美丽箬竹鞭段侧芽偏向性萌发生长的激素和养分作用*

谷 瑞 徐 森 陈双林 郭子武 章 超

(中国林业科学研究院亚热带林业研究所 杭州 311400)

美丽箬竹(Indocalamusdecorus)是茎叶密集、低矮灌木型地被植物，其枝秆矮细、新叶茂盛、外形优美，观赏性强，且易于繁殖，能够很快形成覆盖，适应能力强，地下鞭发达、水平扩展、盘根错节，是园林配置造景、绿化绿篱绿地广泛应用的优质地被竹(庞元湘等， 2018； 谷瑞等， 2020a)。由于地被竹在园林造景等方面的应用不断扩大，鞭段容器育苗因育苗技术简单、苗木繁育周期短而成为地被竹景观苗扩繁的重要方式(刘勇， 2000； Wilsonetal., 2007； 杜佩剑， 2008； 谷瑞等， 2020b)。然而，鞭段侧芽是地被竹鞭段繁育容器苗构件生长发育的物质基础(楼一平等， 1997； 施建敏等， 2014； 高贵宾等， 2017)，其萌发生长状况决定着竹子无性系种群的发展质量，立竹的生长数量主要取决于侧芽萌发率(陆媛媛等， 2011； 黄金燕等， 2013； 刘静等， 2017)，同时，鞭段侧芽的有效利用是提高地被竹产量的有效途径(王波等， 2007)。因此，开展地被竹地下茎侧芽的萌发特性研究对于促进侧芽萌发、提高竹子产量具有重要的理论意义。

植物激素是竹子体内十分重要的活性物质，对竹子的生长具有重要的影响，且不同内源激素在竹子生长发育的不同时期具有独特的作用。黄坚钦等(2002)认为，IAA、CTK、ABA参与了雷竹(Phyllostachysviolascens‘Prevernalis’)地下鞭侧芽生长发育和分化的各个环节，且IAA/ABA主要调控侧芽的萌动，而CTK/ABA则与侧芽分化成竹鞭或竹笋密切相关。丁兴萃(1997)、何奇江等(2007)认为GA3和ABA对毛竹(Phyllostachysedulis)、雷竹地下鞭侧芽的萌发有显著影响，其中，GA3对侧芽的大量萌发起着正向调控作用，而ABA则反向抑制侧芽萌发。张闪闪等(2018)对麻竹(Dendrocalamuslatiflorus)笋的研究表明，CTK主要控制侧芽分化，IAA、GA主要控制侧芽生长，而ABA主要促进碳水化合物的运输、代谢，且各激素之间相互促进并相互制约。可见，竹子地下茎侧芽的生长发育受到多种激素的综合影响。

碳(C)、氮(N)、磷(P)是竹子体内三大主要构成元素，其含量及其相互关系对竹子侧芽的生长发育与分化过程具有重要影响(Gusewell， 2004； 栗忠飞等， 2013)。其中，C是竹子生长的结构性物质，其含量的高低反映了竹子体内可利用态物质和能量的基础(杨惠敏等， 2011； 谷瑞等， 2020c)，而N和P参与体内新陈代谢，是竹子蛋白质和遗传物质合成的基本元素，也是竹子生长的限制性养分(宁志英等， 2017)，C、N、P的有效性对竹鞭侧芽的萌发生长也有显著的调控作用(Xieetal.， 2018)。研究表明，毛竹苗C、N、P充足，不仅能活化侧芽细胞，而且能有效促进侧芽大量萌发(余水生等， 2016； 谷瑞等， 2020c)。可见，鞭段侧芽萌发生长与鞭体养分含量密切相关。而竹子鞭段容器育苗这方面的研究极少。为此，本研究以美丽箬竹为试材，开展鞭段容器育苗试验，通过调查测定鞭段侧芽萌发生长状况，以及鞭段侧芽从埋鞭育苗到新竹长成过程中不同鞭段部位不同时期的激素与养分含量的差异和动态变化规律，试图探明鞭段侧芽萌发生长是否存在明显的位置偏向性，鞭段激素和养分的作用机理如何，旨在为培育高质量地被竹提供理论依据。

