绿竹研究进展与展望

绿竹作为一种优良的笋材两用竹种,具有较高的生态、经济和观赏价值。为进一步加强和深化浙南地区绿竹资源的开发和利用,文章综述了2005年以来在绿竹生物学、遗传学、繁殖繁育、竹林管护、竹材加工、竹笋保鲜和竹笋加工等方面的研究进展,提出了绿竹今后的研究重点和资源开发利用建议。目前,对于绿竹的研究广泛而深入,但是绿竹喜温暖湿润,不耐严寒,适生区域具有局限性,笋期在夏季,竹笋采收后不适合长期贮藏和远距离运输,致使绿竹笋的销售受到地理区域的限制;绿竹多为母株移栽造林,具有母系遗传特性,开花周期较长且不固定,结实率较低,使绿竹的良种选育具有遗传上的局限性,因此在绿竹笋保鲜加工、遗传信息扩展和优良种质选育等方面需要进一步深入研究。

绿竹咖啡酸-O-甲基转移酶基因(COMT)的克隆及相关分析

采用RT-PCR及RACE方法从绿竹中分离了COMT基因家族的一个基因,命名为BoCOMT1。BoCOMT1全长1 377 bp,编码一个361 aa的蛋白,估计分子量为39 kDa。BoCOMT1与小麦的TaCOMT、甘蔗的SoCOMT、玉米的ZmCOMT和毛白杨的PtCOMT的氨基酸序列比对结果表明,BoCOMT1与TaCOMT的氨基酸同源性最高,达到86.7%,系统进化树的分析表明,BoCOMT1与TaCOMT亲缘关系较近。RT-PCR结果显示,BoCOMT1在茎中的表达量约为叶中的2倍。

海盐对绿竹叶片反射光谱及叶绿素荧光参数的影响

沿海防护林是海岸生态系统中最基本的生物资源,由于沿海地区地下水位高,土壤含盐量高,肥力低,生态环境恶劣等特点,所以优良植物种选择是加快沿海优良防护林体系建设的关键。为了探讨绿竹耐盐性以及为沿海地区防护林选择优良植物种,以2年生绿竹(Bambusa oldhamii)为材料,采用水培法进行不同浓度的海盐处理,利用Unispec-SC型单通道光纤光谱仪和非调制式叶绿素荧光仪对绿竹叶片反射光谱和叶绿素荧光参数等进行测定。结果表明:当海盐浓度小于1.2%时,绿竹叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量,以及"三边"参数与对照无显著差异,当海盐浓度升高到1.6%时,色素与对照相比分别降低了63.2%、62.8%和47.2%(P<0.01),红边位置(λr ed)和红边面积(Sred)相比对照显著减小(P<0.05)。1.2%浓度的海盐处理,红边归一化指数(rNDVI)、绿度归一化指数(gNDVI)、类胡萝卜素反射指数2(CRI700)和光化学反射指数(PRI)显著降低(P<0.05),与对照相比分别降低了27.3%、23.3%、19.5%和43.9%;当海盐浓度增加到1.6%时,rNDVI、改良红边比值指数(mND)、gNDVI、改良归一化差值指数(mSR700)、类胡萝卜素反射指数1(CRI550)、CRI700和PRI等参数与对照相比分别下降了42.4%、43.9%、32.6%、21.5%、47.2%、49.9%和58.5%。绿竹叶片PSⅡ最大量子产率(Fv/Fm)、电子传递的量子产额(ΦEo)、单位反应中心捕获的用于电子传递的能量(ETo/RC)、单位面积反应中心数目(RC/CS)和叶片性能指数(PIABS)等参数,1.6%海盐处理与对照相比分别降低了50.8%、28.6%、21.7%、52.1%和92.3%,单位反应中心复合体吸收的能量(ABS/RC)比对照提高了96.9%。说明绿竹具有一定的耐盐性。

竹子捕光叶绿素a/b结合蛋白基因全长的克隆和序列分析

采用RT-PCR技术与RACE技术，从绿竹中克隆到捕光叶绿素a／b结合蛋白基因全长eDNA，命名为cab-BO1（GenBank登记号：EF061137）。该基因长1102bp，从第64—861bp含有1个开放阅读框，编码265个氨基酸。cab-BO1编码的氨基酸中第64-232位包括典型的捕光叶绿素a／b结合蛋白功能域，第9—11位为蛋白激酶c的磷酸化位点，第27～52位为泛素结构功能域信号，第55～58位为酪氨酸激酶（CK2）磷酸化位点O序列相似性分析结果表明：cab-BO1 DNA序列和编码的氨基酸序列与玉米、小果野蕉、小麦、水稻等的cab基因及其氨基酸序列的相似性分别在85％和89％以上，显示了cab家族基因在进化过程中的保守性。

