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自上世纪90年代我国逐步停止天然林的商品性采伐后,突出的木材供需矛盾,对进口纸张、纸浆的过分依赖和大量的外汇开支促使竹浆造纸的兴起[1]。我国除以刚竹属(Phyllostachys)为主的散生竹资源和以方竹属(Chimonobambusa)、大明竹属(Pleioblastus)等为主的混生竹资源外,还在云、贵、川、两广等地蕴含着丰富的丛生竹资源。丛生竹大多为优良的造纸原料,相比毛竹(Phyllostachys edulis),其纤维含量高,纤维特性好,且成林快,产量高,生产成本更少,用于造纸优势突出[2-4]。近年来,西南地区利用丛生竹制浆造纸已成为一股热潮。四川作为竹浆造纸大省,其位于泸州、宜宾、乐山等地的造纸企业几乎均以慈竹、撑绿竹、梁山慈竹、硬头黄等为原料,在替代木浆、助农增收和促进地方经济增长中发挥着重要作用。
在生长发育规律探索和集约经营技术研究上,丛生竹起步晚、关注少,远不及毛竹、雷竹(Phyllostachys praecox f. prevernalis)等散生竹,部分原因可能是以往对其利用价值缺乏充分的认识。如今,随着丛生竹制浆造纸产业的兴起,四川丛生竹材的价格(500~520元·t−1)已明显高于毛竹材(400元·t−1左右),这促使不少竹农开始营造丛生竹林,其实用技术研究也得到深入,已有少数林业行业规程[5]。然而,从植物生理学层面分析丛生竹的生长发育规律的研究仍显不足,这制约着丛生竹林经营向精准、高效的方向发展。
为此,本研究选择了川南地区几种分布广泛且优良的纸浆用丛生竹—佯黄竹(学名待定)、梁山慈竹(Dendrocalamus farinosus)、硬头黄竹(Bambusa rigida)和慈竹(Neosinocalamus affinis),采用酶联免疫法,分析了其发笋成竹不同时期笋(或幼竹)各部位内源激素的变化规律,试图摸清控制其笋、竹生长的关键激素因子及比例关系,旨在为纸浆用丛生竹林高效经营中化学措施的制定和竹材丰产提供理论参考。
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供试笋样和竹样均取自四川省宜宾市兴文县莲花镇,地理坐标介于105°11′33′′—105°11′23′′E,28°22′21′′—28°27′24′′N,属亚热带湿润型季风气候,四季分明,气候温和,雨量充沛,年均气温约17.4 ℃,年均降雨量约1 235 mm,日照时数约1 010 h。土壤类型为山地黄壤,土层较深厚,微酸性。
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供试竹种有4个:佯黄竹(梁山慈竹与硬头黄竹的杂交种,未知孰为母本孰为父本,故学名待定)、梁山慈竹(Dendrocalamus farinosus)、硬头黄竹(Bambusa rigida)和慈竹(Neosinocalamus affinis)。其中,佯黄竹为8年林分,其余竹种林龄均超过15年。各竹林除有零星采笋和伐竹外,几乎没有任何管理措施。
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采用个体大小序列代换时间梯度的方法,在各竹种发笋和长竹的盛期分别进行一次完全随机采样。采样时,竹林中已自然分布有高度不同的笋或幼竹,故可一次性取得系列发育程度的笋或幼竹样品。由于4个竹种发笋成竹期基本相同,故两次采样分别定在8月初和9月初。样品的基本情况如表1所示。每一发育时间每一部位均3次重复。由于样品量较大,难以使用液氮罐就地封存样品,采得的样品立即放入冰盒内,迅速带回实验室进行碎块化或碎片化处理,用锡箔纸包好,编号后立即置于–80 ℃冰箱中保存待测。
表 1 供试四个竹种笋、竹样品信息
Table 1. Information of bamboo shoots and bamboo samples from four tested bamboo species
竹种
Bamboo species发育阶段
Development stage发育程度代号
Designation of growth time平均高度
Average height /cm取样组织/部位
Sampling position/tissue佯黄竹 笋期Bamboo shoot T1 13.0 笋(上、中、下) (Yanghuang bamboo) T2 24.8 笋(上、中、下) T3 32.8 笋(上、中、下) T4 52.3 笋(上、中、下) T5 58.3 笋(上、中、下) 幼竹期Young bamboo T6 272 秆(上、中、下) T7 403 秆(上、中、下)、根 1年生1-yr old T8 1 225 秆(上、中、下)、根、叶 梁山慈竹 笋期Bamboo shoot T1 13.8 笋(上、中、下) (D. farinosus) T2 32.0 笋(上、中、下) T3 56.5 笋(上、中、下) 幼竹期Young bamboo T4 281 秆(上、中、下) T5 510 秆(上、中、下)、根 1年生1-yr old T6 1 760 秆(上、中、下)、根、叶 硬头黄竹 笋期Bamboo shoot T1 16.0 笋(上、中、下) (B. rigida) T2 24.0 笋(上、中、下) T3 55.0 笋(上、中、下) 幼竹期Young bamboo T4 239 秆(上、中、下) T5 535 秆(上、中、下)、根 1年生1-yr old T6 1 500 秆(上、中、下)、根、叶 慈竹 笋期Bamboo shoot T1 17.0 笋(上、中、下) (N. affinis) T2 29.5 笋(上、中、下) T3 43.5 笋(上、中、下) 幼竹期Young bamboo T4 308 秆(上、中、下) T5 470 秆(上、中、下) 1年生1-yr old T6 1 300 秆(上、中、下)、叶 -
