厚竹孕筍成竹過程中內源激素動態變化

黎祖堯，張艷華，張 雷，李 苑，孫婭東

（1.江西農業大學 林學院，江西 南昌330045；2.江西農業大學 江西省竹子種質資源與利用重點實驗室，江西 南昌330045；3.南京林業大學 林學院，江蘇 南京 210037）

厚竹Phyllostachys edulis‘Pachyloen’又稱厚壁毛竹，是江西省特有的毛竹P.edulis變異新品種，2008年獲植物新品種保護權［1］，2017年被審定為國家級優良品種。厚竹因其稈壁厚度是等徑毛竹的1.8～2.0倍且性狀穩定而得名［2］；生物學和生態學特性與毛竹相似，但生物量、竹筍中營養物質含量［1］、抗寒性［3］、 氮代謝水平和利用率［4－5］、 二氧化碳（CO2）和光能利用率［6－8］等均高于毛竹； 作為筍用和筍材兼用竹種，其經濟價值、種質價值、碳儲量和固碳能力［9－10］較高，推廣前景廣闊。內源激素作為植物體內重要的活性物質，其質量分數和相互作用對植物的生長和發育起著非常重要的調節和控制作用［11－12］。何奇江等［13－14］、 胡超宗等［15］和黃堅欽等［16］對雷竹Ph.praecox的內源激素進行了研究， 郭少玲等［17］研究了60Coγ輻射對毛竹種子萌發過程中內源激素的影響，丁興萃［18］和鄭郁善等［19］研究了毛竹筍期的內源激素分布，方楷等［20］對厚竹展葉期竹稈內源激素進行了研究，張艷華等［21］研究了厚竹新竹中內源激素對繁殖方式的響應，吳興波等［22］研究了氯霉素對毛竹幼苗色素質量分數及葉綠素熒光的影響。結果顯示，內源激素對竹筍的生長發育影響較大，竹子不同器官中及竹筍不同部位的內源激素質量分數不同，人為干預措施可以改變竹子中內源激素的質量分數和分布。過去對竹子內源激素的研究多集中于某一特定時期或單一器官，主要研究單一內源激素。關于竹子孕筍成竹期內源激素的分布和動態變化，及各種內源激素的相對質量分數對竹子孕筍成竹的影響還值得深入研究。本試驗通過分析厚竹從鞭芽萌動到成竹過程中不同部位內源激素的質量分數，研究厚竹孕筍成竹過程中內源激素的分布特征和動態變化規律，探索內源激素對厚竹孕筍成竹的調控作用，為進一步研究內源激素調控竹類植物生長的機理和厚竹定向培育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采樣林分：采樣地位于江西農業大學竹類植物種質園內（28°45′24.1″N，115°49′50.2″E），海拔 49.5 m，低丘崗地，土壤為紅壤。采樣林分為厚竹純林，1995年從厚竹原產地（江西省萬載縣高村鄉嚴田村，28°06′33.38″N， 114°26′24.78″E）引種繁育而成， 面積約為 0.5 hm2， 立竹胸徑為 4.0～7.0 cm， 立竹高度為6.0～10.0 m，竹林結構合理，生長正常。

采樣時間：2015年1月20日，筍芽膨大期，采集竹鞭潛伏芽、筍芽和冬筍樣品。2015年3月31日，竹筍快速生長期，采集竹鞭潛伏芽和春筍樣品。2015年6月10日，新竹長成期，采集新竹樣品。

采樣部位：潛伏芽整芽取樣。已經萌動的筍芽分芽肉和芽籜取樣。冬筍和春筍分筍籜及頂部、中部和基部筍肉取樣，春筍增加中部和基部筍肉的內壁、外壁及筍根取樣。新竹分中上部竹稈、中下部竹枝、竹葉和篼根取樣。各取樣對象均選擇3個及以上作為重復，采集樣品量約1 g·部位－1。

樣品處理：野外采集樣品后立即放入冰盒中，2 h內轉入－85℃超低溫冰箱中冷凍。每一時期全部樣品采集后用干冰包埋送中國農業大學分析。

1.2 樣品分析

內源激素測定方法為酶聯免疫吸附測定法（ELISA），每個樣品平行測定3次，測定指標為吲哚-3-乙酸（IAA）， 赤霉素（GA3）， 玉米素核苷（ZR）和脫落酸（ABA）。

1.3 數據處理

試驗數據采用SPSS 17.0分析軟件分析，用單因素方差分析和Duncan多重比較對厚竹孕筍成竹期鞭芽、竹筍和新竹不同部位中的內源激素質量分數和比值進行差異性分析。采用Excel 2007統計軟件進行數據處理和圖表制作。