绿竹BoSUT2基因的分子特征与亚细胞定位

植物蔗糖转运蛋白(sucrose transporter,SUT)作为一种功能性蛋白,在蔗糖运输以及蔗糖特异信号感应过程中发挥着重要的生理功能。采用RT-PCR方法从绿竹中分离1个新的编码蔗糖转运蛋白基因,cDNA长1668bp,编码555个氨基酸,命名为BoSUT2(注册号:EU247931)。序列分析表明,BoSUT2与其他单子叶植物的蔗糖转运蛋白有着较高的一致性,其中与绿竹BoSUT1一致性最高,达92.3%。编码蛋白二级结构预测分析显示,BoSUT2具有糖运转子保守域和跨膜结构域,属于膜蛋白。组织特异性表达检测表明,BoSUT2在叶片和叶鞘中的表达丰度较高且比较接近,在根中有微弱表达。将BoSUT2置于35S启动子之下,构建了含GFP的融合表达载体,并转化烟草悬浮细胞,观察结果表明,BoSUT2主要定位到细胞质膜上。

绿竹咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶基因的克隆与分析

咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(CCoAOMT)是木质素生物合成过程中的一个关键酶类。采用RT-PCR及RACE方法从绿竹中分离了CCoAOMT家族的一个基因,命名为BoCCoAOMT1(GenBank注册号为EF028662)。BoCCoAOMT1的cDNA全长873bp,含有一个780bp的读码框,编码一个259aa的蛋白,分子量约为29kD。序列分析结果表明,BoCCoAOMT1的编码肽链含有CCoAOMT类基因所有的保守序列元件,与禾本科植物水稻的CCoAOMT类基因有着很高的一致性,达到90.0%。系统进化树分析表明,BoC-CoAOMT1与水稻的CCoAOMT亲缘关系较近。

设施栽培绿竹笋用林的出笋规律

对设施内外绿竹的出笋规律进行了比较研究,结果发现:设施内绿竹出笋比露天早40 d,笋期历时3个半月,露天历时3个月,设施栽培具有提早出笋和延长笋期的作用。整个笋期,设施内竹丛出笋共3.94株/m2,总产量1 125.90 g/m2,平均笋产量为290.00 g/株,新竹平均胸径为4.39 cm;露天竹丛出笋共3.15株/m2,总产量为988.40 g/m2,平均笋产量为320.00 g/株,新竹平均胸径为4.74 cm。设施内单位面积笋产量较大,但笋的品质和成竹品质偏低,绿竹设施栽培技术及其经营管理水平仍需不断完善。

绿竹光系统Ⅰ捕光叶绿素a/b结合蛋白基因的cDNA全长克隆及分析

为了从分子水平研究竹子光合作用的机理,采用RT-PCR及RACE方法从绿竹中分离了cab家族的一个基因,命名为BoLhca4-1(GenBank注册号为EF690303)。BoLhca4-1的cDNA序列全长931 bp,含有一个735 bp的开放阅读框,编码了一个244 aa的蛋白,分子量大小约为26.8 ku。序列分析结果表明,BoLhca4-1是光系统Ⅰ的一个捕光叶绿素复合蛋白基因,编码肽链与禾本科植物水稻的cab蛋白有着很高的同源性,达到86.1%。系统进化树分析表明,BoLhca4-1编码蛋白与水稻的cab蛋白亲缘关系较近。另外,对绿竹不同组织中BoLhca4-1基因的表达进行RT-PCR检测发现,其在叶片中的表达量较鞘和茎中要高。

绿竹cab-BO2基因的克隆及其表达载体的构建

捕光叶绿素a/b结合蛋白基因是绿色植物光合系统中的重要基因,其编码的蛋白与色素所形成的蛋白复合体在光化学反应、光保护等方面都起着重要的作用。采用RT-PCR技术和与RACE-PCR技术,从绿竹中克隆到捕光叶绿素a/b结合蛋白基因的全长cDNA编码区,命名为cab-BO2(GenBank登记号:EF088668)。该基因编码区长为792bp,编码263个氨基酸。通过加酶切位点的方法,将基因的编码区直接构建到载体pBI121多克隆位点。经过酶切检测,获得了包含35S启动子、cab基因、GUS报告基因和NOS终止区域的植物表达载体。

一个绿竹MADS-box基因的克隆与序列分析

MADS-box基因编码的转录因子在植物花器官发育过程中起着重要作用。采用RT-PCR技术,从绿竹(Bambusa oldhamii L.)中分离到一个MADS-box基因,命名为BOMADS1(GenBank登记号:EF517293)。BOMADS1编码区cDNA全长723 bp;编码区共编码240个氨基酸,具有典型的植物MADS-box基因结构,其编码肽链包含了MADS区、K区、I区和C末端。序列分析结果表明,BOMADS1编码的蛋白与其它植物的MADS-box蛋白有着较高的一致性,其中与石刁柏(Asparagus officinalis L.)的AOM3高达87%。系统进化树分析表明BOMADS1基因属于E类功能基因。

