金佛山方竹2种叶变异类型实生苗生长性状比较1)

卞丽丽 杨露 伍虹雨 姚文静 丁雨龙 林树燕

(南京林业大学，南京，210037)

Two kinds of leaf variations (wide-leaf and narrow-leaf) appeared in the growth process of Chimonobambusa utilis. According to plant height, ground diameter and tiller number of 1-a seedlings, the two types of plants can be divided into three groups (F1: H≥65 cm, D≥5.34 mm, X≥9; F2: 65 cm>H≥54 cm, 5.34 mm>D≥4.37 mm, 9>X≥7; F3: 54 cm>H≥45 cm, 4.37 mm>D≥3.43 mm, 7>X≥4). The growth traits of the stem, leaf and underground bamboo rhizome in the two types of 2-4-a seedlings in the three groups were compared to select excellent seedlings using field observation, paraffin section and python software for three consecutive years. The growth characteristics ofleaves in F1 group were better than those in F2 and F3 groups. In the same group, the leaf area of narrow-leaf seedlings was smaller, while the number of leaves was significantly higher than that of wide-leaf plants; And there were significant differences in leaf thickness, epidermal thickness, bulliform cell group size, space length between fusoid cells, number and area of veins between the two types of seedlings. The stem growth traits of F1 seedlings was the best among the three groups, followed by F2 and F3. Meanwhile, narrow-leaf seedlings grew better, whose plant height, ground diameter, under-branch height and shoot number were significantly higher than those of wide-leaf plants in the same group. In terms of underground rhizomes in different groups, only the seedlings in F1 group developed third-grade rhizomes, whose rhizome diameter and length were significantly greater than those in the other two groups. In the same group, the underground rhizomes of narrow-leaf seedlings displayed obvious growth advantage, whose rhizome length and diameter were significantly greater than those of wide-leaf plants. In conclusion, the seedling in F1 group were identified as excellent seedlings, and the narrow-leaf type was more suitable for forest afforestation.

金佛山方竹(Chimonobambusautilis(Keng) Keng f.)属禾本科寒竹属复轴混生型小径竹，为中国西南地区特有竹种，主要沿着大娄山山脉海拔1 400～2 200 m分布，在四川、云南、贵州、重庆均有发现[1]。其发笋期为每年的9—10月，竹笋略呈方形，味道鲜美，口感丰富，蛋白质及膳食纤维含量高，且含有丰富的钙、铁、锌、硒等多种微量元素。目前关于金佛山方竹的研究主要集中在营养成分分析、移栽造林、低产林改造、育苗技术等方面[2-4]，对其优良实生苗选育研究的报道较少。

竹子通常利用竹鞭、竹蔸、母竹苗等进行无性繁殖，但长期无性繁殖过程中由于竹林年龄不确定，竹林开花几率增加，且开花后的衰退竹林需要多年才能完成更新，期间会给竹农带来巨大的经济损失。实生苗由种子发育而来，竹苗根系多、长势旺、分蘖力强，其适应性也更强。因此，利用实生苗造林不会损伤母竹根系及竹鞭[5-6]，同时也避免了母竹造林后竹林开花的问题。此外,竹子实生苗具有更高的遗传多样性和个体间遗传变异趋势，更容易发生变异且产生一些更优品质的变异类型。因此，利用实生苗进行选育可以促进优良实生苗的繁殖和推广，较快地为生产造林提供优良种质资源，带来更多的经济效益。本研究前期以最大株高(H)、地径(D)及分蘖数(X)为标准，将金佛山方竹1年生实生苗分为3个组(F1：H≥65 cm、D≥5.34 mm、X≥9；F2：65 cm>H≥54 cm、5.34 mm>D≥4.37 mm、9>X≥7；F3：54 cm>H≥45 cm、4.37 mm>D≥3.43 mm、7>X≥4)。2019年10月依据3个组分区域种植金佛山方竹实生苗，在生长过程中发现2种变异类型：宽叶型与窄叶型。为了解金佛山方竹各组实生苗的生长情况及2种变异类型实生苗的生长差异，本研究对金佛山方竹2～4年生实生苗的秆性状、叶性状以及地下鞭生长状态进行了观察比较，筛选出优良实生苗类型，为金佛山方竹良种选育提供了参考。

1 研究区概况

试验地位于贵州省遵义市桐梓县燎原镇竹苗种植基地(28°2′46″N，106°49′7″E)，该地土壤为黄棕壤，土壤中有机质丰富，有机质质量分数为68.52 g·kg-1，全氮质量分数为1.18 g·kg-1，全磷质量分数为1.14 g·kg-1，全钾质量分数为16.76 g·kg-1，碱解氮质量分数为228.36 mg·kg-1，速效磷质量分数为5.78 mg·kg-1，速效钾质量分数为68.52 mg·kg-1。