采用酶联免疫法(ELISA法)测定各竹样中的5种内源激素含量,包括生长素(IAA)、赤霉素(GA)、细胞分裂素(CTK)、脱落酸(ABA)和油菜素内酯(BR)。基本操作流程为:取出待测样品,先用液氮将样品碾磨成粉末,称取粉末0.1 g左右,加入磷酸缓冲液(pH=7.2~7.4),匀浆比例为10%(0.1 g组织加入0.9 mL匀浆液),使用混匀仪制成悬浆。在4 ℃、4000 r/min条件下将悬浆离心10 min。之后,移取上清液至新的离心管中,上酶标仪进行检测(各激素试剂盒均由上海恒远公司提供)。
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采用SPSS 16.0统计分析软件(SPSS Inc., USA)就同一竹种同一组织部位在不同发育时间的激素含量,以及同一发育时间不同组织部位的激素含量进行单因子方差分析(One-way ANOVA),最小显著差数法(LSD法)进行多重比较;对内源激素在同一竹种不同发育时间不同组织部位的变化进行两因素方差分析,剥离发育时间主效应、组织部位主效应及两者间交互效应,对主效应显著的因素水平间作总体比较。显著水平α定为0.1。Excel 2010制表,SigmaPlot 10.0软件(Systat Software Inc., USA)作图。
Distribution Pattern and Dynamics of Endogenous Hormones in Four Sympodial Bamboo Species during the Shooting and Young Bamboo Stage
More Information-
摘要: 以佯黄竹(学名待定)、梁山慈竹(Dendrocalamus farinosus)、硬头黄竹(Bambusa rigida)和慈竹(Neosinocalamus affinis)4个竹种为研究对象,采用酶联免疫法(ELISA法)研究了丛生竹发笋成竹期内不同组织(部位)的5种内源激素含量变化。结果表明:1)总体上,激素含量的高低顺序均为脱落酸(ABA)>吲哚乙酸(IAA)>细胞分裂素(CTK)>赤霉素(GA)>油菜素内酯(BR),但活性高低可能正好相反;2)从组织(部位)上的分配看,IAA、CTK、BR三种激素在笋体或幼竹上、中、下部含量基本相当(除佯黄竹外,1a生竹叶片中的CTK含量明显低于其他组织),而ABA中部≥下部>上部,GA中部>上部>下部;3)五种激素表现出较强的协同作用,且与组织生长分化的活跃度相关,其中,IAA、ABA和GA在笋-竹发育过程中大体呈现“高-低-高”的变化趋势,CTK和BR则呈“先高后低”或“先升后降”的变化规律;4)丛生竹内源激素随其发育阶段的变化可能是细胞分裂、节间生长和抽枝展叶的迫切程度决定的,其中,ABA可能与对水分的需求程度及立地水分条件有关,而GA控制笋-幼竹高生长的专一性较其他激素强。研究可为丛生竹林生长与产出的激素调控提供基础数据。Abstract: The enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) method was used in the present study to detect five endogenous hormones in various tissues (or positions) of four sympodial bamboo species, including Yanghuang Bamboo (scientific name not to be determined), Dendrocalamus farinosus, Bambusa rigida, and Neosinocalamus affinis, during the shooting and young bamboo stage. The results showed that: 1) Overall, the order of hormone content was abscisic acid (ABA)> indoleacetic acid (IAA)>cytokinin (CTK)>gibberellic acid (GA)>brassinolide (BR), but the bioactivity may be just the opposite; 2) Based on the distribution of tissues (positions), the contents of IAA, or CTK, or BR in bamboo shoots or young bamboos were statistically the same in the upper, middle and bottom positions (except Yanghuang bamboo, the CTK content in the leaves of 1-yr-old bamboo was significantly lower than that in other tissues). For ABA content, the trend was middle ≥ bottom > upper, but for GA content, the trend was middle > upper > bottom. 3) The five hormones displayed strong synergistic effect and they were related to the activities of growth and differentiation of specific tissues or positions. Generally, IAA, ABA and GA showed a "high-low-high" variation,, while CTK and BR showed a "first high and then low" or "first rise and then fall" variation during the shoot-young bamboo stage. 