植物开花是一个极重要的过程，是个体发育中的巨大转变，这一转变包含着一系列极为复杂的生理生化过程。花发育的问题已经成为当今生命科学前沿的研究热点和难点之一(孟繁静，2000)。总体上来说，花发育过程中基本物质含量及其代谢变化一直是人们研究的热点(陈永宁，1994)。1904年，Klebs提出了控制开花早晚的碳/氮比假说，即比值高时，促进植株开花结实，比值小时，促进植株营养生长(孟繁静，2000)。后来试验结果并不完全支持这一观点，但在当时确实能够解释一些开花现象(Evan, 1971; Bernier, 1988)，同时也揭示了植物进入生殖生长阶段其基本的物质代谢会发生相应的变化。

竹类植物是典型的多年生一次开花植物，且具有独特的处于不同地区和不同环境条件下的同一种类的竹子同时开花同时死亡的现象(杜凡，2000；Janzen, 1976; Sharma, 1994)。针对其开花原因和复壮措施，多位学者进行了研究(李承彪，1997；Campbell, 1987; Numata et al., 1974)。近年来，何奇江等(2005)、郑郁善等(2003)对各种基本物质在开花与未开花竹内的含量进行了测定和分析；丁兴萃(2006)也通过测定不同覆盖条件下竹子叶片、竹鞭的糖、氮、C/N等营养元素和内源激素研究了早竹衰老和开花。但这些均未对与代谢相关的酶进行研究和分析，因此无法确定各种物质在开花期间的变化到底是由于物质加速分解引起的，还是合成受阻引起的。

碳氮代谢是植物体最基本的代谢过程，其在生育期间的变化动态直接影响着光合产物的形成、转化及矿质营养的吸收、蛋白质的合成等，二者的平衡决定着植物体生殖生长与营养生长的关系(赵宏伟，2003)。本文对开花、未开花及开花后又发生逆转的水竹(Phyllostachys heteroclada)叶片中叶绿素、可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白质、蛋白质总量及与碳氮代谢相关的蔗糖酶、淀粉酶、谷胺酰胺合成酶(GS)活性进行了测定和比较，以期从基本物质代谢的角度对竹类植物的开花机制做出初步的探索，从而为其开花预测及花后复壮提供基本的理论依据。

1 试验地区和试验方法 1.1 试验地生境概况

试验地设在四川省雅安市碧峰峡大熊猫繁育基地及其周边地区, 该地区位于雅安市北16 km处。土壤以山地黄壤为主，兼有山地黄棕壤、红壤；属亚热带湿润性季风气候区，气候温和湿润，雨量充沛，年降雨量1 250~1 800 mm；年均气温10.1~16.8 ℃，全年无霜期240~280 d，年日照时数约1 000 h。

自从雅安大熊猫繁育基地建成以来，水竹就一直是大熊猫的主要饲用竹，在秋冬季大熊猫喜食水竹。目前该地区未开花和开花的水竹均有广泛分布，本试验选取了碧峰峡景区内听水厅山庄附近自然分布的开花与未开花竹林为研究对象。未开花竹林面积约100 m²，坡度33°, 海拔1 171~1 210 m，竹子生长状况良好，没有开花迹象；开花水竹林面积约120 m², 坡度30°, 海拔1 140~1 190 m，2004年出现零星开花，2005年开花面积增至整个竹林面积的85%左右，所有的采样均在这些样地内进行。

1.2 调查测定项目及方法 1.2.1 取样和处理

通过对试验区域水竹开花的长时间仔细观察, 发现水竹开花存在着自然的开花逆转现象, 即在植株已经出现少许花苞(一般在植株上部出现1~2朵花苞)以后, 由于某种未知原因, 植物停止开花并表现出良好的营养生长态势, 这为深入研究水竹开花的内部机制提供了有利条件。于2006年10月开始，在试验地点水竹林选择刚刚开始开花的当年生水竹3~5株，依据开花进程每隔15~25 d直至开花盛期竹叶完全脱落为止(即将开花和开花后的水竹叶片会持续脱落，一般在进入盛花期扬粉前后叶片会完全脱落), 分5次采集各枝条顶梢2~4轮叶，用保鲜袋包好后加冰块冷藏保温后运至实验室待处理；同时，选取开花逆转和未开花竹3~5株按照同样的方法采集相同部位竹叶作为对照。采回样品部分液氮冷冻后放入-70 ℃超低温冰箱保存做酶的测定，其余部分105 ℃杀青后在75 ℃烘至恒重用于可溶性糖、淀粉和蛋白质含量测定。