2 材料与方法

2.1 试验材料

前期以最大株高(H)、地径(D)及分蘖数(X)为分组标准，将金佛山方竹1年生实生苗分为3个组(F1：H≥65 cm、D≥5.34 mm、X≥9；F2：65 cm>H≥54 cm、5.34 mm>D≥4.37 mm、9>X≥7；F3：54 cm>H≥45 cm、4.37 mm>D≥3.43 mm、7>X≥4)。试验材料为金佛山方竹3个组的宽叶型和窄叶型2～4年生实生苗。

2.2 实生苗生长指标调查

2019年10月—2021年5月，分别对金佛山方竹地上部分的生长指标如株高、枝下高、地径、发笋数、节数、各节节长及节径进行观测。挖出宽、窄叶2种类型4年生实生苗地下鞭，使竹鞭保持完整，分别测量各级鞭的鞭长和鞭径。试验重复3次。

2.3 叶片性状及显微结构样品采集

从各竹丛中部采集至少100片新鲜成熟功能叶片，包裹在湿报纸中4 ℃保存；将各叶片表面水分擦拭干净后称量其鲜质量；HP Scanjet 4850扫描仪扫描叶片并保存为300 dpi分辨率的图像；Python语言结合第三方库Open CV识别图像，测算叶长(叶片基部至叶尖的长度)、叶宽(叶片最宽处的长度)、叶面积等数据。将新鲜叶片置于80 ℃烘箱中烘至恒质量，称量叶片干质量，计算含水率和比叶重。3组2种类型实生苗各随机选择3株，根据竹秆基部向上，分为基部、中部、上部3个部分，依次采集3个部分各节枝条叶片，带回实验室后进行相同处理。比叶重=叶片干质量/叶面积；含水率=[(鲜质量-干质量)/鲜质量]×100%。

采集2种类型金佛山方竹枝条中部完全展开的健康成熟叶片各50片，放入70%标准固定液(V(70%酒精)∶V(甲醛)∶V(冰醋酸)=90∶5∶5)中固定，固定好的样品经氢氟酸溶液软化后通过脱水、透明、渗蜡、包埋、切片等操作制作石蜡切片，番红-固绿双重染色法染色，光学显微镜下观察。

2.4 数据处理

采用Excel 2016统计数据，SPSS 26.0软件进行差异显著性分析。

3 结果与分析

3.1 金佛山方竹宽叶型与窄叶型实生苗竹叶性状差异

3.1.1金佛山方竹宽叶型与窄叶型实生苗竹叶形态特征差异

金佛山方竹叶片为披针形，上表皮深绿色，下表皮灰绿色，具柔毛，宽叶型与窄叶型叶片在形态上具有明显的差异(图1)。对2种类型实生苗的成熟功能叶特征进行比较，宽叶型实生苗在叶片长度、宽度、面积、鲜质量、干质量及含水率方面均大于窄叶型，且存在显著性差异，但窄叶型实生苗比叶重大于宽叶型(表1)。

表1 金佛山方竹2种类型实生苗叶片形态特征

图1 金佛山方竹2种类型实生苗叶片形态

自F1至F3，宽叶型金佛山方竹实生苗叶片的长度和宽度表现为先降低后增加；面积及干质量表现为不断增加，但其差异均不显著；比叶重在3个组间均呈先上升后下降的变化趋势；叶片数量不断减少(表2)。竹秆基部至上部叶片的长度、宽度、面积、干质量及比叶重均呈递增趋势；叶片数量则表现为先上升后下降，且秆基部略多于梢部。F1竹秆中、上部的叶片数量与F2、F3有显著差异，而F2与F3间无显著差异。3个组间竹秆基部的叶片数量及其他叶片形态指标未出现显著性差异。