4) The dynamics of these endogenous hormones in sympodial bamboos with the development stages might be determined by the urgent demand of cell division, internode elongation and branch (leaf) emergence. Among them, ABA might be related to the degree of water demand and the soil moisture, while GA was more specific than other hormones in controlling the height growth of bamboo shoots and young bamboos. The present study can provided fundamental data for hormone regulation of growth and yield of sympodial bamboo forests.
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图 1 四个竹种不同发育程度不同组织部位的吲哚乙酸含量
注:(a)、(b)、(c)、(d)分别表示佯黄竹、梁山慈竹、硬头黄竹和慈竹;pp、pt和pp×t分别为经两因子方差分析所得部位效应、发育时间效应和两者间交互效应(p值);图上方小写字母表示相应组织/部位不同发育时间间的差异(按顺序给出),图柱上大写字母表示相应发育时间下组织/部位间的差异,不显著的均不做标注,下同。
Fig. 1 IAA content in different tissues or positions of four sympodial bamboo species at different development stages
Notes: (a), (b), (c) and (d) represented Yanghuang bamboo, D. farinosus, B. rigida and N. affinis, respectively. The abbreviation pp, pt and pp×t indicated position effect, development stage effect and their interaction (p value), respectively, which were obtained by Two-factor ANOVA. The lowercase letter above each small figure showed significant differences between development stages for corresponding tissue/position orderly, and the capital letters above the columns showed significant differences between tissues/positions at corresponding development stage. The same as below.
表 1 供试四个竹种笋、竹样品信息
Tab. 1 Information of bamboo shoots and bamboo samples from four tested bamboo species
竹种
Bamboo species发育阶段
Development stage发育程度代号
Designation of growth time平均高度
Average height /cm取样组织/部位
Sampling position/tissue佯黄竹 笋期Bamboo shoot T1 13.0 笋(上、中、下) (Yanghuang bamboo) T2 24.8 笋(上、中、下) T3 32.8 笋(上、中、下) T4 52.3 笋(上、中、下) T5 58.3 笋(上、中、下) 幼竹期Young bamboo T6 272 秆(上、中、下) T7 403 秆(上、中、下)、根 1年生1-yr old T8 1 225 秆(上、中、下)、根、叶 梁山慈竹 笋期Bamboo shoot T1 13.8 笋(上、中、下) (D. farinosus) T2 32.0 笋(上、中、下) T3 56.5 笋(上、中、下) 幼竹期Young bamboo T4 281 秆(上、中、下) T5 510 秆(上、中、下)、根 1年生1-yr old T6 1 760 秆(上、中、下)、根、叶 硬头黄竹 笋期Bamboo shoot T1 16.0 笋(上、中、下) (B. rigida) T2 24.0 笋(上、中、下) T3 55.0 笋(上、中、下) 幼竹期Young bamboo T4 239 秆(上、中、下) T5 535 秆(上、中、下)、根 1年生1-yr old T6 1 500 秆(上、中、下)、根、叶 慈竹 笋期Bamboo shoot T1 17.0 笋(上、中、下) (N. affinis) T2 29.5 笋(上、中、下) T3 43.5 笋(上、中、下) 幼竹期Young bamboo T4 308 秆(上、中、下) T5 470 秆(上、中、下) 1年生1-yr old T6 1 300 秆(上、中、下)、叶 -
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