厚竹群落孕笋成竹期内源激素动态变化与调控作用

李应兰 ，申 展 ，2，张艳华 ，李 苑 ，孙娅东 ，黎祖尧 ，2

（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’，又称厚壁毛竹、厚皮毛竹，因其秆壁厚度是等径毛竹Ph.edulis的1.8～2.0倍且性状稳定而得名，是江西省特有的笋材品质均优的毛竹变异类型[1]，2008年获国家林业局植物新品种保护权证，2017年被审定为国家级优良品种。厚竹的生物学和生态学特性与毛竹相似，但氮代谢和利用水平[2]、CO2和光能利用率[3-4]、抗寒性[5]及竹笋营养成分[6-7]均高于毛竹，并且秆形通直，材质坚硬，新鲜原竹沉水，抗风倒雪压能力强，跨区域引种不会降低竹笋营养品质、竹材纤维性状和秆形结构[7-9]，推广前景广阔。

植物内源激素是植物体内合成的对植物生长发育有显著作用的活性物质，主要调控植物的萌发、生长、开花结实和休眠等过程[10-13]。研究表明，雷竹Ph.praecox和毛竹在侧芽萌发过程中内源激素会发生显著变化[14-15]；毛竹成竹和厚竹展叶过程中，地上部分不同器官及同一器官不同部位的内源激素含量和动态变化规律均不相同[16-17]；埋鞭、断鞭和移母竹繁殖的厚竹体内的内源激素含量及不同器官之间均存在差异[18]；厚竹孕笋成竹过程中，母竹的根、秆、枝、叶中的内源激素含量和动态变化规律不同[19]。关于整个厚竹群落在孕笋成期内源激素的分布特征和动态变化，竹鞭、竹笋、母竹3个系统中的内源激素如何响应竹林群落生长中心在地上和地下之间的转移，以及不同内源激素质量分数的相对比例对厚竹孕笋成竹的影响目前尚不清楚。本研究以厚竹为对象，分析从笋芽膨大到新竹展叶过程中竹鞭、竹笋和母竹中内源激素的质量分数和比值，研究厚竹各生长系统中内源激素的分布特征和动态变化，以及内源激素在系统间的运输和转移规律，探索内源激素及其协同和拮抗作用对厚竹孕笋成竹的影响，为进一步揭示内源激素对竹类植物生长发育的调控机理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于江西省南昌市江西农业大学竹类植物种质园内（28°45′24″N，115°49′50″E）。属中亚热带湿润季风气候，温和湿润，日照充足，夏季炎热，冬季寒冷；年均气温17～17.7 ℃，年均日照时数1 772～1 845 h，年均降水量1 600～1 700 mm，年均无霜期251～272 d。海拔49.5 m，地形为低丘，土壤类型为红壤，质地较粘重，微酸性。

1.2 样品采集

采样林分：采样林分为厚竹纯林，1995年从厚竹原产地（江西省万载县高村乡严田村，28°06′33.38″N，114°26′25″E）引种繁育而成，面积约0.5 hm2，立竹胸径为4.0～7.0 cm，立竹高度为6.0～10.0 m，竹林结构合理，生长正常。

采集时期和对象：2015年1月20日（笋芽膨大期，Bamboo shoots sprouts period，简称BSSP），采样对象为竹鞭、冬笋和3年生母竹；2015年3月31日（竹笋生长期，Bambooshoots growing period，简称BSGP），采样对象为竹鞭、春笋和3年生母竹；2015年6月10日（新竹长成期，New bamboo formation period，简称NBFP），采样对象为竹鞭、当年新竹和3年生母竹。