表2 金佛山方竹2种类型实生苗不同部位叶片性状差异

实生苗类型部位干质量/gF1F2F3比叶重F1F2F3叶片数量/片F1F2F3宽叶型基部(0.1133±0.0069)Aa(0.1182±0.0146)Aa(0.1297±0.0167)Aa(0.0043±0.0002)Bb(0.0047±0.0003)Aab(0.0045±0.0004)Ab(201.33±23.12)Aa(114.67±9.07)Aa (58.33±45.09)Aa中部(0.1207±0.0045)Aa(0.1479±0.0164)Aa(0.1639±0.0468)Aa(0.0047±0.0002)Bb(0.0056±0.0002)Aa(0.0052±0.0004)Aa(356.67±109.16)Aa(216.00±77.95)Ab(77.00±42.93)Bb上部(0.1746±0.0291)Aa(0.1779±0.0064)Aa(0.1803±0.0268)Aa(0.0054±0.0004)Aa(0.0065±0.0001)Aa(0.0054±0.0004)Aa(107.67±60.50)Aa(103.67±84.09)Ab(40.67±15.57)Ab窄叶型基部(0.0762±0.0023)Bb(0.0799±0.0059)Bb(0.1021±0.0183)Aa(0.0048±0.0002)Aa(0.0050±0.0007)Aa(0.0045±0.0002)Aa(304.33±107.04)Aa(193.33±69.64)Aa(103.33±55.25)Aa中部(0.0871±0.0043)Bb(0.0888±0.0119)Bb(0.1066±0.0033)Aa(0.0054±0.0003)Aa(0.0056±0.0007)Aa(0.0048±0.0001)Aa(466.67±159.51)Aa(281.67±70.67)Aab(197.00±58.80)Aa上部(0.1053±0.0026)Bb(0.1096±0.0117)Bb(0.1252±0.0095)Ba(0.0057±0.0004)Aa(0.0060±0.0005)Aa(0.0053±0.0001)Aa(186.33±107.56)Aa(157.67±107.52)Aab(92.33±51.01)Ab

窄叶型金佛山方竹实生苗叶片各性状在3个分组的变化趋势同宽叶型一致。叶长、叶宽、叶面积、干质量及比叶重自竹秆基部至上部不断变大，其中F1与F2实生苗各部位的叶长、叶宽、叶面积及干质量无显著差异，F1与F3间有显著差异。3个分组各部位的比叶重及竹秆基部叶片数量未出现显著性差异，但3个组的中、上部叶片数量有显著差异。

根据叶片性状指标可以看出，F1与F2金佛山方竹宽叶型与窄叶型实生苗的叶长、叶宽、叶面积、干质量均有显著性差异，F3的差异不明显，仅上部出现显著性差异。3个分组的宽叶型实生苗叶片形态面积较大，但数量上显著少于窄叶型。

3.1.2金佛山方竹宽叶型与窄叶型实生苗竹叶显微结构特征差异

金佛山方竹的叶片由上下表皮、叶肉及叶脉3个部分组成(图2)。表皮细胞均为1层，上表皮由长、短细胞及泡状细胞组成，泡状细胞位于在叶脉两侧的上表皮，无色透明，成组出现，在横切面上呈扇形；下表皮上有气孔、表皮毛等(图2a，2c)。叶肉细胞分化出指状细胞、梅花状细胞和梭形细胞。指状细胞的细胞壁三面规则但下部内折；梅花状细胞每一面细胞壁均内折；梭形细胞从纵切面上看，呈“I”形在叶肉组织中排成一列(图2b，2c)，而在横切面上仅能观察到其凋亡后所形成的空隙(图2a，2c)。叶脉分为1条主脉和多条侧脉及横脉，共同构成竹叶维管组织系统，主脉与侧脉具有维管束。

图2 金佛山方竹2种类型实生苗叶片石蜡切片

对金佛山方竹宽、窄叶2种类型实生苗的叶片进行显微结构观测(表3)，结果显示：宽叶型金佛山方竹叶片厚度显著大于窄叶型。2种类型金佛山方竹叶片的表皮和叶肉细胞中，上表皮厚度、泡状细胞组宽度及梭形细胞凋亡后形成的空隙有显著性差异，下表皮和其余叶肉细胞未发现差异。宽叶型金佛山方竹主脉两侧一级脉数量为12～14条，窄叶型仅有8～10条。宽叶型金佛山方竹主脉、各级侧脉的横截面积及二级脉之间的距离均大于窄叶型且具有显著性差异。

表3 金佛山方竹2种类型实生苗叶片内部结构

实生苗类型梭形细胞间空隙长度/m主脉面积/m2一级脉数量/条一级脉面积/m2二级脉间距/m二级脉面积/m2宽叶型(77.04±14.67)a(60180.48±1933.30)a12～14(7879.53±1513.00)a(103.61±10.32)a(2555.45±448.89)a窄叶型(63.34±13.84)b(16664.64±1083.10)b8～10(5572.40±826.52)b(92.36±6.28)b(1734.25±217.47)b

