美麗箬竹鞭段側(cè)芽偏向性萌發(fā)生長的激素和養(yǎng)分作用*

谷 瑞 徐 森 陳雙林 郭子武 章 超

(中國林業(yè)科學研究院亞熱帶林業(yè)研究所 杭州 311400)

美麗箬竹(Indocalamusdecorus)是莖葉密集、低矮灌木型地被植物，其枝稈矮細、新葉茂盛、外形優(yōu)美，觀賞性強，且易于繁殖，能夠很快形成覆蓋，適應能力強，地下鞭發(fā)達、水平擴展、盤根錯節(jié)，是園林配置造景、綠化綠籬綠地廣泛應用的優(yōu)質(zhì)地被竹(龐元湘等， 2018； 谷瑞等， 2020a)。由于地被竹在園林造景等方面的應用不斷擴大，鞭段容器育苗因育苗技術(shù)簡單、苗木繁育周期短而成為地被竹景觀苗擴繁的重要方式(劉勇， 2000； Wilsonetal., 2007； 杜佩劍， 2008； 谷瑞等， 2020b)。然而，鞭段側(cè)芽是地被竹鞭段繁育容器苗構(gòu)件生長發(fā)育的物質(zhì)基礎(樓一平等， 1997； 施建敏等， 2014； 高貴賓等， 2017)，其萌發(fā)生長狀況決定著竹子無性系種群的發(fā)展質(zhì)量，立竹的生長數(shù)量主要取決于側(cè)芽萌發(fā)率(陸媛媛等， 2011； 黃金燕等， 2013； 劉靜等， 2017)，同時，鞭段側(cè)芽的有效利用是提高地被竹產(chǎn)量的有效途徑(王波等， 2007)。因此，開展地被竹地下莖側(cè)芽的萌發(fā)特性研究對于促進側(cè)芽萌發(fā)、提高竹子產(chǎn)量具有重要的理論意義。

植物激素是竹子體內(nèi)十分重要的活性物質(zhì)，對竹子的生長具有重要的影響，且不同內(nèi)源激素在竹子生長發(fā)育的不同時期具有獨特的作用。黃堅欽等(2002)認為，IAA、CTK、ABA參與了雷竹(Phyllostachysviolascens‘Prevernalis’)地下鞭側(cè)芽生長發(fā)育和分化的各個環(huán)節(jié)，且IAA/ABA主要調(diào)控側(cè)芽的萌動，而CTK/ABA則與側(cè)芽分化成竹鞭或竹筍密切相關(guān)。丁興萃(1997)、何奇江等(2007)認為GA3和ABA對毛竹(Phyllostachysedulis)、雷竹地下鞭側(cè)芽的萌發(fā)有顯著影響，其中，GA3對側(cè)芽的大量萌發(fā)起著正向調(diào)控作用，而ABA則反向抑制側(cè)芽萌發(fā)。張閃閃等(2018)對麻竹(Dendrocalamuslatiflorus)筍的研究表明，CTK主要控制側(cè)芽分化，IAA、GA主要控制側(cè)芽生長，而ABA主要促進碳水化合物的運輸、代謝，且各激素之間相互促進并相互制約。可見，竹子地下莖側(cè)芽的生長發(fā)育受到多種激素的綜合影響。