采集部位和数量：竹鞭共采集22根（笋芽膨大期14根，竹笋生长期3根，新竹长成期5根），每根竹鞭分鞭节间、鞭节、鞭根和鞭芽部位采样。母竹采集 9株（笋芽膨大期、竹笋生长期和新竹长成期各采集3株），每株母竹分中上部竹秆、中下部竹枝、竹叶和蔸根采样。笋芽膨大期采集10 cm长的冬笋3个，每个冬笋分顶部笋肉、中部笋肉、基部笋肉和笋箨采样；竹笋生长期采集出土30 cm的春笋4个，每个春笋分顶部笋肉、中部笋肉、基部笋肉、笋箨和笋根采样。新竹采集3株，每株新竹分中上部竹秆、中下部竹枝、竹叶和蔸根采样。

采样质量：每份样品采集质量约1 g。

1.3 样品处理与分析

野外采集样品后及时用锡铂纸包裹、编号后放入冰盒中，并迅速带回实验室放入-85 ℃超低温冰箱中冷冻保存，然后用干冰包埋送中国农业大学测定内源激素质量分数。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，测定内容为吲哚-3-乙酸（IAA）、赤霉素（GA）、玉米素核苷（ZR）和脱落酸（ABA）。

1.4 数据处理

试验数据用Microsoft Excel 2007软件进行预处理，利用SPSS17.0分析软件，采用单因素方差分析和Duncan多重比较方法，对厚竹群落中不同时期竹鞭、竹笋、新竹和母竹中的IAA、GA、ZR和ABA的质量分数及其相互之间的比值进行分析和比较。

2 结果与分析

2.1 厚竹群落内源激素分布特征

分析厚竹孕笋成竹期竹鞭、冬笋、春笋、新竹和母竹中的IAA、ZR、GA、ABA质量分数，并比较其差异性，结果如表1所示。

表1 不同发育期内源激素质量分数†Table1 Mass fractions of endogenous hormone in different developmental periods (ng·g-1)

由表1可知，笋芽膨大期，竹鞭、冬笋和母竹中内源激素质量分数均为ABA＞IAA＞GA＞ZR；竹笋生长期，竹鞭和母竹中内源激素质量分数为ABA＞IAA＞ZR＞GA，春笋中为IAA＞ABA＞ZR＞GA；新竹长成期，3个系统中内源激素质量分数均为ABA＞IAA＞ZR＞GA。各个生长系统中IAA和ABA的质量分数均显著高于ZR和GA；IAA和ABA之间及GA和ZR之间的质量分数差异因发育时期不同而差异程度不同，其中各个时期母竹中ABA的质量分数均显著高于IAA，笋芽膨大期冬笋中ABA的质量分数显著高于IAA，竹鞭中GA的质量分数显著高于ZR。

笋芽膨大期，由于气温低，母竹和冬笋处于休眠状态，但竹鞭仍在进行笋芽膨大等孕笋活动，故竹鞭中促进生长类激素（IAA、ZR、GA）质量分数偏高，而抑制生长类激素（ABA）质量分数显著偏低。竹笋生长期，母竹需要制造大量营养物质供给竹笋使其快速生长，光合作用及物质转化和运输活动旺盛，母竹中的内源激素水平明显偏高，其中IAA和ABA质量分数均显著高于竹鞭和春笋，ZR质量分数显著高于竹鞭，GA质量分数显著高于春笋；春笋生长速度快，春笋中促进细胞分裂的ZR质量分数明显高于竹鞭，而ABA质量分数显著低于竹鞭，说明此阶段竹林群落的生长中心已经从地下系统转移到了地上系统。新竹长成后，竹林群落生长中心又转入竹鞭系统，但新竹纤维素和木质素等合成和代谢活动仍旺盛，故竹鞭和新竹中的IAA、GA、ABA质量分数差异较小，母竹中IAA、GA质量分数显著偏低，而ABA质量分数显著偏高。

2.2 内源激素动态变化

分析厚竹群落在孕笋成竹期竹鞭、竹笋（新竹）和母竹中IAA、ZR、GA、ABA质量分数的动态变化，结果如图1所示。

图1 孕笋成竹期内源激素动态变化Fig.1 Dynamic changes of endogenoushormones during bamboo formation course