1 研究地区与研究方法

1.1 试验地概况

试验地位于浙江省杭州市临安区太湖源镇(29°56′—30°23′ N，118°51′—119°72′ E)，亚热带季风气候，年均降水量1 250～1 600 mm，年平均气温15.4 ℃，1 月平均气温3.2 ℃，7 月平均气温29.9 ℃，极端最低温-13.3 ℃，极端最高温40.2 ℃，大于10 ℃的平均活动年积温5 100 ℃，年平均无霜期235天，年日照时数1 850～1 950 h； 土壤为红壤。

1.2 试验设计与处理

2018年和2019年3月上旬，分别在健康生长的美丽箬竹林中，挖取生长状况良好、鞭节间长度基本一致，且鞭长为20 cm左右的1年生竹鞭。其中，1)2018年3月上旬，从挖取的1年生竹鞭中选择鞭段径级分别为(2.90±0.32)mm、(5.42±0.63)mm的2种竹鞭，分别称之为细鞭(D1)、粗鞭(D2)，之后在所选2种鞭径的竹鞭基部1/3左右长度分别剪成3(L1)、6(L2)、9 cm(L3)3种鞭段长度，共计6种试验处理，分别开展埋鞭育苗试验(表1)，每个处理各50盆，共计300盆。鞭段容器育苗时每个容器内总鞭长保持一致，均为18 cm，即2种鞭径下3、6、9 cm 3种鞭段长度处理的每盆容器埋鞭的鞭段数分别为6、3、2段。分析鞭段侧芽萌发生长的位置偏向性。2)2019年3月上旬，从挖取的1年生竹鞭中选取鞭径为(5.25±0.58)mm的竹鞭，并在其鞭基部1/3左右长度剪成长度为6 cm的鞭段，开展埋鞭育苗试验，每盆放入鞭段3段，共100盆。分析鞭段侧芽萌发生长的激素和养分影响。埋鞭育苗容器、育苗基质、育苗方法参照谷瑞等(2020a)。

表1 美丽箬竹容器苗不同鞭长和鞭径处理组合Tab.1 Different rhizome segment length and diameter compositions of Indocalamus decorus container saplings

1.3 取样及指标测定

1) 2018年10月上旬，每个处理分别取美丽箬竹容器苗8～10盆，之后从所取的容器苗中随机选取当年3月上旬所埋的鞭段各15段，共计3个重复。首先统计各处理各重复15段鞭段的侧芽萌发总数量，然后将鞭段依据鞭段长度平均截成3段，沿去鞭方向依次分别称之为近端、中端和远端，调查并测定不同鞭段部位(也即鞭段近端、鞭段中端、鞭段远端、鞭段两端(近端+远端))的侧芽萌发总数量、侧芽萌发生长的新竹生长状况(也即新竹数量、地径和高度)。探讨美丽箬竹鞭段侧芽萌发生长的位置偏向性。

2) 2019年3月上旬(埋鞭育苗期)、2019年4月上旬(侧芽萌动期(尚未出土))、2019年8月上旬(新竹长成期)，分别随机取当年3月上旬埋鞭的竹苗30盆，每10盆为1个重复，共3个重复。每盆容器苗先去除基质，后将鞭段或鞭段苗取出，洗净，并截成近端、中端和远端3段。首先，分别取近端、中端和远端的鞭段约2 g及时用锡铂纸包裹、编号，放入冰盒中，并迅速放入-85 ℃ 超低温冰箱中冷冻，后用干冰包埋送上海奕生物有限公司测定内源激素质量分数。其次，先将剩余不同部位的鞭段放于105 ℃的烘箱内杀青30 min，并在80 ℃下烘至恒重，然后将样品粉碎并过40目筛，最后将粉碎后的样品装入纸质袋内存储于真空干燥器中以备养分测定。内源激素测定指标为吲哚-3-乙酸(IAA)、赤霉素(GA)、细胞分裂素(CTK)和脱落酸(ABA)，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。鞭段养分测定指标为全碳、全氮、全磷，分别采用重铬酸钾容量法、凯氏定氮法、钼锑抗比色法测定(鲍士旦， 2000)。探讨美丽箬竹鞭段侧芽萌发生长的激素和养分影响。