绿竹BoCOBL基因的分子特征及其表达分析

为探讨COBRA相像蛋白(COBL)在竹子细胞发育过程中的作用,采用RT-PCR和RACE技术,从绿竹(Bambusa oldhamii)叶片中克隆到1个COBL同源基因BoCOBL(GenBank登录号:EU247930),cDNA全长为1743 bp。序列分析表明,BoCOBL编码含451个氨基酸的COBL蛋白,其N端具有1个明显的跨膜螺旋结构,C端具有1个糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白信号序列,属于糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白家族,为典型的膜蛋白。通过构建BoCOBL::GFP融合表达载体,并转化到烟草(Nicotiana tabacum)悬浮细胞中,表达分析表明BoCOBL::GFP融合蛋白定位于细胞膜上,而对照GFP的分布无特异性,证明BoCOBL基因编码的蛋白为膜蛋白。组织特异性表达分析表明,BoCOBL基因的表达模式为组成型,在根、茎、叶片和叶鞘中均有表达,但在茎中的表达丰度略低。这为深入研究BoCOBL基因在竹子中的功能奠定了基础。

越冬期不同产地绿竹叶绿素荧光参数的动态变化

测定了4个产地绿竹在越冬期叶绿素荧光参数的动态变化,分析了不同产地绿竹抵御低温的适应机制。结果表明:绿竹对低温反应敏感,在越冬期内,其叶绿素初始荧光(F0)、非光化学猝灭系数(qN)有所升高,而最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、PSⅡ最大光能转换效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/F0)、光化学猝灭系数(qP)、PSⅡ实际光量子效率(ΦPSⅡ)等指标呈现出与月平均气温相一致的动态变化,即先下降后上升。低温胁迫后绿竹叶片通过光合作用调节而形成自我保护机制,随着低温胁迫的增强,PSⅡ潜在活性和原初光能转化效率受到抑制,光合作用能力减弱,温度达到最低时光抑制明显,一旦胁迫缓解,叶片光合能力有所恢复;温州绿竹光能转化效率较高,具有较强抗低温能力,福安、尤溪绿竹居中,漳州绿竹抗寒性最弱。

不同土壤类型对绿竹笋营养成分的影响

于2017年7月中旬(绿竹出笋盛期),在福建省尤溪县对同一区域内栽培措施相对一致的3种土壤类型(山地红壤、坡地黄红壤、河滩冲积土)的肥力及其栽培的绿竹笋的主要营养成分进行分析。结果表明,3种土壤类型的基础肥力有明显不同,全氮、全磷、全钾、全铁、有机质等养分含量以及pH值存在显著或极显著差异。其中,河滩冲积土的pH、全钾、钙、镁含量较高,黄红壤的碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷、全铁含量较高,红壤的有机质含量较高。但在集约经营下有效养分供应相对一致,即速效氮、磷、钾养分含量差异不显著;在相同气候和经营管理下,不同土壤类型培育的竹笋营养成分比例与内含元素含量变幅较大,河滩冲积土的竹笋氮、磷、镁、粗蛋白含量较高,黄红壤的竹笋钾、铁含量较高,而红壤的竹笋钙、粗脂肪、可溶性糖含量较高;竹笋的内含养分与土壤养分间的相关分析表明,土壤中速效钾、全钾、镁、铁含量直接影响着竹笋主要养分的积累,有机质、碱解氮含量也具有一定相关性。

保水剂与氮肥协同作用对绿竹抗性生理影响的综合评价

以福建省沿海沙地木麻黄林下套种的2年生绿竹为研究对象,对其进行保水剂与氮肥试验,测定不同处理对绿竹叶片叶绿素含量等生理指标的影响,利用主成分分析法和隶属函数法对不同保水剂与氮肥处理效果进行综合评价。结果表明:保水剂与氮肥的施用能够提高绿竹抵御福建沿海沙地夏季高温干旱的能力。在夏季不同处理时期,叶绿素含量差异不明显,可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶活性和过氧化物酶活性活性均在8月表现最低,9月表现最高,丙二醛含量和电解质渗透率在7月表现最低,8月表现最高。运用主成分分析法筛选出可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量和丙二醛含量作为保水剂与氮肥施用效果综合评价指标,通过隶属函数法进行综合评价,A2B1和A1B3平均隶属函数值最大,该保水剂与氮肥处理综合效果优于其他处理。

