厚竹孕笋成竹期竹鞭系统内源激素动态变化

范慧慧 ，申 展，黎祖尧 ，2，张艳华 ，李应兰 ，李 苑 ，孙娅东

（1.江西农业大学 林学院，江西 南昌 330045；2.江西省竹子种质资源与利用重点实验室，江西南昌 330045；3.南京林业大学 林学院，江苏 南京 210037）

厚竹Phyllostachys edulis‘Pachyloen’因其秆壁厚度是等径毛竹的1.8～2.0倍且性状稳定而得名[1]，且竹笋营养成分[2]、氮代谢和利用水平[3-4]、CO2和光能利用率[5-7]、抗寒性[8]等均高于毛竹，并且跨区域引种不会降低其经济性状[9-11]，是江西省特有的毛竹变异新品种，2017年被审定为国家级优良品种，作为笋用和笋材兼用竹种推广前景广阔。内源激素是植物体内非常重要的活性物质，黄志玲、吕跃东和何崇单等[12-14]研究了红锥、黑穗醋栗和北美香柏扦插生根过程中的内源激素，发现内源激素质量分数和相互作用对植物的生长和发育起着非常重要的调节和控制作用[15-17]。何奇江、胡超宗和黄坚钦等[18-20]对雷竹的内源激素进行了研究，丁兴萃、郑郁善和王波等[21-23]研究了毛竹笋期母竹和竹笋中的内源激素，郭少玲等[24]研究了60Coγ辐射对毛竹种子萌发过程中内源激素的影响，方楷等[25]研究了厚竹展叶期竹秆内源激素特征，张艳华等[26-27]研究了厚竹内源激素对繁殖方式的响应及孕笋成竹期母竹中内源激素的分布特征和动态变化，结果表明，竹子不同器官中的内源激素质量分数不同，内源激素对竹子的生长发育影响较大，人为干预措施可以改变竹子中内源激素的质量分数和分布。过去对竹子内源激素的研究多集中于某一特定时期或单一器官，主要研究单一内源激素的质量分数和分布。关于竹子在孕笋成竹过程中内源激素的分布和动态变化，以及内源激素间的协同和拮抗作用对孕笋成竹的影响和调控作用，还有待深入研究。本试验拟通过分析厚竹从笋芽萌动到新竹长成过程中竹鞭系统中内源激素的质量分数和比值，研究厚竹孕笋成竹过程中竹鞭系统内源激素的分布特征和动态变化规律，探索内源激素对厚竹孕笋成竹的调控作用，旨在为进一步研究内源激素调控厚竹等竹类植物生长的机理，以及利用外源激素促进厚竹孕笋成竹和提高竹林效益提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

采样林分为1995年移母竹造林培育的厚竹纯林，竹林结构合理，林分生长正常，位于江西农业大学竹类植物种质园内（28°45′24″N，115°49′50″E），海拔 49.5 m，地形为低丘。气候为亚热带季风气候，年均气温17～17.9 ℃，年均降水量1 600～1 700 mm，土壤类型为红壤，土壤质地较粘重，偏酸性。

采样时间为2015年1月20日（笋芽膨大期）、2015年3月31日（竹笋快速生长期）和2015年6月10日（新竹长成期）。采样对象为竹鞭的鞭节间、鞭节、鞭根和鞭芽4个部位，每个部位采样重量约1 g，共采集竹鞭22根，其中笋芽膨大期14根，竹笋快速生长期3根，新竹长成期5根。样品采集后及时用锡铂纸包裹、编号放入冰盒中，并迅速带回实验室放入-85 ℃超低温冰箱中冷冻，然后用干冰包埋送中国农业大学测定内源激素质量分数。

1.2 分析方法和数据处理

内源激素测定方法为酶联免疫吸附测定法（ELISA），每个样品平行测定3次，测定指标为吲哚-3-乙酸（IAA）、赤霉素（GA）、玉米素核苷（ZR）和脱落酸（ABA）。试验数据用Microsoft Excel 2007软件进行预处理和图表制作，采用SPSS17.0分析软件进行内源激素质量分数和不同内源激素比值之间的方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 厚竹孕笋成竹期竹鞭系统内源激素分布特征