从图1看出，厚竹群落在孕笋成竹过程中，不同生长系统中内源激素的动态变化规律不同。竹鞭中（图1A）ZR质量分数逐渐增加，其中前期增速显著；GA质量分数前期显著下降，后期变化平稳；IAA和ABA的质量分数均是先降低后增加，但各发育期差异不显著。母竹中（图1B）IAA、ZR和ABA的质量分数均呈抛物线变化，竹笋生长期最高，其中不同时期之间ZR差异显著，IAA和ABA差异不显著；GA质量分数快速下降，且不同时期之间差异显著。因为竹林群落的生长中心在地上系统和地下系统之间交替转移，所以竹鞭与母竹中IAA和ABA的动态变化趋势完全相反。为了打破休眠，笋芽膨大期竹林群落中GA质量分数较高。休眠打破后，GA质量分数显著下降，而促进细胞分裂的ZR质量分数显著上升，以保证竹笋的快速生长。新竹抽枝展叶后，生长中心从地上系统转入地下系统，故竹鞭系统的内源激素水平提高，母竹的内源激素水平下降。

孕笋成竹过程中新竹个体的内源激素动态变化规律如图1C。IAA质量分数在笋芽膨大期（潜伏芽膨大为冬笋）显著下降，笋期平稳，成竹期又明显上升；ZR质量分数呈抛物线变化，春笋生长期显著偏高；GA质量分数逐渐下降，在冬笋转化为春笋期间下降显著；ABA质量分数在笋芽膨大期有所上升，冬笋转化为春笋后显著减少，成竹后又显著升高。原因是潜伏芽膨大为冬笋后，由于气温低，冬笋生长活动较弱，故促进打破休眠的GA质量分数多，IAA和ZR的质量分数显著偏低；随着气温的升高，竹笋休眠被打破，冬笋出土进入快速生长期，细胞分裂活动旺盛，故GA质量分数显著下降，促进细胞分裂的ZR质量分数显著提高，抑制生长的ABA质量分数显著降低。

2.3 内源激素比值分析

分析不同发育时期厚竹群落中竹鞭、竹笋和母竹中各种内源激素之间的比值，并比较其差异性，结果如表2所示。

从表2可知，笋芽膨大期，竹林群落处于休眠状态，生长和代谢活动均较弱，故竹鞭、冬笋和母竹3个生长系统间大多数内源激素比值的差异均不显著，仅冬笋中的ZR/IAA值和GA/IAA值显著高于竹鞭和母竹，说明冬笋中ZR和GA在促进生长类激素中的占比较高，以促进冬笋膨大和打破休眠。竹笋生长期，春笋中各种促进生长类激素（IAA、ZR、GA）与抑制生长类激素（ABA）的质量分数比值均显著高于竹鞭和母竹，ZR/GA和ZR/IAA值显著高于竹鞭，GA/IAA值显著高于母竹，原因是随着气温的升高，春笋成为了竹林群落的生长中心，细胞分裂活动和伸长生长旺盛，相对应的是促进生长类激素质量分数多，特别是促进细胞分裂和伸长的ZR和GA比例高；另外，此时期母竹中的ZR/GA值显著高于竹鞭，但 IAA/ABA、GA/ABA及 (IAA+ZR+GA)/ABA值显著低于竹鞭，原因可能是竹叶是ABA的主要合成器官[20]，而竹叶中较多的ZR可以延缓叶片衰老，促进叶绿素酶的活性和蛋白质合成，故叶片中ABA和ZR的比例较高。新竹抽枝展叶后，厚竹群落生长中心又转入地下系统，以鞭芽分化和竹鞭生长为主，新竹中纤维素和木质素的合成和代谢活动仍比较旺盛，故竹鞭和新竹中促进生长类激素的比例显著高于母竹。