2 結果與分析

2.1 厚竹竹筍和新竹內源激素質量分數與分布特征

從表1看出：筍芽膨大期，所有部位內源激素質量分數均表現為ABA＞IAA＞GA3＞ZR，由于此時竹林處于休眠期，內源激素在不同部位間均無顯著差異。竹筍快速生長期，潛伏芽和春筍的生命活動旺盛程度不同，內源激素質量分數也不相同，潛伏芽中ABA＞IAA＞ZR＞GA3，而春筍中IAA＞ABA＞ZR＞GA3，差異程度因部位而異。新竹抽枝展葉后，潛伏芽和竹葉中內源激素質量分數表現為ABA＞IAA＞ZR＞GA3，竹稈中內源激素質量分數則是IAA＞ABA＞ZR＞GA3。

表1 不同時期竹筍和新竹內源激素質量分數Table 1 Contents of endogenous hormones in shoots and new bamboos

進一步分析冬筍、春筍和新竹不同部位的內源激素。從表2看出：不同內源激素質量分數因植株形態或部位不同而不同。冬筍所有部位均為ABA＞IAA＞GA3＞ZR，春筍所有部位為IAA＞ABA＞ZR＞GA3，新竹的竹枝和竹葉為ABA＞IAA＞ZR＞GA3，而竹稈和蔸根則為IAA＞ABA＞ZR＞GA3。

由表1和表2還可看出：同種內源激素因發育時期或部位不同存在差異。筍芽膨大期，冬筍中促進生長類激素表現向基性增加；ABA則是筍尖和筍基部高，中部筍肉低，但潛伏芽、筍芽和冬筍之間及同一植株形態不同部位之間同種內源激素質量分數和內源激素總量差異均不顯著。竹筍快速生長期，潛伏芽和春筍的內源激素質量分數差異顯著，春筍筍籜中各內源激素質量分數顯著高于筍肉，筍肉外壁中IAA，ZR和GA3呈向基性減少，但差異性未達到顯著程度。ABA主要在葉片中合成，新竹葉片中ABA質量分數顯著高于其他部位，并呈向基性減少。

2.2 厚竹內源激素比值分析

激素間的相互作用對植物的生長和發育有重要的調節和控制作用［9］，研究激素間交互作用對厚竹生長發育的影響意義重大。研究認為，促進生長類激素與抑制生長類激素質量分數的比值對植物生長發育有重要的調控作用［23］。由表3可知：生長中心的轉移和不同植株形態的生命活動不同，厚竹在孕竹成筍過程中各內源激素質量分數的比值有較大差異，并且不同激素間的比值差異程度不同。從表4看出：冬筍同一部位不同內源激素比值間存在顯著差異，但相同內源激素比值在不同部位之間差異性均不顯著。春筍筍尖由于細胞分裂和伸長生長活動旺盛，其中ZR和GA3在內源激素中的相對質量分數顯著偏高，ZR/GA3也顯著偏高，說明筍尖中細胞分裂活動尤為旺盛。新竹葉片中ABA質量分數顯著偏高，促進生長類激素與ABA的比值顯著低于其他部位，并呈顯著向基性升高；新竹中代謝活動旺盛部位中的ZR/GA3顯著高于代謝活動較弱的部位，而GA3/IAA值則相反。

表2 植株體不同部位內源激素質量分數Table 2 Contents of endogenous hormones in different parts of bamboo

表3 不同發育期竹筍和新竹內源激素比值Table 3 Ratios among different endogenous hormones in bamboo shoots and new bamboos during different periods

2.3 厚竹孕筍成竹過程中內源激素動態變化

2.3.1 潛伏芽內源激素動態變化 潛伏芽是指竹鞭上未分化發育成筍或鞭的細小鞭芽，與已萌發的筍芽或鞭芽相比，生長極為緩慢或不生長。對不同生長期潛伏芽中的內源激素質量分數和比值進行比較可知，筍芽膨大期潛伏芽中GA3的質量分數顯著高于竹筍快速生長期和新竹長成期；除GA3外，其他內源激素的絕對量變化不大（圖1A）。不同內源激素相對質量分數卻有顯著變化，且動態變化規律不同。由圖1B可知：ZR/ABA先增加后降低，不同生長時期差異顯著；ZR/GA3和ZR/IAA隨成筍進程顯著降低。由此證實從筍芽膨大期到快速生長期，潛伏芽內GA3相對量增多，為打破潛伏芽休眠進而分化為筍芽做好準備；而竹筍快速生長期，竹筍內ZR相對量提高，有助于促進細胞分裂。

2.3.2 厚竹孕筍成竹過程中內源激素動態變化 圖2為厚竹不同形態下不同部位的內源激素質量分數及比值的變化。潛伏芽分化為筍芽，芽肉中GA3質量分數顯著下降（圖2A），GA3/IAA顯著下降但ZR/GA3和ZR/IAA顯著升高（圖2B），說明潛伏芽至筍芽的分化以細胞分裂為主。冬筍為了適應低溫環境并有利于打破休眠，從筍芽芽肉發育后，冬筍筍肉中GA3/IAA顯著升高，而ZR/GA和ZR/IAA顯著降低。進入竹筍快速生長期，春筍筍肉ABA質量分數出現顯著降低（圖2A），GA3/IAA顯著降低而ZR/ABA，ZR/IAA和ZR/GA3均顯著升高（圖2B），可以認為此時竹筍生長以細胞數量增加為主。新竹抽枝展葉后，竹林的生長中心轉入地下，新竹的細胞分裂活動基本停止，故竹稈中ABA質量分數顯著增加，促進細胞分裂和伸長生長的ZR和GA3的相對質量分數顯著降低。潛伏芽至筍芽芽籜、冬筍筍籜、春筍筍籜、竹葉的內源激素的動態變化趨勢與筍肉相似（圖2C，圖2D），竹筍快速生長期，筍（稈）籜生長迅速，脫落也快，筍籜中ZR，IAA和ABA均保持較高水平。

