhì)量分數(shù)的動態(tài)變化，結(jié)果如圖1所示。

圖1 孕筍成竹期內(nèi)源激素動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of endogenoushormones during bamboo formation course

從圖1看出，厚竹群落在孕筍成竹過程中，不同生長系統(tǒng)中內(nèi)源激素的動態(tài)變化規(guī)律不同。竹鞭中（圖1A）ZR質(zhì)量分數(shù)逐漸增加，其中前期增速顯著；GA質(zhì)量分數(shù)前期顯著下降，后期變化平穩(wěn)；IAA和ABA的質(zhì)量分數(shù)均是先降低后增加，但各發(fā)育期差異不顯著。母竹中（圖1B）IAA、ZR和ABA的質(zhì)量分數(shù)均呈拋物線變化，竹筍生長期最高，其中不同時期之間ZR差異顯著，IAA和ABA差異不顯著；GA質(zhì)量分數(shù)快速下降，且不同時期之間差異顯著。因為竹林群落的生長中心在地上系統(tǒng)和地下系統(tǒng)之間交替轉(zhuǎn)移，所以竹鞭與母竹中IAA和ABA的動態(tài)變化趨勢完全相反。為了打破休眠，筍芽膨大期竹林群落中GA質(zhì)量分數(shù)較高。休眠打破后，GA質(zhì)量分數(shù)顯著下降，而促進細胞分裂的ZR質(zhì)量分數(shù)顯著上升，以保證竹筍的快速生長。新竹抽枝展葉后，生長中心從地上系統(tǒng)轉(zhuǎn)入地下系統(tǒng)，故竹鞭系統(tǒng)的內(nèi)源激素水平提高，母竹的內(nèi)源激素水平下降。

孕筍成竹過程中新竹個體的內(nèi)源激素動態(tài)變化規(guī)律如圖1C。IAA質(zhì)量分數(shù)在筍芽膨大期（潛伏芽膨大為冬筍）顯著下降，筍期平穩(wěn)，成竹期又明顯上升；ZR質(zhì)量分數(shù)呈拋物線變化，春筍生長期顯著偏高；GA質(zhì)量分數(shù)逐漸下降，在冬筍轉(zhuǎn)化為春筍期間下降顯著；ABA質(zhì)量分數(shù)在筍芽膨大期有所上升，冬筍轉(zhuǎn)化為春筍后顯著減少，成竹后又顯著升高。原因是潛伏芽膨大為冬筍后，由于氣溫低，冬筍生長活動較弱，故促進打破休眠的GA質(zhì)量分數(shù)多，IAA和ZR的質(zhì)量分數(shù)顯著偏低；隨著氣溫的升高，竹筍休眠被打破，冬筍出土進入快速生長期，細胞分裂活動旺盛，故GA質(zhì)量分數(shù)顯著下降，促進細胞分裂的ZR質(zhì)量分數(shù)顯著提高，抑制生長的ABA質(zhì)量分數(shù)顯著降低。

2.3 內(nèi)源激素比值分析

分析不同發(fā)育時期厚竹群落中竹鞭、竹筍和母竹中各種內(nèi)源激素之間的比值，并比較其差異性，結(jié)果如表2所示。

從表2可知，筍芽膨大期，竹林群落處于休眠狀態(tài)，生長和代謝活動均較弱，故竹鞭、冬筍和母竹3個生長系統(tǒng)間大多數(shù)內(nèi)源激素比值的差異均不顯著，僅冬筍中的ZR/IAA值和GA/IAA值顯著高于竹鞭和母竹，說明冬筍中ZR和GA在促進生長類激素中的占比較高，以促進冬筍膨大和打破休眠。竹筍生長期，春筍中各種促進生長類激素（IAA、ZR、GA）與抑制生長類激素（ABA）的質(zhì)量分數(shù)比值均顯著高于竹鞭和母竹，ZR/GA和ZR/IAA值顯著高于竹鞭，GA/IAA值顯著高于母竹，原因是隨著氣溫的升高，春筍成為了竹林群落的生長中心，細胞分裂活動和伸長生長旺盛，相對應的是促進生長類激素質(zhì)量分數(shù)多，特別是促進細胞分裂和伸長的ZR和GA比例高；另外，此時期母竹中的ZR/GA值顯著高于竹鞭，但 IAA/ABA、GA/ABA及 (IAA+ZR+GA)/ABA值顯著低于竹鞭，原因可能是竹葉是ABA的主要合成器官[20]，而竹葉中較多的ZR可以延緩葉片衰老，促進葉綠素酶的活性和蛋白質(zhì)合成，故葉片中ABA和ZR的比例較高。新竹抽枝展葉后，厚竹群落生長中心又轉(zhuǎn)入地下系統(tǒng)，以鞭芽分化和竹鞭生長為主，新竹中纖維素和木質(zhì)素的合成和代謝活動仍比較旺盛，故竹鞭和新竹中促進生長類激素的比例顯著高于母竹。