1.4 数据处理与统计分析

采用Excel 2007、SPSS 24.0、Origin 2018统计软件进行数据整理和图表制作，采用单因素(one-way ANOVA)方差分析比较不同鞭段部位侧芽萌发生长特征、内源激素和养分含量的差异。

2 结果与分析

2.1 鞭段侧芽偏向性萌发生长特征

由表2可知，不同处理的美丽箬竹育苗鞭段侧芽萌发生长部位的比例有所差异，表现为D1L1处理鞭段中端侧芽萌发生长比例显著低于远端； D1L2、D2L2处理，鞭段中端侧芽萌发生长比例显著低于近端、远端； D2L1、D2L3处理，鞭段中端和远端侧芽萌发生长比例显著低于近端； 而D1L3处理鞭段中端侧芽萌发生长比例与近端、远端差异均不显著。但相同鞭径和鞭长处理下，不同鞭段部位侧芽萌发生长的新竹生长特征总体上均无显著差异。可见，鞭段部位会对鞭段侧芽萌发生长比例产生影响，鞭段侧芽萌发生长存在明显的位置偏向性特征，但鞭段部位对侧芽萌发的新竹生长特征没有影响。

表2 不同鞭径和鞭长处理下美丽箬竹不同鞭段部位侧芽萌发比例及新竹生长状况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 鞭段侧芽萌发生长过程中的激素变化

由表3和图1可知，埋鞭育苗期，4种内源激素含量均表现为鞭段近端>中端>远端，其中，IAA、CTK含量均表现为鞭段近端显著高于中端、远端，后两者间无显著差异，GA含量表现为鞭段近端显著高于远端，中端与前两者间无显著差异，而ABA的含量则表现为鞭段近端、中端显著高于远端，前两者间无显著差异； 但4种内源激素的比值在不同鞭段部位间均无显著差异。侧芽萌动期，IAA、CTK含量和 IAA/ABA在不同鞭段部位间均无显著差异； GA含量、GA/ABA和(IAA+GA+CTK)/ABA表现为鞭段中端显著低于近端、远端，而ABA含量则相反，且后两者间均无显著差异； CTK/ABA表现为鞭段近端显著高于中端，远端与前两者间均无显著差异。新竹长成期，内源激素含量及其比值在不同鞭段部位间均无显著差异。说明，埋鞭育苗和新竹长成期不同鞭段部位的内源激素分布较均衡，而侧芽萌动期鞭段近端和远端生长促进型激素/生长抑制型激素较高，代谢较活跃，有利于有效调控侧芽分化与萌发。

随着鞭段侧芽的萌发生长，鞭段IAA、CTK含量先显著下降后小幅升高，总体上表现为埋鞭育苗期显著高于侧芽萌动期和新竹长成期，后两者间无显著差异； GA含量、GA/ABA总体上均呈“∧”型变化，侧芽萌动期均最高，其中，GA含量侧芽萌动期显著高于埋鞭育苗期和新竹长成期，后两者间无显著差异，而GA/ABA各生长时期均差异显著； ABA含量呈“V”型变化，其中，近端和整条鞭段在各生长期均差异显著，而中端和远端则表现为新竹长成期显著高于埋鞭育苗期和侧芽萌动期； IAA/ABA表现为前期趋于稳定，后期显著下降，新竹长成期显著低于埋鞭育苗期和侧芽萌动期； CTK/ABA、(IAA+GA+CTK)/ABA总体上呈显著降低趋势。可见，在鞭段侧芽萌发生长过程中，同一鞭段部位不同激素及其比值的动态变化趋势和幅度不同。