进一步分析各生长系统中内源激素比值的动态变化，结果如图2。图2显示，厚竹在孕笋成竹过程中，竹鞭中（图2A）的GA/ABA值和GA/IAA值前期快速下降，后期相对平稳，笋芽膨大期比值显著偏高；ZR/GA值快速上升；ZR/IAA值前期快速升高，后期变化平稳；IAA/ABA和（IAA+ZR+GA）/ABA值呈抛物线变化，ZR/ABA值逐渐升高，但变化幅度均不显著。母竹中（图2B）的ZR/GA值前期显著升高，后期有所下降，GA/ABA、GA/IAA和ZR/IAA值变化规律与竹鞭一致，其他比值的变化趋势与竹鞭有差异，但变化幅度和竹鞭一样，均未达到显著程度。低温休眠期为了打破休眠，竹林群落内需保证较高比例的GA质量分数；竹笋快速生长期为了促进竹笋的细胞分裂，内源激素中ZR所占比例较高。在厚竹孕笋成竹过程中，ZR/GA值的变化非常显著，较高比例的GA有利于孕笋，较高比例的ZR有利于竹笋生长和成竹，说明ZR和GA间的协同或拮抗作用对厚竹孕笋成竹影响显著。

表2 不同发育期内源激素比值†Table2 The ratio of endogenoushormones in different developmental periods

图2 孕笋成竹期内源激素比值的动态变化Fig.2 Dynamic changes of endogenoushormones ratio during bamboo formation course

在新竹个体发育过程中，不同内源激素比值的变化趋势和变化幅度不同（图2C）。ZR/IAA、ZR/GA、GA/IAA值均呈抛物线变化，且变化显著；ZR/GA值前期平稳，竹笋生长期显著升高，后期略有下降；IAA、GA及促进生长类激素总量（IAA+ZR+GA）与抑制生长类激素（ABA）的比值变化均不显著。在促进生长类激素中，较高比例的GA和较低比例的ZR能够促进潜伏芽分化为笋芽，并有利于笋芽和冬笋抗寒越冬，较高比例的ZR/GA值有利于竹笋的快速生长及新竹中纤维素和木质素的合成，说明ZR和GA在促进生长类激素总量中的比例及彼此之间的协同和拮抗作用对新竹个体发育的调控作用显著。

3 讨 论

3.1 内源激素对厚竹生长发育有显著调控作用，并且与竹林群落的生长节律和生长中心的转移密切相关

Jong等[21]发现IAA和GA分别导致细胞数量和细胞体积的增加，杨荣超等[22]认为GA的主要作用是促进细胞伸长和打破体眠，Javid等[23]发现干旱胁迫下水稻中无伸长节间的IAA比快速伸长的节间多。本研究发现，笋芽膨大期厚竹群落中的GA质量分数显著偏高，竹鞭中的IAA质量分数显著高于冬笋和母竹，ABA则相反；春笋中的ZR质量分数显著高于冬笋，而GA则相反。说明在低温胁迫下，主要是IAA和GA导致细胞数量和细胞体积的增加，促进笋芽分化和冬笋生长；为了打破低温休眠，厚竹群落中GA质量分数增多。竹笋生长期，母竹代谢旺盛，激素合成量增多，尤其是ZR 质量分数快速增多，参与调节细胞增殖[24]，促进春笋快速生长。在厚竹孕笋成竹过程中，竹林群落生长中心在地上系统（竹笋、母竹）和地下系统（竹鞭）之间交替转移，厚竹中内源激素也发生相应变化。笋芽膨大期，母竹处于休眠状态，但竹鞭系统仍在进行笋芽分化和冬笋膨大，是竹林群落的生长中心，竹鞭中IAA、ZR和GA质量分数偏高，而ABA质量分数显著低于母竹。竹笋生长期，地上部分成为竹林群落的生长中心，大量竹笋的快速生长需要母竹提供营养物质，母竹的光合作用及物质转化和运输活动旺盛，母竹中内源激素水平明显偏高；此时期春笋生长非常迅速，春笋中促进细胞分裂的ZR质量分数非常高。新竹抽枝展叶后，生长中心又转移至竹鞭系统，新竹鞭的萌发和生长旺盛，故竹鞭中促进生长类激素高于母竹，其中IAA、GA的差异达到显著程度，而ABA则显著低于母竹。