3.2 金佛山方竹宽叶型与窄叶型实生苗竹秆性状及发笋数差异

对于宽叶型3个分组的金佛山方竹实生苗，其株高、地径、枝下高、发笋数、节数、节长、节径(表4)的生长性状由大到小依次为：F1、F2、F3。其中，F1组2～4年生竹株的株高、3～4年生竹株的地径、3年生竹株的枝下高、4年生竹株的节数及节径与F2、F3有显著性差异，且F2与F3间差异不显著。3个组间的节长均有显著性差异，但2年生竹株的地径、枝下高及2～4年生竹株的发笋数无显著性差异。

对于窄叶型3个分组的金佛山方竹实生苗，其生长性状表现与宽叶型一致，由大到小依次为：F1、F2、F3。其中，F1组2、3年生竹株的株高，3、4年生竹株的地径，3年生竹株的枝下高及节径与F2、F3之间存在显著性差异，而F2与F3之间无显著性差异。3个组间的节数及4年生竹株的株高均出现显著性差异，但2年生竹株的地径及枝下高、2～4年生竹株的发笋数均无显著性差异。

根据竹秆性状指标(表4)，F1组宽叶、窄叶2种类型实生苗的生长状态相近，F2和F3之间出现差异，且窄叶型实生苗的生长性状表现优于宽叶型。

表4 金佛山方竹2种类型实生苗不同年龄秆性状及发笋数差异

实生苗类型年份节数/节F1F2F3节长/cmF1F2F3节径/mmF1F2F3宽叶型2年生---------3年生---------4年生(19.80±2.35)Aa(14.55±1.87)Bb(13.28±1.36)Ab(10.27±3.34)Aa(9.01±2.86)Ab(7.76±2.66)Bc(7.99±3.78)Aa(5.68±2.57)Bb(5.44±2.29)Bb窄叶型2年生---------3年生---------4年生(19.82±3.19)Aa(16.79±1.93)Ab(13.64±2.17)Ac(9.78±3.17)Aa(9.19±3.30)Aa(8.65±3.09)Ab(8.05±3.87)Aa(6.18±2.52)Ab(6.77±2.34)Ab

3.3 金佛山方竹宽叶型与窄叶型实生苗地下鞭生长差异

金佛山方竹3个组的宽叶型实生苗中，F1组的生长情况最佳，已发育出三级鞭(表5)，一级鞭鞭长及鞭径在3个组中均呈递减趋势，但各组间无显著性差异。

表5 金佛山方竹2种类型实生苗不同鞭级地下鞭生长差异

金佛山方竹3个组窄叶型实生苗生长情况与宽叶型一致，一级鞭鞭长及鞭径由大到小依次为：F1、F2、F3，各组间无显著性差异。

F1组宽叶型实生苗的一级鞭、二级鞭、三级鞭数量分别为7、7、3条，窄叶型实生苗鞭数量略多于宽叶型，其一级鞭、二级鞭、三级鞭数量分别为8、6、4条。相同组下2种类型实生苗地下鞭的生长相似，表现为一级鞭的鞭长及鞭径大于二级鞭、三级鞭，且窄叶型每级鞭的鞭长及鞭径均大于宽叶型。

4 结论与讨论

对于开花结实周期长达几十年的竹类植物而言，母竹造林可能会增加竹林开花的潜在风险，而利用种子实生苗进行造林可以减缓竹林老化速度，延长竹林生产年限，从而获得更多的经济效益。但实生种苗良莠不齐，苗木质量会直接影响树木成林的质量。利用筛选出的优良实生苗苗木进行造林，对快速成林、增加竹林产值、提升经济收入等方面具有十分重要的意义。优良种苗的等级划分常利用苗木的形态指标和生理指标[7]，而竹类植物则主要利用叶、秆及地下根系等主要营养器官的生长性状，如苗高、地径等进行等级划分，但不同竹种具有不同的等级划分标准[8-12]。

植物主要通过叶片储存养分来应对外部复杂波动的自然环境。叶性状是植物功能性状的重要部分，与植物生物量及植物对光、水、养分的吸收及利用效率密切相关，能有效反映植物生存环境的变化状况。叶长是计算叶面积的重要指标，叶长越大，叶片表面积越大，其光合速率越高，水分蒸腾速率也会越快[13]。通常面积较大的叶片可以使植物获得较多的光能，通过形态变化影响叶片温度和蒸腾速率进而影响叶片热量及水平衡，通过调节水分蒸发和热量散失以适应环境[14]。本研究中，金佛山方竹实生苗在生长过程中发生了2种叶性状变异，宽叶型与窄叶型。2种叶型表现出显著的叶面积差异，窄叶型的叶面积虽小，但叶片数量明显多于宽叶型，叶片的光合作用能制造更多有机物[15]。干鲜质量的比例会影响植株的生产能力[16]，自由水含量越高的植株生理代谢越旺盛。研究发现，宽叶型金佛山方竹的自由水含量明显大于窄叶型，叶片干鲜质量的比例则相反，说明宽叶型竹株的生理代谢比窄叶型旺盛。比叶重是用于衡量植物叶片光合性能的参数，可以反映单位叶面积光合产物的积累[17]，其与叶片的诸多生理反应有联系，是叶片对资源利用率和环境适应性的表现[18]。本研究中，金佛山方竹宽叶型实生苗与窄叶型的比叶重无明显差别，表明2种类型实生苗对外界资源的利用能力相近。