碳(C)、氮(N)、磷(P)是竹子體內(nèi)三大主要構(gòu)成元素，其含量及其相互關(guān)系對竹子側(cè)芽的生長發(fā)育與分化過程具有重要影響(Gusewell， 2004； 栗忠飛等， 2013)。其中，C是竹子生長的結(jié)構(gòu)性物質(zhì)，其含量的高低反映了竹子體內(nèi)可利用態(tài)物質(zhì)和能量的基礎(楊惠敏等， 2011； 谷瑞等， 2020c)，而N和P參與體內(nèi)新陳代謝，是竹子蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)合成的基本元素，也是竹子生長的限制性養(yǎng)分(寧志英等， 2017)，C、N、P的有效性對竹鞭側(cè)芽的萌發(fā)生長也有顯著的調(diào)控作用(Xieetal.， 2018)。研究表明，毛竹苗C、N、P充足，不僅能活化側(cè)芽細胞，而且能有效促進側(cè)芽大量萌發(fā)(余水生等， 2016； 谷瑞等， 2020c)。可見，鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長與鞭體養(yǎng)分含量密切相關(guān)。而竹子鞭段容器育苗這方面的研究極少。為此，本研究以美麗箬竹為試材，開展鞭段容器育苗試驗，通過調(diào)查測定鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長狀況，以及鞭段側(cè)芽從埋鞭育苗到新竹長成過程中不同鞭段部位不同時期的激素與養(yǎng)分含量的差異和動態(tài)變化規(guī)律，試圖探明鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長是否存在明顯的位置偏向性，鞭段激素和養(yǎng)分的作用機理如何，旨在為培育高質(zhì)量地被竹提供理論依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于浙江省杭州市臨安區(qū)太湖源鎮(zhèn)(29°56′—30°23′ N，118°51′—119°72′ E)，亞熱帶季風氣候，年均降水量1 250～1 600 mm，年平均氣溫15.4 ℃，1 月平均氣溫3.2 ℃，7 月平均氣溫29.9 ℃，極端最低溫-13.3 ℃，極端最高溫40.2 ℃，大于10 ℃的平均活動年積溫5 100 ℃，年平均無霜期235天，年日照時數(shù)1 850～1 950 h； 土壤為紅壤。

1.2 試驗設計與處理

2018年和2019年3月上旬，分別在健康生長的美麗箬竹林中，挖取生長狀況良好、鞭節(jié)間長度基本一致，且鞭長為20 cm左右的1年生竹鞭。其中，1)2018年3月上旬，從挖取的1年生竹鞭中選擇鞭段徑級分別為(2.90±0.32)mm、(5.42±0.63)mm的2種竹鞭，分別稱之為細鞭(D1)、粗鞭(D2)，之后在所選2種鞭徑的竹鞭基部1/3左右長度分別剪成3(L1)、6(L2)、9 cm(L3)3種鞭段長度，共計6種試驗處理，分別開展埋鞭育苗試驗(表1)，每個處理各50盆，共計300盆。鞭段容器育苗時每個容器內(nèi)總鞭長保持一致，均為18 cm，即2種鞭徑下3、6、9 cm 3種鞭段長度處理的每盆容器埋鞭的鞭段數(shù)分別為6、3、2段。分析鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長的位置偏向性。2)2019年3月上旬，從挖取的1年生竹鞭中選取鞭徑為(5.25±0.58)mm的竹鞭，并在其鞭基部1/3左右長度剪成長度為6 cm的鞭段，開展埋鞭育苗試驗，每盆放入鞭段3段，共100盆。分析鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長的激素和養(yǎng)分影響。埋鞭育苗容器、育苗基質(zhì)、育苗方法參照谷瑞等(2020a)。

表1 美麗箬竹容器苗不同鞭長和鞭徑處理組合Tab.1 Different rhizome segment length and diameter compositions of Indocalamus decorus container saplings

1.3 取樣及指標測定

1) 2018年10月上旬，每個處理分別取美麗箬竹容器苗8～10盆，之后從所取的容器苗中隨機選取當年3月上旬所埋的鞭段各15段，共計3個重復。首先統(tǒng)計各處理各重復15段鞭段的側(cè)芽萌發(fā)總數(shù)量，然后將鞭段依據(jù)鞭段長度平均截成3段，沿去鞭方向依次分別稱之為近端、中端和遠端，調(diào)查并測定不同鞭段部位(也即鞭段近端、鞭段中端、鞭段遠端、鞭段兩端(近端+遠端))的側(cè)芽萌發(fā)總數(shù)量、側(cè)芽萌發(fā)生長的新竹生長狀況(也即新竹數(shù)量、地徑和高度)。探討美麗箬竹鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長的位置偏向性。