表4 植株體不同部位內源激素比值Table 4 Ratios of different endogenous hormones in different bamboo parts

圖1 潛伏芽內源激素及比值動態變化Figure 1 Changes of endogenous hormones content and ratio in latent buds

綜合圖1和圖2可知：內源激素對筍芽分化和竹筍生長具有重要調控作用。較高的IAA和較低的ABA有利于竹筍的分化和生長，較高的GA3有利于打破潛伏芽和冬筍的休眠，促進筍芽分化和冬筍萌動，而較高的ZR有利于促進竹筍生長。ZR/ABA，ZR/IAA，ZR/GA3及GA3/IAA比單一內源激素的絕對量更能反映厚竹孕筍成竹過程的變化，說明內源激素間的交互作用對厚竹的孕筍成竹有顯著的調控作用。

圖2 孕筍成竹過程中內源激素及比值動態變化Figure 2 Changes of endogenous hormones content and ratio in bamboo shoots

3 討論與結論

筍芽膨大期，竹林處于休眠狀態，冬筍及鞭芽內抑制生長類激素（如ABA）質量分數顯著高于促進生長類激素，抑制了筍芽和冬筍的快速生長，以應對低溫環境。竹筍進入快速生長期后，促進細胞分裂的激素顯著增加，抑制生長類激素顯著減少，此時可見筍尖ZR質量分數明顯增加，并且顯著高于竹筍的中部和基部；ABA質量分數顯著降低，GA3質量分數在竹筍各部位差異不顯著，說明進入速生期后，竹筍生長以細胞分裂為主。新竹長成后，竹葉中的ZR和GA3質量分數顯著低于筍尖，提示厚竹抽枝展葉后，地上系統的細胞分裂和生長基本停止，地下竹鞭已經成為竹林系統的生長中心。

春筍筍肉中促進生長類激素的相對質量分數顯著高于潛伏芽，特別是筍尖內ZR/IAA，ZR/ABA，GA3/IAA及GA3/ABA顯著高于其他植株體或部位，新竹長成后，竹林系統生長中心轉入地下，新竹中促進生長類激素與抑制生長類激素的比值呈顯著向基性遞增，生命活動相對旺盛的葉片和蔸根中的GA3/IAA顯著低于竹稈和竹枝，但ZR/GA3則剛好相反，表明內源激素的相對質量分數對厚竹生長發育有顯著影響，較高比例的ZR有利于碳水化合物的合成和器官的生長，促進竹筍和及篼根生長，而較高比例的GA3則有利于打破潛伏芽休眠，促進物質的轉化及纖維素和木質素的形成，說明內源激素間的協調或拮抗作用對厚竹孕筍成竹有重要的調控作用，但其作用機理還有待于深入研究。

鄭郁善等［19］研究發現，內源激素在毛竹春筍中的質量分數表現為激動素（KT）＞赤霉素（GA3）＞IAA，在新竹葉片中表現為GA3＞IAA＞KT；王波等［23］發現無論筍或新竹葉片，均表現為GA3質量分數顯著高于IAA；方楷等［24］研究發現：毛竹竹筍和新竹各個部位中，均表現為GA3質量分數顯著高于玉米素（ZT）。本研究發現：厚竹春筍和新竹各個部位，均表現為IAA＞ZR＞GA3，其中IAA質量分數顯著高于ZR和GA3。厚竹中促進細胞壁形成和蛋白質合成的IAA及促進細胞分裂的ZR質量分數高，促進細胞伸長生長的GA3質量分數相對較少，有利于竹壁的橫向增長，可能是造成厚竹竹壁變厚的原因之一。

厚竹中不同內源激素的質量分數存在較大差異，且不同部位的差異程度不同，從潛伏芽到新竹抽枝展葉，內源激素的質量分數及比值均發生顯著變化。潛伏芽和冬筍中GA3質量分數偏高，春筍中ZR質量分數偏高，說明不同的內源激素對厚竹生長發育的調控作用不同，較高的GA3質量分數有利于促進筍芽分化和冬筍萌動，較高的ZR質量分數則會促進細胞分裂，有利于促進竹筍的生長。在厚竹孕筍成竹過程中，ZR/GA3，ZR/IAA和GA3/IAA變化顯著，且與厚竹的生長發育活動關系密切，表明ZR，GA3和IAA之間的協調或拮抗作用對厚竹的孕筍成竹有重要的調控功能。