1.2.2 测定项目和方法

1) 叶绿素含量  鲜样剪碎, 称取0.1 g, 用丙酮和无水乙醇等比例混合液40 mL在黑暗处浸提48 h，在紫外分光光度计上测定663 nm和645 nm的吸光度。计算叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量。2)可溶性糖和淀粉含量  称取0.1 g竹叶干样，用蒽酮比色法测定可溶性糖含量，提取可溶性糖后的残渣参照《植物生理实验手册》(上海市植物生理学会，1999)测定淀粉含量。3)可溶性蛋白质含量  取1 g冷冻叶片在冰浴上研磨成匀浆离心后用考马斯亮蓝试剂盒(南京建成生物工程研究所生产)测蛋白质含量。4)蛋白质总量  取0.2 g干样浓硫酸消煮后用凯氏定氮仪测定。5)蔗糖酶活性  取1 g冷冻叶片在冰浴上研磨成匀浆离心后用蔗糖酶试剂盒(南京建成生物工程研究所生产)进行测定。以37 ℃、pH 6.0条件下，每mg蛋白组织每min水解1 nmol蔗糖定义为一个酶活性单位，单位为mg·g^-1min^-1。6)淀粉酶活性  取1 g冷冻叶片在冰浴上研磨成匀浆离心后参照熊庆娥(2003)方法测定淀粉酶活性，单位为mg·g^-1min^-1。7)谷胺酰胺合成酶(GS)活性  取1 g冷冻叶片在冰浴上研磨成匀浆离心后参照赵宏伟(2003)的方法, 根据比色测定的OD值和蛋白质含量计算谷氨酰胺合成酶活性, 单位为mg·g^-1h^-1。

2 结果与分析 2.1 叶绿素含量在开花期间的动态变化

随着开花进程开花水竹叶片中叶绿素a含量呈上升趋势，开花逆转水竹叶绿素a含量在开花初期较高，随后逐渐下降，而未开花水竹叶绿素a含量没有明显变化。

开花水竹叶绿素b含量随着开花进程显著增加，至开花后50 d左右(第3次采样)时达到最高点，之后下降；开花逆转竹叶绿素b含量在开花后即急速下降，在第3次采样时达到最低点，随后又缓慢增加；未开花水竹叶绿素b含量一直呈下降趋势。

相对于未开花和开花逆转水竹，开花竹叶片内叶绿素a/b的变化波动比较大，表现出先高后低又增高的变化趋势，未开花和开花逆转竹a/b整体呈增加态势，变化趋势基本一致。开花竹叶绿素总量先增加后减小，而开花逆转竹是先减少后增加，未开花竹基本没有变化。

2.2 水竹开花期间碳代谢动态变化

随着开花和生长，可溶性糖含量在开花、未开花和开花逆转水竹叶片中均呈增长趋势，开花水竹持续平稳增长，而未开花水竹和开花逆转水竹略有波动。

开花、未开花和开花逆转水竹叶片内淀粉和总糖含量变化趋势基本相似，但规律不明显。开花竹蔗糖酶活性持续增加，至开花后期明显高于未开花和开花逆转竹，终值分别是未开花和开花逆转的3.03和2.07倍，而平均值分别是1.51和1.30倍；未开花和开花逆转竹蔗糖酶活性变化趋势基本相同，均为先增后减。开花竹淀粉酶活性是先增后减又增，变化波动比较大；而未开花和开花逆转竹是先增后减，变化趋势基本相同(图 1)。

2.3 水竹开花期间氮代谢动态变化

水竹叶片中可溶性蛋白质含量是随着生长而逐渐增加的，但开花竹含量和增加幅度明显小于未开花和开花逆转水竹，开花期间开花水竹可溶性蛋白质平均含量只占未开花和开花逆转水竹的41.1%和50.3%；蛋白质总量是随开花和生长逐渐下降的，但仍是未开花竹明显高于开花和开花逆转水竹。开花水竹GS酶活性显著低于未开花和开花逆转水竹，其平均值分别只占未开花和开花逆转水竹的46.1%和33.6%。

开花水竹可溶性糖/可溶性蛋白质均高于未开花和开花逆转竹，开花水竹平均可溶性糖/可溶性蛋白质分别是未开花和开花逆转竹的1.72和1.57倍，而其总糖/全氮无显著差异(图 3)。