2) 2019年3月上旬(埋鞭育苗期)、2019年4月上旬(側(cè)芽萌動期(尚未出土))、2019年8月上旬(新竹長成期)，分別隨機取當年3月上旬埋鞭的竹苗30盆，每10盆為1個重復，共3個重復。每盆容器苗先去除基質(zhì)，后將鞭段或鞭段苗取出，洗凈，并截成近端、中端和遠端3段。首先，分別取近端、中端和遠端的鞭段約2 g及時用錫鉑紙包裹、編號，放入冰盒中，并迅速放入-85 ℃ 超低溫冰箱中冷凍，后用干冰包埋送上海奕生物有限公司測定內(nèi)源激素質(zhì)量分數(shù)。其次，先將剩余不同部位的鞭段放于105 ℃的烘箱內(nèi)殺青30 min，并在80 ℃下烘至恒重，然后將樣品粉碎并過40目篩，最后將粉碎后的樣品裝入紙質(zhì)袋內(nèi)存儲于真空干燥器中以備養(yǎng)分測定。內(nèi)源激素測定指標為吲哚-3-乙酸(IAA)、赤霉素(GA)、細胞分裂素(CTK)和脫落酸(ABA)，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。鞭段養(yǎng)分測定指標為全碳、全氮、全磷，分別采用重鉻酸鉀容量法、凱氏定氮法、鉬銻抗比色法測定(鮑士旦， 2000)。探討美麗箬竹鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長的激素和養(yǎng)分影響。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Excel 2007、SPSS 24.0、Origin 2018統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)整理和圖表制作，采用單因素(one-way ANOVA)方差分析比較不同鞭段部位側(cè)芽萌發(fā)生長特征、內(nèi)源激素和養(yǎng)分含量的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 鞭段側(cè)芽偏向性萌發(fā)生長特征

由表2可知，不同處理的美麗箬竹育苗鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長部位的比例有所差異，表現(xiàn)為D1L1處理鞭段中端側(cè)芽萌發(fā)生長比例顯著低于遠端； D1L2、D2L2處理，鞭段中端側(cè)芽萌發(fā)生長比例顯著低于近端、遠端； D2L1、D2L3處理，鞭段中端和遠端側(cè)芽萌發(fā)生長比例顯著低于近端； 而D1L3處理鞭段中端側(cè)芽萌發(fā)生長比例與近端、遠端差異均不顯著。但相同鞭徑和鞭長處理下，不同鞭段部位側(cè)芽萌發(fā)生長的新竹生長特征總體上均無顯著差異?？梢?，鞭段部位會對鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長比例產(chǎn)生影響，鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長存在明顯的位置偏向性特征，但鞭段部位對側(cè)芽萌發(fā)的新竹生長特征沒有影響。

表2 不同鞭徑和鞭長處理下美麗箬竹不同鞭段部位側(cè)芽萌發(fā)比例及新竹生長狀況①Tab.2 Proportion of lateral bud sprouting and growth status of young bamboos of Indocalamus decorus in different rhizome segment parts under different rhizome diameter and length treatments