分析笋芽膨大期、竹笋快速生长期和新竹长成期竹鞭鞭节间、鞭节、鞭根和鞭芽的IAA、GA、ZR和ABA质量分数，并进行差异性比较，结果如表1。

由表1可知，厚竹在孕笋成竹过程中，竹鞭系统4种器官中内源激素质量分数均是IAA和ABA显著高于GA和ZR，ABA和IAA质量分数之间差异相对较小，仅新竹长成期鞭根中IAA质量分数显著高于ABA,鞭节中ABA质量分数显著高于IAA，而GA和ZR质量分数之间差异在各个时期的各种器官中均不显著。相同器官中内源激素的质量分数排序在不同发育期有所不同。鞭节间在笋芽膨大期是ABA＞IAA＞GA＞ZR，竹笋快速生长期是ABA＞IAA＞ZR＞GA，新竹长成期是IAA ＞ABA＞ZR＞GA；鞭节和鞭芽在笋芽膨大期是ABA＞IAA＞GA＞ZR，竹笋快速生长期和新竹长成期是ABA＞IAA＞ZR＞GA；鞭根在笋芽膨大期是IAA ＞ABA＞GA＞ZR；竹笋快速生长期是ABA＞IAA＞ZR＞GA，新竹长成期是IAA ＞ABA＞ZR＞GA。笋芽膨大期4种器官中的GA质量分数均高于ZR，但竹笋快速生长期和新竹长成期则相反，原因可能是较高的GA水平有利于打破休眠[12]。笋芽膨大期为了促进竹鞭上的潜伏芽萌发成笋芽，GA质量分数较高；进入竹笋快速生长期后，竹笋中细胞分裂速度加快以满足其快速高生长的需要，竹鞭系统中的ZR质量分数相应提高；新竹长成后，竹林系统的生长中心由地上转入地下，鞭根生长加速，需要有较高水平的IAA质量分数，而鞭节上需要有较多的ABA来促进鞭箨衰老和脱落。

表1 竹鞭系统内源激素质量分数(均值±校准差)†Table1 The content of endogenous hormones in the rhizome system (mean difference calibration) (ng·g-1)

进一步分析相同内源激素在不同器官中的质量分数，结果如图1。从图1可看出， IAA质量分数在笋芽膨大期4种器官中接近，竹笋快速生长期鞭节间和鞭节中偏高，新竹生长期鞭根中偏高，但差异均未达到显著程度。GA质量分数在笋芽膨大期鞭根和鞭芽中偏高，竹笋快速生长期鞭根中偏低，且显著低于鞭节间，新竹生长期4种器官中接近。ZR质量分数在笋芽膨大期和新竹长成期均是鞭根中略高，竹笋快速生长期鞭根和鞭芽中偏低，但差异不显著。ABA质量分数笋芽膨大期4种器官中接近，竹笋快速生长期鞭节和鞭节间偏高，新竹长成期鞭节和鞭芽中偏高，但差异程度不显著。同一发育期相同的内源激素在不同器官之间质量分数差异较小，说明相同内源激素在竹鞭系统不同器官中的分布比较均衡。竹笋快速生长期鞭节间的GA质量分数显著高于鞭根，原因是竹笋快速生长期，因为休眠已经打破，竹鞭系统中促进打破休眠的GA质量分数降低，但竹笋是竹林系统的生长中心，需要有较高水平的GA促进细胞伸长生长，故承担母竹和竹笋间激素转运功能的鞭节间和鞭节中的GA质量分数相对偏高。

2.2 厚竹孕笋成竹期竹鞭系统内源激素动态变化

比较鞭节间、鞭节、鞭根和鞭芽中各种内源激素在孕笋成竹过程中的差异，结果如图2。

从图2可看出，厚竹孕笋成竹过程中，IAA质量分数在鞭节间和鞭节中比较稳定，在鞭根和鞭芽中先下降后升高，但不同时期的质量分数差异均未达到显著程度。GA质量分数在4个器官中均是前期迅速下降，后期变化相对平稳，笋芽膨大期显著高于竹笋快速生长期和新竹长成期。ZR质量分数在鞭节间和鞭节中前期略有升高，后期趋于平稳；在鞭根中前期略有下降，后期小幅升高；在鞭芽中呈逐渐升高趋势，但质量分数均比较稳定，不同时期的差异均未达到显著程度。ABA质量分数在鞭节间前期变化较小，后期显著降低；在鞭节、鞭根和鞭芽中均是先降低后增加，但各时期间差异均未达到显著程度。在孕笋成竹过程中，竹鞭系统同一器官中不同内源激素的动态变化趋势和变化幅度不同，说明随着竹林系统生长中心的转移，竹鞭系统中内源激素质量分数会发生相应变化，以便有效调节和控制厚竹不同器官的生长和发育。

图1 竹鞭系统内源激素的分布特征Fig.1 Distribution characteristics of endogenous hormones in rhizome system