進一步分析各生長系統(tǒng)中內(nèi)源激素比值的動態(tài)變化，結(jié)果如圖2。圖2顯示，厚竹在孕筍成竹過程中，竹鞭中（圖2A）的GA/ABA值和GA/IAA值前期快速下降，后期相對平穩(wěn)，筍芽膨大期比值顯著偏高；ZR/GA值快速上升；ZR/IAA值前期快速升高，后期變化平穩(wěn)；IAA/ABA和（IAA+ZR+GA）/ABA值呈拋物線變化，ZR/ABA值逐漸升高，但變化幅度均不顯著。母竹中（圖2B）的ZR/GA值前期顯著升高，后期有所下降，GA/ABA、GA/IAA和ZR/IAA值變化規(guī)律與竹鞭一致，其他比值的變化趨勢與竹鞭有差異，但變化幅度和竹鞭一樣，均未達到顯著程度。低溫休眠期為了打破休眠，竹林群落內(nèi)需保證較高比例的GA質(zhì)量分數(shù)；竹筍快速生長期為了促進竹筍的細胞分裂，內(nèi)源激素中ZR所占比例較高。在厚竹孕筍成竹過程中，ZR/GA值的變化非常顯著，較高比例的GA有利于孕筍，較高比例的ZR有利于竹筍生長和成竹，說明ZR和GA間的協(xié)同或拮抗作用對厚竹孕筍成竹影響顯著。

表2 不同發(fā)育期內(nèi)源激素比值?Table2 The ratio of endogenoushormones in different developmental periods

圖2 孕筍成竹期內(nèi)源激素比值的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of endogenoushormones ratio during bamboo formation course

在新竹個體發(fā)育過程中，不同內(nèi)源激素比值的變化趨勢和變化幅度不同（圖2C）。ZR/IAA、ZR/GA、GA/IAA值均呈拋物線變化，且變化顯著；ZR/GA值前期平穩(wěn)，竹筍生長期顯著升高，后期略有下降；IAA、GA及促進生長類激素總量（IAA+ZR+GA）與抑制生長類激素（ABA）的比值變化均不顯著。在促進生長類激素中，較高比例的GA和較低比例的ZR能夠促進潛伏芽分化為筍芽，并有利于筍芽和冬筍抗寒越冬，較高比例的ZR/GA值有利于竹筍的快速生長及新竹中纖維素和木質(zhì)素的合成，說明ZR和GA在促進生長類激素總量中的比例及彼此之間的協(xié)同和拮抗作用對新竹個體發(fā)育的調(diào)控作用顯著。

3 討 論

3.1 內(nèi)源激素對厚竹生長發(fā)育有顯著調(diào)控作用，并且與竹林群落的生長節(jié)律和生長中心的轉(zhuǎn)移密切相關

Jong等[21]發(fā)現(xiàn)IAA和GA分別導致細胞數(shù)量和細胞體積的增加，楊榮超等[22]認為GA的主要作用是促進細胞伸長和打破體眠，Javid等[23]發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下水稻中無伸長節(jié)間的IAA比快速伸長的節(jié)間多。本研究發(fā)現(xiàn)，筍芽膨大期厚竹群落中的GA質(zhì)量分數(shù)顯著偏高，竹鞭中的IAA質(zhì)量分數(shù)顯著高于冬筍和母竹，ABA則相反；春筍中的ZR質(zhì)量分數(shù)顯著高于冬筍，而GA則相反。說明在低溫脅迫下，主要是IAA和GA導致細胞數(shù)量和細胞體積的增加，促進筍芽分化和冬筍生長；為了打破低溫休眠，厚竹群落中GA質(zhì)量分數(shù)增多。竹筍生長期，母竹代謝旺盛，激素合成量增多，尤其是ZR 質(zhì)量分數(shù)快速增多，參與調(diào)節(jié)細胞增殖[24]，促進春筍快速生長。在厚竹孕筍成竹過程中，竹林群落生長中心在地上系統(tǒng)（竹筍、母竹）和地下系統(tǒng)（竹鞭）之間交替轉(zhuǎn)移，厚竹中內(nèi)源激素也發(fā)生相應變化。筍芽膨大期，母竹處于休眠狀態(tài)，但竹鞭系統(tǒng)仍在進行筍芽分化和冬筍膨大，是竹林群落的生長中心，竹鞭中IAA、ZR和GA質(zhì)量分數(shù)偏高，而ABA質(zhì)量分數(shù)顯著低于母竹。竹筍生長期，地上部分成為竹林群落的生長中心，大量竹筍的快速生長需要母竹提供營養(yǎng)物質(zhì)，母竹的光合作用及物質(zhì)轉(zhuǎn)化和運輸活動旺盛，母竹中內(nèi)源激素水平明顯偏高；此時期春筍生長非常迅速，春筍中促進細胞分裂的ZR質(zhì)量分數(shù)非常高。新竹抽枝展葉后，生長中心又轉(zhuǎn)移至竹鞭系統(tǒng)，新竹鞭的萌發(fā)和生長旺盛，故竹鞭中促進生長類激素高于母竹，其中IAA、GA的差異達到顯著程度，而ABA則顯著低于母竹。