3.2 内源激素可能参与厚竹厚壁性状的调控

郑郁善等[25]发现毛竹内源激素的质量分数在春笋中是激动素（KT）＞赤霉素（GA3）＞IAA，在新竹叶片中GA3＞IAA＞KT；王波等[15]发现毛竹笋和新竹叶片中的GA3质量分数显著高于IAA；方楷等[16]发现毛竹笋和新竹各个部位的内源激素均表现为GA3质量分数显著高于玉米素（ZT）。本研究发现，厚竹群落在各个生长时期的各个生长系统中IAA质量分数均显著高于GA，ZR和GA质量分数间的差异程度不显著，内源激素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质量分数相对较高，而促进细胞伸长生长的GA质量分数相对较低，有利于竹壁的横向增长，可能是造成厚竹竹壁增厚的原因之一。

另外，植物中ZR的运输受到植物氮代谢的影响和调节[26]，厚竹的氮代谢能力高于毛竹，可能是厚竹群落中ZR质量分数相对偏高的原因。ABA在植物抗寒中起关键作用[27-28]，低温可诱导植物合成和积累ABA，以减缓代谢活动，降低营养物质消耗来增加耐寒性[29-30]，高水平的ABA质量分数有利于提高植物对冷胁迫的抗性，本研究发现，在休眠期竹鞭和冬笋中ABA质量分数显著高于IAA，不同于毛竹中ABA质量分数显著低于IAA，可能是厚竹抗寒能力高于毛竹的原因。

3.3 内源激素的协同和拮抗作用对厚竹孕笋成竹有的影响

方楷等[16-17]认为激素间的相互作用对竹类植物茎秆的伸长有重要作用，李丽霞等[31]认为干旱胁迫下较高的GA3/ABA值可以促进沙棘芽的萌发，何奇江等[32]发现雷竹秋季出笋时笋芽的萌发主要受GA3/ABA比值的调控。本研究发现，竹笋快速生长期，厚竹群落的代谢、运输及合成活动最为旺盛，竹鞭、春笋和母竹之间各种内源激素的比值均表现出显著差异；促进生长类激素与抑制生长类激素的比值在笋芽膨大期差异不显著，竹笋生长期春笋显著高于母竹和竹鞭，新竹抽枝展叶后竹鞭和新竹显著高于母竹。在厚竹孕笋成竹过程中，ZR/GA，ZR/IAA和GA/IAA值变化显著，且与厚竹的生长发育活动关系密切，较高比例的ZR能促进细胞分裂，有利于碳水化合物的合成和器官的生长；而较高比例的GA则有利于促进笋芽分化和冬笋萌动、打破潜伏芽休眠，促进物质的转化及纤维素和木质素的形成，说明内源激素间的协调或拮抗作用对厚竹孕笋成竹有重要的调控作用，其协同和拮抗机理及调控机制有待于深入探索。

4 结 论

厚竹群落中不同内源激素的质量分数差异显著，IAA和ABA的质量分数显著高于ZR和GA， IAA和ABA之间及GA和ZR之间的质量分数差异程度因发育时期不同而不同。在孕笋成竹过程中，母竹、竹鞭和竹笋中内源激素的分布特征和动态变化规律不同。不同的内源激素对厚竹孕笋成竹的调控作用和影响程度不同，内源激素间的协同或拮抗作用显著影响厚竹的孕笋成竹和生长发育。厚竹中较高的IAA和ZR质量分数及相对较低的GA质量分数，可能是形成厚竹厚壁性状的重要原因之一。