3 讨论

未开花水竹叶绿素a、叶绿素b以及叶绿素总量变化趋势基本一致，没有大的波动；开花和开花逆转水竹叶绿素a、叶绿素b以及叶绿素总量变化有明显的波动，且表现出几乎相反的趋势。由此可见，水竹进入开花阶段以后，作为光合活动主要作用因子的叶绿素含量会发生明显的变化，其在开花和开花逆转过程中均表现出比较重要的作用。尤其是进入开花盛期以后，其含量明显增加，对开花过程的影响也更明显。而从植物物质代谢的角度而言，光合作用是碳代谢的重要部分，许多研究指出，植物叶片的叶绿素含量与光合速率之间成密切正相关，叶绿素含量高低反映了叶片光合能力的强弱，在一定程度上还可以作为叶片衰老的指标(刘道宏，1983)。开花水竹叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量的增加从一定程度上说明水竹进入开花阶段以后碳代谢活动会相应地增强。

可溶性糖是光合作用的产物，也是植物体内有机物主要的运输和转移形式。Tzay(2000)研究发现春化处理可以使萝卜(Raphanus sativus)的抽穗开花提早，并且已经完成春化的与未完成春化或脱春化的萝卜植株相比，其总糖及非还原糖的含量均比后两者高，因而认为春化植株中的高糖水平导致了萝卜植株提早花芽分化。开花水竹可溶性糖、总糖含量以及蔗糖酶活性在开花期间均呈比较明显的上升趋势，蔗糖酶活性增加非常明显，终值与平均值均远高于未开花和开花逆转水竹。开花竹淀粉含量、淀粉酶和蔗糖酶活性在开花初期均有较为明显的增加。蔗糖酶是催化蔗糖水解成果糖和葡萄糖的酶，是最早发现的酶之一，在植物的生长发育中，是衡量植物同化产物转化利用及生长强度的指标(周胜军等，2002)。而淀粉与形态建成有密切的关系, 淀粉作为植物细胞内积累的一种重要大分子, 经淀粉酶水解成葡萄糖后, 参与细胞内各种生理生化反应, 以直接或间接的方式影响器官发生和胚胎发生(Sadik et al., 1967)。淀粉、蔗糖酶和淀粉酶活性在开花期间的变化趋势可能与开花初期花芽分化大量花苞形成以及开花后期胚胎形成对同化产物和淀粉的需要量增加，导致植物叶片中同化产物会加速分解向生殖器官转移有关。而开花水竹蔗糖酶和淀粉酶活性的变化趋势又从一定程度上说明开花期间竹类植物的碳代谢尤其是蔗糖和淀粉的分解活动会逐渐增强。

蛋白质作为一类含氮的高分子化合物，它不仅是植物体内细胞的结构物质，而且还参与细胞内活跃的代谢活动，最重要的蛋白质还作为催化各类生化反应的酶，调控各反应正常有序进行。水竹叶片中可溶性蛋白质含量是随着生长而逐渐增加的，但开花竹含量和增加幅度明显小于未开花和开花逆转水竹; 开花水竹谷氨酰胺合成酶(GS)活性显著低于未开花和开花逆转水竹。GS是处于氮代谢中心的多功能酶，具有转化酶和合成酶2种同工酶(Gonzalez et al., 2000；Thomas et al., 2000)。GS是植物氮素代谢的关键酶，在不同水竹叶片中的变化趋势说明水竹进入开花阶段以后，对氮素利用和同化能力逐渐减弱，蛋白质的合成和代谢活动会显著降低。这种变化说明GS活性的增强有助于水竹从生殖生长向营养生长的转化。

开花水竹可溶性糖/可溶性蛋白质均高于未开花和开花逆转竹，而其总糖/全氮无显著差异。可溶性糖是植物体内重要的有机物质，与植物体内有机物的转化有密切关系，是植物碳代谢的重要“源”和“库”；而可溶性蛋白质多为酶蛋白，是植物体内氮代谢的重要催化物质。可溶性糖/可溶性蛋白质主要反映的是植物碳氮代谢活动的基本状态，而总糖和全氮更多地代表植物碳氮“库”的大小和状态，是植物以往代谢活动积累的一种结果。因此，这2个比值在开花与未开花竹叶片内的大小和变化说明竹类植物开花过程中，碳代谢会增强而氮代谢会减弱，但其基本的结构组分并无显著性差异。

4 小结

高等植物在完成营养生长以后，在特定环境条件下，会形成花原基并进一步分化、生长，形成花器，从而完成植物的开花过程，此过程中植物体内进行着各种物质代谢活动，来完成开花的形态建成。本研究结果表明水竹开花过程中叶片内作为最基本物质代谢的碳氮代谢过程会发生明显和较有规律的变化。总的来看，进入开花阶段以后，水竹碳代谢活动会增强而氮代谢会显著降低，这从一定程度上反映出碳氮代谢的强弱能预示植物从营养生长向生殖生长的转化。这一结果也为更深入地研究竹子开花的生理代谢机制和开花预测提供了一定的理论依据。