2.2 鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長過程中的激素變化

由表3和圖1可知，埋鞭育苗期，4種內(nèi)源激素含量均表現(xiàn)為鞭段近端>中端>遠端，其中，IAA、CTK含量均表現(xiàn)為鞭段近端顯著高于中端、遠端，后兩者間無顯著差異，GA含量表現(xiàn)為鞭段近端顯著高于遠端，中端與前兩者間無顯著差異，而ABA的含量則表現(xiàn)為鞭段近端、中端顯著高于遠端，前兩者間無顯著差異； 但4種內(nèi)源激素的比值在不同鞭段部位間均無顯著差異。側(cè)芽萌動期，IAA、CTK含量和 IAA/ABA在不同鞭段部位間均無顯著差異； GA含量、GA/ABA和(IAA+GA+CTK)/ABA表現(xiàn)為鞭段中端顯著低于近端、遠端，而ABA含量則相反，且后兩者間均無顯著差異； CTK/ABA表現(xiàn)為鞭段近端顯著高于中端，遠端與前兩者間均無顯著差異。新竹長成期，內(nèi)源激素含量及其比值在不同鞭段部位間均無顯著差異。說明，埋鞭育苗和新竹長成期不同鞭段部位的內(nèi)源激素分布較均衡，而側(cè)芽萌動期鞭段近端和遠端生長促進型激素/生長抑制型激素較高，代謝較活躍，有利于有效調(diào)控側(cè)芽分化與萌發(fā)。

隨著鞭段側(cè)芽的萌發(fā)生長，鞭段IAA、CTK含量先顯著下降后小幅升高，總體上表現(xiàn)為埋鞭育苗期顯著高于側(cè)芽萌動期和新竹長成期，后兩者間無顯著差異； GA含量、GA/ABA總體上均呈“∧”型變化，側(cè)芽萌動期均最高，其中，GA含量側(cè)芽萌動期顯著高于埋鞭育苗期和新竹長成期，后兩者間無顯著差異，而GA/ABA各生長時期均差異顯著； ABA含量呈“V”型變化，其中，近端和整條鞭段在各生長期均差異顯著，而中端和遠端則表現(xiàn)為新竹長成期顯著高于埋鞭育苗期和側(cè)芽萌動期； IAA/ABA表現(xiàn)為前期趨于穩(wěn)定，后期顯著下降，新竹長成期顯著低于埋鞭育苗期和側(cè)芽萌動期； CTK/ABA、(IAA+GA+CTK)/ABA總體上呈顯著降低趨勢。可見，在鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長過程中，同一鞭段部位不同激素及其比值的動態(tài)變化趨勢和幅度不同。

2.3 鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長過程中的養(yǎng)分變化

由表4可知，埋鞭育苗期，不同鞭段部位間C含量、N/P均無顯著差異，N、P含量均表現(xiàn)為鞭段遠端顯著高于中端，而C/N、C/P則相反，且近端與前兩者間均無顯著差異。側(cè)芽萌動期，不同鞭段部位間C含量無顯著變化，N、P含量和N/P表現(xiàn)為鞭段遠端>近端>中端，而C/N、C/P則相反，其中，N含量和C/N在各鞭段部位間均存在顯著差異，而P含量、N/P和C/P均表現(xiàn)為鞭段遠端和近端顯著高于或低于中端，且前兩者間無顯著差異。新竹長成期，C、N、P含量及其比值在各鞭段部位間均無顯著差異。

隨著鞭段側(cè)芽的萌發(fā)生長，鞭段C、P含量顯著升高，且各生長時期總體上差異顯著； N含量、N/P均呈“∧”型變化，且鞭段近端和整個鞭段在各生長時期間差異顯著，而中端和遠端N含量則表現(xiàn)為側(cè)芽萌動期顯著高于埋鞭育苗期和新竹長成期； C/N呈“V”型變化，總體上表現(xiàn)為側(cè)芽萌動期顯著低于埋鞭育苗期和新竹長成期，后兩者間無顯差異； C/P呈下降趨勢，且鞭段近端和整個鞭段在生長時期差異顯著，而中端和遠端C/P則表現(xiàn)為埋鞭育苗期顯著高于側(cè)芽萌動期和新竹長成期?？梢?，側(cè)芽不同生長發(fā)育期鞭段部位會產(chǎn)生C、N、P含量及其化學計量比關(guān)系的適應性調(diào)節(jié)。

表3 美麗箬竹側(cè)芽萌發(fā)生長過程中不同鞭段部位內(nèi)源激素含量①Tab.3 Endogenous hormone contents in different rhizome segment parts of Indocalamus decorus during the lateral buds growing periods (ng·g-1)