2.3 鞭段侧芽萌发生长过程中的养分变化

由表4可知，埋鞭育苗期，不同鞭段部位间C含量、N/P均无显著差异，N、P含量均表现为鞭段远端显著高于中端，而C/N、C/P则相反，且近端与前两者间均无显著差异。侧芽萌动期，不同鞭段部位间C含量无显著变化，N、P含量和N/P表现为鞭段远端>近端>中端，而C/N、C/P则相反，其中，N含量和C/N在各鞭段部位间均存在显著差异，而P含量、N/P和C/P均表现为鞭段远端和近端显著高于或低于中端，且前两者间无显著差异。新竹长成期，C、N、P含量及其比值在各鞭段部位间均无显著差异。

随着鞭段侧芽的萌发生长，鞭段C、P含量显著升高，且各生长时期总体上差异显著； N含量、N/P均呈“∧”型变化，且鞭段近端和整个鞭段在各生长时期间差异显著，而中端和远端N含量则表现为侧芽萌动期显著高于埋鞭育苗期和新竹长成期； C/N呈“V”型变化，总体上表现为侧芽萌动期显著低于埋鞭育苗期和新竹长成期，后两者间无显差异； C/P呈下降趋势，且鞭段近端和整个鞭段在生长时期差异显著，而中端和远端C/P则表现为埋鞭育苗期显著高于侧芽萌动期和新竹长成期。可见，侧芽不同生长发育期鞭段部位会产生C、N、P含量及其化学计量比关系的适应性调节。

表3 美丽箬竹侧芽萌发生长过程中不同鞭段部位内源激素含量①Tab.3 Endogenous hormone contents in different rhizome segment parts of Indocalamus decorus during the lateral buds growing periods (ng·g-1)

3 讨论

竹子地下茎侧芽发育的调节机制是复杂的，依赖于竹子内源激素、营养元素之间的相互作用(刘静等， 2017)。本研究发现，不论何种鞭长和鞭径处理，鞭段部位对侧芽萌发的新竹生长特征影响较小(谷瑞等， 2020a)，但会对鞭段侧芽萌发生长比例产生影响，即鞭段侧芽萌发生长存在明显的位置偏向性特征，这种位置偏向性特征是否与鞭段内源激素和养分变化有关还需进一步研究。

激素含量及其各激素间的平衡关系是影响竹子地下茎侧芽生长发育和分化的关键因素(黎祖尧等， 2018； 范慧慧等， 2018)。本研究发现，埋鞭育苗期，IAA/ABA、CTK/ABA、GA/ABA和(IAA+GA+CTK)/ABA比值较稳定，均未见有显著差异，说明此时期不同鞭段部位各激素处于协调平衡状态。侧芽萌动期，可能由于剪鞭的刺激打破了原来激素之间的平衡关系，使得鞭段近端和远端GA含量显著高于鞭段中端，ABA含量则相反，较高的GA和较低的ABA有利于打破侧芽的休眠，促进侧芽分化与萌发，内源ABA和GA的消长调控植物的休眠与萌发已被多项研究证实(丁兴萃，1997； 黄坚钦等， 2002； 何奇江等， 2006)； 而不同鞭段部位IAA、CTK含量无显著差异，这可能表明鞭段侧芽萌发受IAA和CTK的调控作用较为微弱；何奇江等(2006； 2007)对雷竹的研究认为IAA、CTK对新竹生长具有正向的促进作用，但对竹鞭侧芽萌发生长的调控作用并不显著，这与本文的研究结果一致； 鞭段近端和远端GA/ABA、CTK/ABA和(IAA+GA+CTK)/ABA显著高于中端，表明鞭段近端和远端生长促进型激素占主导地位，体现了内源激素的协调和拮抗对侧芽萌发的调控作用。新竹长成期，不同鞭段部位内源激素含量及其比值均无显著差异，这主要与生长状况相关，表明激素间平衡与侧芽萌发生长过程是相互影响的。因此，可以认为鞭段近端和远端侧芽萌发比例较高主要受生长促进型激素/生长抑制型激素的调节。同时，随着鞭段侧芽的萌发生长，鞭段各类内源激素的变化规律和变化幅度不同。GA含量表现为先升后降，其原因可能是在侧芽萌动期，竹鞭处于活跃状态，鞭段中的侧芽进行分化和生长，合成大量的GA并在竹鞭系统中运输，故GA含量显著升高； 而在新竹长成期，新竹合成大量GA供立竹生长，故而显著降低了鞭段中GA运输流动量，鞭段中GA含量大幅度下降(张艳华等， 2017)。但在新竹长成期，IAA、CTK和ABA总体上均呈小幅升高，可能原因是新竹长成后，竹子生长中心向地下系统转移，鞭段中的侧芽萌动故而生长促进类激素含量有所提高，但由于鞭节上有部分鞭箨需要死亡和脱落，所以鞭段中ABA含量有所升高(范慧慧等； 2018)，这表明育苗鞭段会通过激素的消长来适应侧芽的萌发生长过程。