3.2 內(nèi)源激素可能參與厚竹厚壁性狀的調(diào)控

鄭郁善等[25]發(fā)現(xiàn)毛竹內(nèi)源激素的質(zhì)量分數(shù)在春筍中是激動素（KT）＞赤霉素（GA3）＞IAA，在新竹葉片中GA3＞IAA＞KT；王波等[15]發(fā)現(xiàn)毛竹筍和新竹葉片中的GA3質(zhì)量分數(shù)顯著高于IAA；方楷等[16]發(fā)現(xiàn)毛竹筍和新竹各個部位的內(nèi)源激素均表現(xiàn)為GA3質(zhì)量分數(shù)顯著高于玉米素（ZT）。本研究發(fā)現(xiàn)，厚竹群落在各個生長時期的各個生長系統(tǒng)中IAA質(zhì)量分數(shù)均顯著高于GA，ZR和GA質(zhì)量分數(shù)間的差異程度不顯著，內(nèi)源激素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)相對較高，而促進細胞伸長生長的GA質(zhì)量分數(shù)相對較低，有利于竹壁的橫向增長，可能是造成厚竹竹壁增厚的原因之一。

另外，植物中ZR的運輸受到植物氮代謝的影響和調(diào)節(jié)[26]，厚竹的氮代謝能力高于毛竹，可能是厚竹群落中ZR質(zhì)量分數(shù)相對偏高的原因。ABA在植物抗寒中起關鍵作用[27-28]，低溫可誘導植物合成和積累ABA，以減緩代謝活動，降低營養(yǎng)物質(zhì)消耗來增加耐寒性[29-30]，高水平的ABA質(zhì)量分數(shù)有利于提高植物對冷脅迫的抗性，本研究發(fā)現(xiàn)，在休眠期竹鞭和冬筍中ABA質(zhì)量分數(shù)顯著高于IAA，不同于毛竹中ABA質(zhì)量分數(shù)顯著低于IAA，可能是厚竹抗寒能力高于毛竹的原因。

3.3 內(nèi)源激素的協(xié)同和拮抗作用對厚竹孕筍成竹有的影響

方楷等[16-17]認為激素間的相互作用對竹類植物莖稈的伸長有重要作用，李麗霞等[31]認為干旱脅迫下較高的GA3/ABA值可以促進沙棘芽的萌發(fā)，何奇江等[32]發(fā)現(xiàn)雷竹秋季出筍時筍芽的萌發(fā)主要受GA3/ABA比值的調(diào)控。本研究發(fā)現(xiàn)，竹筍快速生長期，厚竹群落的代謝、運輸及合成活動最為旺盛，竹鞭、春筍和母竹之間各種內(nèi)源激素的比值均表現(xiàn)出顯著差異；促進生長類激素與抑制生長類激素的比值在筍芽膨大期差異不顯著，竹筍生長期春筍顯著高于母竹和竹鞭，新竹抽枝展葉后竹鞭和新竹顯著高于母竹。在厚竹孕筍成竹過程中，ZR/GA，ZR/IAA和GA/IAA值變化顯著，且與厚竹的生長發(fā)育活動關系密切，較高比例的ZR能促進細胞分裂，有利于碳水化合物的合成和器官的生長；而較高比例的GA則有利于促進筍芽分化和冬筍萌動、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，其協(xié)同和拮抗機理及調(diào)控機制有待于深入探索。

4 結(jié) 論

厚竹群落中不同內(nèi)源激素的質(zhì)量分數(shù)差異顯著，IAA和ABA的質(zhì)量分數(shù)顯著高于ZR和GA， IAA和ABA之間及GA和ZR之間的質(zhì)量分數(shù)差異程度因發(fā)育時期不同而不同。在孕筍成竹過程中，母竹、竹鞭和竹筍中內(nèi)源激素的分布特征和動態(tài)變化規(guī)律不同。不同的內(nèi)源激素對厚竹孕筍成竹的調(diào)控作用和影響程度不同，內(nèi)源激素間的協(xié)同或拮抗作用顯著影響厚竹的孕筍成竹和生長發(fā)育。厚竹中較高的IAA和ZR質(zhì)量分數(shù)及相對較低的GA質(zhì)量分數(shù)，可能是形成厚竹厚壁性狀的重要原因之一。