3 討論

竹子地下莖側(cè)芽發(fā)育的調(diào)節(jié)機制是復雜的，依賴于竹子內(nèi)源激素、營養(yǎng)元素之間的相互作用(劉靜等， 2017)。本研究發(fā)現(xiàn)，不論何種鞭長和鞭徑處理，鞭段部位對側(cè)芽萌發(fā)的新竹生長特征影響較小(谷瑞等， 2020a)，但會對鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長比例產(chǎn)生影響，即鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長存在明顯的位置偏向性特征，這種位置偏向性特征是否與鞭段內(nèi)源激素和養(yǎng)分變化有關(guān)還需進一步研究。

激素含量及其各激素間的平衡關(guān)系是影響竹子地下莖側(cè)芽生長發(fā)育和分化的關(guān)鍵因素(黎祖堯等， 2018； 范慧慧等， 2018)。本研究發(fā)現(xiàn)，埋鞭育苗期，IAA/ABA、CTK/ABA、GA/ABA和(IAA+GA+CTK)/ABA比值較穩(wěn)定，均未見有顯著差異，說明此時期不同鞭段部位各激素處于協(xié)調(diào)平衡狀態(tài)。側(cè)芽萌動期，可能由于剪鞭的刺激打破了原來激素之間的平衡關(guān)系，使得鞭段近端和遠端GA含量顯著高于鞭段中端，ABA含量則相反，較高的GA和較低的ABA有利于打破側(cè)芽的休眠，促進側(cè)芽分化與萌發(fā)，內(nèi)源ABA和GA的消長調(diào)控植物的休眠與萌發(fā)已被多項研究證實(丁興萃，1997； 黃堅欽等， 2002； 何奇江等， 2006)； 而不同鞭段部位IAA、CTK含量無顯著差異，這可能表明鞭段側(cè)芽萌發(fā)受IAA和CTK的調(diào)控作用較為微弱；何奇江等(2006； 2007)對雷竹的研究認為IAA、CTK對新竹生長具有正向的促進作用，但對竹鞭側(cè)芽萌發(fā)生長的調(diào)控作用并不顯著，這與本文的研究結(jié)果一致； 鞭段近端和遠端GA/ABA、CTK/ABA和(IAA+GA+CTK)/ABA顯著高于中端，表明鞭段近端和遠端生長促進型激素占主導地位，體現(xiàn)了內(nèi)源激素的協(xié)調(diào)和拮抗對側(cè)芽萌發(fā)的調(diào)控作用。新竹長成期，不同鞭段部位內(nèi)源激素含量及其比值均無顯著差異，這主要與生長狀況相關(guān)，表明激素間平衡與側(cè)芽萌發(fā)生長過程是相互影響的。因此，可以認為鞭段近端和遠端側(cè)芽萌發(fā)比例較高主要受生長促進型激素/生長抑制型激素的調(diào)節(jié)。同時，隨著鞭段側(cè)芽的萌發(fā)生長，鞭段各類內(nèi)源激素的變化規(guī)律和變化幅度不同。GA含量表現(xiàn)為先升后降，其原因可能是在側(cè)芽萌動期，竹鞭處于活躍狀態(tài)，鞭段中的側(cè)芽進行分化和生長，合成大量的GA并在竹鞭系統(tǒng)中運輸，故GA含量顯著升高； 而在新竹長成期，新竹合成大量GA供立竹生長，故而顯著降低了鞭段中GA運輸流動量，鞭段中GA含量大幅度下降(張艷華等， 2017)。但在新竹長成期，IAA、CTK和ABA總體上均呈小幅升高，可能原因是新竹長成后，竹子生長中心向地下系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，鞭段中的側(cè)芽萌動故而生長促進類激素含量有所提高，但由于鞭節(jié)上有部分鞭籜需要死亡和脫落，所以鞭段中ABA含量有所升高(范慧慧等； 2018)，這表明育苗鞭段會通過激素的消長來適應側(cè)芽的萌發(fā)生長過程。