图1 美丽箬竹侧芽萌发生长过程中不同鞭段部位内源激素比值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： 侧芽萌动期； P3： 新竹长成期。下同。P1: Rhizome planting period; P2: Lateral bud sprouting period; P3: New bamboo growing period. The same below.

表4 美丽箬竹侧芽萌发生长过程中不同鞭段部位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

鞭段侧芽的萌发生长，除了需要内源激素的调控外，还必需有营养元素的参与(郭子武等， 2011)。本研究表明，侧芽萌动期，结构性C元素含量相对比较稳定，而功能性N和P元素在鞭段内比较活跃(Sterneretal., 2002)，表现为鞭段近端和远端N、P含量和N/P均显著高于中端，这可能由于鞭段近端和远端侧芽萌发生长的大量养分需要，增加了对基质中N、P的吸收，同时，N的吸收量明显高于P的吸收量，使鞭段近端和远端N/P较高； C/N、C/P 是反映单位氮素、磷素固定碳效率的指标(曾德慧等， 2005； 刘广路等， 2016)，鞭段近端和远端C/N、C/P显著低于中端，体现了较高的氮、磷有效性(王绍强等， 2008)。因此，鞭段近端、远端养分吸收和利用能力较高，这为侧芽萌发生长提供了有利条件。同时，随着鞭段侧芽的萌发生长，鞭段C、N、P的含量均表现为侧芽萌动期显著高于埋鞭育苗期，尤其是N、P，这主要是由于鞭根对基质中N、P大量吸收，以满足侧芽萌发需要； 进入新竹长成期后，N含量呈下降趋势，这可能与新竹生长消耗以及竹鞭的“自我消耗”有关，而C、P含量均显著升高，这可能是由于新竹的光合同化物向竹鞭系统运输，使C含量有较大幅度地提高，同时，由于地上部分生长，新竹内各种代谢增加，而P 是核苷酸的组成成分，这对新竹新陈代谢有重要影响，因而P元素在鞭段中大量积累(吴统贵等， 2010)； C/N和C/P也会随着鞭段侧芽的萌发生长通过提高或降低养分利用效率来适应养分变化。

4 结论

美丽箬竹育苗鞭段侧芽萌发生长具有明显的位置偏向性特征，即鞭段两端(远端、近端)侧芽萌发生长比例显著高于鞭段中端，而远端、近端间差异不显著。鞭段内源激素和养分对侧芽萌发生长偏向性有明显影响，主要表现为侧芽萌动期鞭段近端和远端GA/ABA、CTK/ABA和(IAA+GA+CTK)/ABA较高，且N、P等营养元素吸收和利用能力显著高于鞭段中端； 同时，鞭段会通过养分化学计量和激素平衡来对侧芽萌发生长进行适应性调节。