图2 竹鞭系统内源激素的动态变化Fig.2 Dynamic changes of endogenous hormones in rhizome system

2.3 厚竹孕笋成竹期竹鞭系统内源激素比值分析

分析不同时期竹鞭系统各器官中不同内源激素的比值，并进行差异性比较，结果如表2和图3。

从表2可知，同一发育期内各种内源激素比值在不同器官之间均没有显著差异，说明在同一个发育时期，竹鞭系统中同一种内源激素在不同器官中不但质量分数差异比较小，而且各种激素所占的相对份数差异也不显著。但图3显示，同一器官中相同的内源激素比值在不同发育期之间却有较大差异，且不同器官间的差异程度不同，变化趋势也不相同。ZR/GA值在4个器官中均是均逐渐增大，其中鞭根中3个时期之间的差异均达到显著程度，鞭节间、鞭节和鞭芽中是笋芽膨大期显著低于竹笋快速生长期和新竹长成期；GA/IAA值在4个器官中均是逐渐变小，其中鞭节间、鞭根和鞭芽中均是笋芽膨大期显著高于新竹长成期；ZR/IAA值在鞭芽中前期迅速升高，竹笋快速生长期比值最高，之后略有下降，其中笋芽膨大期的比值显著低于竹笋快速生长期和新竹长成期。说明ZR和GA间的协同或拮抗对厚竹孕笋成竹的调控作用非常显著，IAA和GA间的协同或拮抗的调控作用也比较明显，IAA和ZR间的协同或拮抗对鞭芽的萌动和膨大有较大的影响。

表2 竹鞭系统孕笋成竹期内源激素比值(均值±校准差)†Table2 Ratio of endogenous hormones in different organs of the pregnant bamboo (mean difference calibration) (ng·g-1)

图3 竹鞭系统内源激素比值的动态变化Fig.3 Dynamic changes of ratio of endogenous hormones in rhizome system

3 讨 论

笋芽膨大期，为了打破鞭芽休眠，促进笋芽萌发，厚竹竹鞭系统中GA质量分数显著偏高，进入竹笋快速生长期以后，休眠已经打破，竹林系统的生长中心转移至竹笋和母竹，故竹鞭系统中GA含量大幅度下降。竹笋快速生长期，生长和代谢活动以竹笋为中心，母竹的光合作用和代谢活动也非常活跃，竹鞭系统的生长活动相对较弱，故鞭根和鞭芽中的内源激素质量分数下降比较明显，而承担运输和贮藏功能的鞭节间和鞭节中的生长激素质量分数变化幅度相对较小。新竹展叶后，竹林生长中心又转入地下系统，竹鞭上部分潜伏芽需要萌发成新鞭并快速生长，鞭根生长量加大，所以鞭根和鞭芽中的促进生长类内源激素质量分数又相应提高。新竹长成期鞭节间的ABA含量显著低于竹笋快速生长期，但鞭节部位的ABA含量却有所升高，原因可能是此阶段竹林地下系统生长旺盛，地上系统的光合作用和代谢活动也非常活跃，竹林系统中抑制生长类激素水平较低，在竹鞭中的运输量也较少，故鞭节间的ABA含量显著降低，但鞭节上有部分鞭箨需要死亡和脱落，所以鞭节部位的ABA含量反而有所升高。

为了适应竹林系统生长中心的转移，促进竹林系统的正常生长和健康发育，厚竹竹鞭系统中内源激素质量分数会发生相应的变化。其中鞭根中IAA、GA和ZR的动态变化规律与母竹竹叶和竹枝中的动态变化规律[27]完全相反，进一步说明了竹林系统的生长中心是在地上（母竹）系统和地下（竹鞭）系统间交替转移。另外，本研究发现，厚竹鞭芽中IAA的质量分数显著高于GA，不同于毛竹竹笋中GA3＞IAA[22,28]，在孕笋过程中竹鞭系统中的ZR/GA值显著升高，说明厚竹中促进细胞壁形成和蛋白质合成的IAA及促进细胞分裂的ZR质量分数多，有利于竹壁的横向增长，可能是造成厚竹竹壁变厚的原因之一。

竹鞭系统不同器官中同种内源激素在同一发育期不但质量分数差异小，而且相对质量份数差异也较小，说明竹鞭系统中内源激素比较稳定。但同一器官中相同的内源激素比值在不同发育期之间却有较大差异，并且不同器官中的差异程度不同，变化趋势也不同，说明内源激素间的交互作用对厚竹的孕笋成竹有显著的调控作用，并且不同激素间的交互作用的作用及影响程度不同，其协同或拮抗机理及调控机制还有待于深入探索。

4 结 论

厚竹在孕笋成竹过程中，竹鞭系统的鞭节间、鞭节、鞭根和鞭芽4个器官中不同内源激素的质量分数不同，其中IAA和ABA的质量分数显著高于GA和ZR。相同器官中不同激素的动态变化不同，不同器官中相同激素的动态变化趋势不同，但变化幅度相似。笋芽膨大期为了打破休眠，GA质量分数较高；进入竹笋快速生长期，ZR/GA值显著升高。内源激素间的协同或拮抗作用对厚竹孕笋成竹有调控功能，其中ZR和GA间的协同或拮抗作用的影响非常显著。