圖1 美麗箬竹側(cè)芽萌發(fā)生長過程中不同鞭段部位內(nèi)源激素比值Fig. 1 Endogenous hormones ratio in different rhizome segment parts of Indocalamus decorus during the lateral buds growing periods P1： 埋鞭育苗期； P2： 側(cè)芽萌動期； P3： 新竹長成期。下同。P1: Rhizome planting period; P2: Lateral bud sprouting period; P3: New bamboo growing period. The same below.

表4 美麗箬竹側(cè)芽萌發(fā)生長過程中不同鞭段部位C、N、P含量及其比值Tab.4 C, N, P contents and their ratios in different rhizome segment parts of Indocalamus decorus during the lateral buds growing periods

鞭段側(cè)芽的萌發(fā)生長，除了需要內(nèi)源激素的調(diào)控外，還必需有營養(yǎng)元素的參與(郭子武等， 2011)。本研究表明，側(cè)芽萌動期，結(jié)構(gòu)性C元素含量相對比較穩(wěn)定，而功能性N和P元素在鞭段內(nèi)比較活躍(Sterneretal., 2002)，表現(xiàn)為鞭段近端和遠端N、P含量和N/P均顯著高于中端，這可能由于鞭段近端和遠端側(cè)芽萌發(fā)生長的大量養(yǎng)分需要，增加了對基質(zhì)中N、P的吸收，同時，N的吸收量明顯高于P的吸收量，使鞭段近端和遠端N/P較高； C/N、C/P 是反映單位氮素、磷素固定碳效率的指標(曾德慧等， 2005； 劉廣路等， 2016)，鞭段近端和遠端C/N、C/P顯著低于中端，體現(xiàn)了較高的氮、磷有效性(王紹強等， 2008)。因此，鞭段近端、遠端養(yǎng)分吸收和利用能力較高，這為側(cè)芽萌發(fā)生長提供了有利條件。同時，隨著鞭段側(cè)芽的萌發(fā)生長，鞭段C、N、P的含量均表現(xiàn)為側(cè)芽萌動期顯著高于埋鞭育苗期，尤其是N、P，這主要是由于鞭根對基質(zhì)中N、P大量吸收，以滿足側(cè)芽萌發(fā)需要； 進入新竹長成期后，N含量呈下降趨勢，這可能與新竹生長消耗以及竹鞭的“自我消耗”有關(guān)，而C、P含量均顯著升高，這可能是由于新竹的光合同化物向竹鞭系統(tǒng)運輸，使C含量有較大幅度地提高，同時，由于地上部分生長，新竹內(nèi)各種代謝增加，而P 是核苷酸的組成成分，這對新竹新陳代謝有重要影響，因而P元素在鞭段中大量積累(吳統(tǒng)貴等， 2010)； C/N和C/P也會隨著鞭段側(cè)芽的萌發(fā)生長通過提高或降低養(yǎng)分利用效率來適應養(yǎng)分變化。

4 結(jié)論

美麗箬竹育苗鞭段側(cè)芽萌發(fā)生長具有明顯的位置偏向性特征，即鞭段兩端(遠端、近端)側(cè)芽萌發(fā)生長比例顯著高于鞭段中端，而遠端、近端間差異不顯著。鞭段內(nèi)源激素和養(yǎng)分對側(cè)芽萌發(fā)生長偏向性有明顯影響，主要表現(xiàn)為側(cè)芽萌動期鞭段近端和遠端GA/ABA、CTK/ABA和(IAA+GA+CTK)/ABA較高，且N、P等營養(yǎng)元素吸收和利用能力顯著高于鞭段中端； 同時，鞭段會通過養(yǎng)分化學計量和激素平衡來對側(cè)芽萌發(fā)生長進行適應性調(diào)節(jié)。