植物叶片的可塑性较大，即使生活在相同环境中，叶片形态也会存在一定程度的差异[19-21]，这种差异不仅表现在叶片的形态性状方面，在解剖结构方面也有体现，如细胞体积及数目[22-23]差异会对植株的产量产生影响[24]。竹叶由表皮系统、基本组织系统和维管组织系统组成。叶片厚度与资源获取、水分保存和同化功能等存在较大关联性。一般养分贫瘠环境中的植物叶片较厚，具有较强的叶片储水能力，这是其对环境适应能力强[25]的表现。表皮细胞厚度的增加有助于植物吸收光能和水分调节，提高光合效率[26-27]。梭形细胞在叶肉组织中凋亡后会形成细胞间隙，目前猜测，梭形细胞主要参与植物的水分和物质运输并促进叶片在阴影环境下捕捉及分配光能[25，28]。竹子叶片的维管束面积与光合速率呈正相关，维管束面积越大，水分运送效率越高，矿物质和碳水化合物的运输也越快，从而增加净光合速率[29]。维管束之间距离越大，维管束之间叶肉组织就越多，光合效率就越高[30]。解剖结果显示，金佛山方竹宽叶型叶片具有较高的水分保存能力，对水分运输及光能捕获的能力明显强于窄叶型。

植物表型可塑性强，受环境因素的影响，同一物种可形成复杂的种内多型现象[31]。植株各器官生物量的分配会随株高发生变化，例如赛米拉克孜·台外库力等[32]对不同株高醉马草的生物量分配调查发现，株高越大，叶分配量越小。这是植物经过长期进化后对环境表现出适应性的结果，具有重要的生态学和进化学意义。株高和地径是反映金佛山方竹生长状况的主要指标，也是重要的产量性状指标。本研究中，窄叶型金佛山方竹株高大于宽叶型，这是不同类型竹子适应相同外界条件的具体表现，符合植物种内多型的规律。植株地径在一定程度上反映出苗木的生长状态，一般表现为地径越大，植株越高，地上、地下部分发育较好。金佛山方竹每年的新生竹均比前一年成竹的地径大，株高也有所增加。由于各树种遗传特性的不同，其枝下高也不尽相同，即便是相同树种，也会因生长环境的不同，其枝下高表现出显著差异。平均枝下高值在一定程度代表了竹林的平均生长水平，也是影响竹林成竹及笋产量的重要因子[33]。枝下高受郁闭度的影响，在一定范围内，郁闭度越大，枝下高越高[34]。金佛山方竹适宜生长在树荫下，郁闭度对其的影响主要通过枝下高差异表现。本研究中，窄叶型实生苗的枝下高大于宽叶型，说明窄叶型更易受郁闭度影响，并通过提高枝下高促进光合作用，积累有机物。金佛山方竹2～4年实生苗3个分组中，F1的生长状态均最好，其地径、株高、枝下高均优于另外2个组。

鞭长及鞭径能充分反映竹鞭的营养健康状况和发笋长竹能力[35]。鞭长和鞭径对笋的产量影响甚大，鞭长的增大会使立竹地上部分的生长相对旺盛，碳同化能力增强，碳同化物向库器官的运输增多；鞭径的增大会使植株体内氮、磷质量分数显著升高，新鞭生物量也显著升高，植株地上部分的生长旺盛[36]。本研究中，宽叶型与窄叶型金佛山方竹每年地下均会生长出新的竹鞭，窄叶型地下竹鞭的鞭长及鞭径显著大于宽叶型。由此可知，窄叶型金佛山方竹地下鞭的生长旺盛，有更多的养分用于新笋的生长，进而表现为其发笋数高于宽叶型。

综上，金佛山方竹2～4年生实生苗的秆性状、叶性状和地下鞭的生长情况均表现为F1优于F2优于F3，且窄叶型实生苗的地上、地下部分发育均优于宽叶型。金佛山方竹F1(H≥65 cm、D≥5.34 mm、X≥9)可作为优良实生苗进行造林生产，且窄叶型比宽叶型更适合实际生产。