花叶花秆绿竹的试管快繁研究

以花叶花秆绿竹Bambusa oldhamii f.variegata腋芽为外植体,筛选增殖最佳芽数3个.丛-1来研究不同种类和质量浓度的植物生长调节剂对花叶花秆绿竹增殖的影响。结果表明:单独添加时,6-苄基腺嘌呤(BA)和噻二唑苯基脲(TDZ)效果优于激动素(KT)和2-异戊烯基腺嘌呤(2ip);BA和TDZ相互作用时,效果优于各自单独添加。当0.01 mg.L-1 TDZ与3.00 mg.L-1BA结合时,芽体增殖最佳,增殖系数达4.63,芽丛生长旺盛。外植体经50.00 mg.L-1吲哚丁酸(IBA)处理1 d,再转移到MS(Murashige and Skoog)基本培养基上,发根率最大,达55%,根系发达,试管苗移栽成活率达85%以上。

绿竹花发育相关基因BoAP3的克隆与分析

MADS-box基因家族在决定花分生组织特性和花器官发育过程中起着重要的作用。以绿竹Bambusa oldhamii开花试管苗花芽为植物材料,采用cDNA末端快速扩增技术(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术,获得了1条MADS-box基因家族的基因,命名为BoAP3。序列分析结果表明:BoAP3开放阅读框(open reading frame,ORF)长度为654 bp,编码218个氨基酸,具有典型的植物MADS-box蛋白结构,其编码肽链包含了MADS区、K区、I区和C区。BoAP3与小麦Triticum aestivum,水稻Oryza satva等AP3-like同源基因所编码的氨基酸同源性达到80%以上。定量聚合酶链式反应(PCR)结果表明:BoAP3基因在开花试管苗的花芽中表达量是不开花试管苗营养芽表达量的8.1倍,表明该基因可能参与了花器官的发育。

绿竹花发育相关BoAG-like基因的克隆与表达特性分析

AG基因属于MADS-box家族,在决定花分生组织特性和花器官发育中起着重要的作用。为阐明竹类植物AG基因的表达特性,本研究以绿竹开花试管苗花芽为植物材料,采用cDNA末端快速扩增技术(RACE),获得了完整的cDNA序列,命名为BoAG-like。序列分析结果表明,BoAG-like长度为792 bp,具有AG基因特有的AGⅠ区和AGⅡ区;BoAG-like与水稻OsMADS58、玉米ZAG1和毛竹PhMADS3的AG-like同源蛋白所编码的氨基酸序列同源性达到80%以上,均属于C类基因的eu-AG系;蛋白的三级结构预测结果表明,BoAG-like与水稻OsMADS58和二穗短柄草BdMADS18最为接近,但也存在明显差异;实时荧光定量PCR结果表明,BoAG-like基因在花器官的表达量明显高于营养器官的表达量,且其表达量随着绿竹花发育进程呈上升趋势;BoAG-like的表达量在绿竹花芽不同部位存在显著差异,其中在雌蕊中最高,外稃中最低。本研究结果为进一步深入研究竹子花发育的分子机制奠定了一定的理论基础。

绿竹锌指蛋白基因BoBZF克隆及功能初步分析

锌指蛋白在原核生物与真核生物基因转录调控中发挥着重要作用。采用RT-PCR和RACE技术,从绿竹叶片中分离到1个锌指蛋白基因,命名为BoBZF(GenBank登记号:EU606025)。BoBZF cDNA全长1076bp,编码256个氨基酸。蛋白结构分析表明,其编码的蛋白具有2个B-Box结构域,属于B-Box型锌指蛋白。组织特异性表达显示BoBZF在叶片、叶鞘、幼茎和根中均有表达,其中在叶片的表达丰度较高。将BoBZF置于CaMV35S启动子控制下,构建到载体pBI121的多克隆位点,并转化拟南芥。RT-PCR分析表明,BoBZF已在拟南芥中表达。转基因植株耐旱性明显提高,意味着BoBZF与竹子的耐旱能力有关。

气象因子与绿竹笋产量和质量的相关分析

对福建省尤溪县、古田县、永安市的5个绿竹试验林的竹笋产量、质量进行观察和统计,研究气象因子与绿竹竹笋产量、质量的相关关系,结果表明:气象因子对绿竹竹笋产量和质量的影响在不同样地中的表现有所不同,总体上看温度因子的影响较为突出,其次是蒸发量、日照时数,但竹笋产量与空气相对湿度呈负相关,20 cm土层土壤温度对于绿竹竹笋生产时间的响应较为突出;不同样地地理位置的差异造成了不同的气候条件,影响了绿竹竹笋的生长,同时气象因子对竹笋产量的影响有一定的滞后性,可能是一个积累的过程。

绿竹花器的结构与形态研究

为进一步了解绿竹花器的结构与形态,对绿竹开花植株、花器进行观察、解剖、拍照.绿竹花枝由小穗组成,小穗由6～10朵小花组成,小花由外稃、内稃、鳞被、雄蕊、雌蕊组成.雄蕊6枚,柱头3个.