基于同化物横向运输竹秆节部结构与功能的研究

竹子是无次生生长的多年生常绿植物，竹秆节间的维管束之间相互分离，其物质的横向运转和环流主要发生在节部。本项目拟从细胞水平和酶化学水平比较研究毛竹（Phyllostachys edulis）及其变异类型厚壁毛竹（Phyllostachys edulis 'Pachyloen'）（毛竹唯一笋材兼优的变异类型，变异特点表现在其竹秆秆壁特厚，生物量大）竹秆节部同化物横向运输相关的结构及其功能，探讨物质横向运输过程中信号物质、特异性蛋白及相关酶的规律性变化，同时利用三维重建技术展示其立体形态、空间位置以及组织细胞之间的关系，全面揭示竹类植物同化物横向交流运输的结构基础。本项目的开展对于进一步阐明竹类植物多年生性质的细胞学机理打下基础，并为提高竹子生物量提供理论依据。

竹秆节间的维管束之间相互分离，其物质的横向运转和环流主要发生在节部。项目以毛竹（Phyllostachys edulis）及其变异类型厚壁毛竹（Phyllostachys edulis ‘Pachyloen’）为研究对象，研究了竹秆节部发育过程中与同化物横向运输相关的结构、ATP酶活性、Ca2+分布规律以及P-蛋白质的变化。. 结果表明：厚壁毛竹与毛竹韧皮部都具有节部特有结构韧皮结。韧皮结起源于原形成层，位于物质运输改变方向的地方。成熟的韧皮结大部分细胞的液泡和细胞核降解消失，细胞中仅剩部分线粒体、P-蛋白质体和内质网或内质网堆沿细胞壁边缘化分布。同时部分细胞细胞核大居中，细胞质浓，具分生细胞特点，起到伴胞功能。韧皮结细胞间存在大量的胞间连丝，加快了细胞间物质交流，有利于物质的运输和积累。. 成熟期韧皮结细胞内含大量的P-蛋白质体，但厚壁毛竹竹秆节部成熟的韧皮部细胞内分散蛋白晶体较毛竹更多，且多分布于筛域附近。而毛竹成熟的韧皮部细胞内分散的晶体较厚壁毛竹的少，且含有分散蛋白晶体的细胞多靠近具有细胞核的韧皮结细胞。. 成熟的韧皮部筛管细胞ATP酶活性以质膜和胞间连丝最高。韧皮结细胞质膜、胞间连丝和细胞核在细胞发育过程中始终具有ATP酶活性，尤以胞间连丝ATP酶活性较高，表明韧皮结细胞内活跃的生理代谢和胞间频繁的物质及信息交流。节间基本组织细胞质膜始终都具ATP酶活性，且以短细胞ATP酶活性显著较强，细胞内保持旺盛的主动物质吸收和活跃的新陈代谢过程。Ca2+参与了节部结构发育和生理代谢，通过调节P-蛋白和胞间连丝进而调节韧皮部的运输功能。. 三维立体结构显示厚壁毛竹竹秆韧皮结和短细胞所占比例高于毛竹，加快了细胞间物质交流，有利于物质的运输和积累。此研究的开展为进一步阐明竹类植物多年生性质的细胞学机理打下基础，并为提高竹子生物量提供了理论依据。