張建國等揭曉“雨后春筍”生長(zhǎng)謎底

短短幾個(gè)月，毛竹就能從一顆剛出土的幼筍長(zhǎng)成20米高的竹稈，特別是在生長(zhǎng)高峰期的春天，一晚上甚至可以長(zhǎng)高3~4米。毛竹為什么具有這樣神奇的生長(zhǎng)速度，現(xiàn)在這一謎底終于揭曉。

近日，中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)所樹木遺傳育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張建國研究組在毛竹莖稈快速生長(zhǎng)的分子機(jī)制研究中取得了重要進(jìn)展，他們揭示出了竹稈速生的物質(zhì)和能量基礎(chǔ)，該研究結(jié)果已經(jīng)被學(xué)術(shù)期刊Journal of proteome research http://www.kindlingtouch.com/St103691在線發(fā)表。

據(jù)了解，對(duì)于毛竹莖稈生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律的研究，我國目前主要集中在竹稈的材質(zhì)生長(zhǎng)方面，對(duì)竹稈的解剖構(gòu)造已經(jīng)了解得很全面，但是對(duì)于其內(nèi)在的生理生化基礎(chǔ)、內(nèi)在的調(diào)控機(jī)制卻知之甚少。

而張建國研究組發(fā)現(xiàn)，在竹筍到幼竹的生長(zhǎng)階段，快速生長(zhǎng)是由細(xì)胞分裂和細(xì)胞伸長(zhǎng)共同引起的。據(jù)張建國所述，竹子的生長(zhǎng)首先要進(jìn)行細(xì)胞的分裂，但是分裂只能使體積增大，而細(xì)胞分裂后快速地伸長(zhǎng)才是竹子長(zhǎng)高的主要原因。

經(jīng)組織解剖表明，竹稈在發(fā)育初期，細(xì)胞分裂占主導(dǎo)地位，而在發(fā)育的中后期，細(xì)胞伸長(zhǎng)則占主導(dǎo)地位，竹稈的發(fā)育、成熟和老化首先從基部開始啟動(dòng)，然后才是中部和頂部。

但是，不管細(xì)胞分裂還是伸長(zhǎng)都與激素密不可分。據(jù)了解，植物激素是一類天然的有機(jī)物質(zhì)，作為信號(hào)分子能以微量的濃度來影響一些生理過程，包括生長(zhǎng)、分化和發(fā)育等。

而毛竹在沒有光合作用的情況下，激素必然對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育過程起到至關(guān)重要的作用。研究組通過分析竹子整個(gè)發(fā)育期內(nèi)不同發(fā)育部位的內(nèi)源激素的動(dòng)態(tài)變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，竹子中內(nèi)源激素的變化調(diào)控著細(xì)胞的伸長(zhǎng)，而激素間的平衡調(diào)節(jié)了竹稈的伸長(zhǎng)和成熟。

張建國表示，在竹稈的發(fā)育過程中，由于光合能力較弱，能量則主要來自于蔗糖降解，果糖激酶的差異表達(dá)在能量產(chǎn)生中起到了決定作用，無氧呼吸和有氧呼吸的轉(zhuǎn)換在能量生成中也發(fā)揮了重要的作用。

在竹稈發(fā)育的初期，竹稈被一層厚厚的竹鞘所包被，因此就形成了一個(gè)缺氧環(huán)境，在這種狀態(tài)下，儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)就被降解成單糖，通過糖酵解繼而轉(zhuǎn)化成能量。但在竹稈發(fā)育的后期，隨著竹鞘的脫落，缺氧的環(huán)境逐漸減弱，三羧酸循環(huán)就變成產(chǎn)生能量的主要方式。

另外，張建國表示，該研究成果還是竹類植物蛋白組學(xué)方面的報(bào)道，*次從蛋白表達(dá)水平來揭示物質(zhì)快速生長(zhǎng)的生理機(jī)制。

據(jù)了解，蛋白質(zhì)是大多數(shù)基因的產(chǎn)物，是基因功能的zui終執(zhí)行者，蛋白組學(xué)是研究蛋白質(zhì)的一項(xiàng)有力手段。

雖然蛋白組學(xué)研究已用于大量的物種上，但主要集中在動(dòng)物上，關(guān)于植物方面的研究不到整個(gè)蛋白組學(xué)研究份額的5%，涉及到林業(yè)上的物種就相對(duì)更少。

研究發(fā)現(xiàn)，在代謝、能量、細(xì)胞生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)錄等功能蛋白豐度表達(dá)都隨時(shí)間序列而變化，蛋白表達(dá)量受竹子發(fā)育時(shí)期的差異影響較大，而受部位差異影響較小。另外，細(xì)胞伸長(zhǎng)也與蛋白表達(dá)量的變異有關(guān)。

毛竹是我國zui重要的竹種之一，具有*的生態(tài)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和文化價(jià)值，木材產(chǎn)量在林木中*三。

張建國認(rèn)為，本研究針對(duì)毛竹建立了一套完善的雙向電泳體系，今后可以供其他竹類植物蛋白組學(xué)研究參考。另外，把蛋白組學(xué)技術(shù)和林業(yè)研究有效地結(jié)合，用來解決生產(chǎn)上的問題也是一項(xiàng)非常有意義的工作。