生根粉處理對(duì)杉木扦插生根和內(nèi)源激素含量的影響

朱 晗，羅紅艷，李 茂，陳齊明，葉義圣，曹光球，林開(kāi)敏，葉義全

（1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建福州 350002；2.國(guó)家林業(yè)局杉木工程技術(shù)研究中心，福建福州 350002；3.福建省鑫閩種業(yè)有限公司，福建福清 350301）

杉木是我國(guó)特有的優(yōu)良速生用材樹(shù)種，主要分布在我國(guó)南方16個(gè)省份，因其具有速生、豐產(chǎn)等特點(diǎn)被廣泛種植，在我國(guó)南方乃至全國(guó)用材林樹(shù)種中占據(jù)重要地位［1］。目前，杉木育苗主要有實(shí)生、扦插和組培等多種手段，但實(shí)生育苗存在種子萌芽率低、無(wú)法穩(wěn)定保持親本優(yōu)良性狀、苗木質(zhì)量參差不齊等問(wèn)題，組培育苗存在增殖系數(shù)低、生產(chǎn)成本高、組培苗造林萌蘗嚴(yán)重等問(wèn)題，這都極大地限制了杉木優(yōu)良材料的應(yīng)用和推廣。扦插繁殖是目前杉木良種繁育采用的主要方式，它能較好地克服實(shí)生苗和組培苗的缺點(diǎn)，能繼承親本全部的遺傳信息，保持親本優(yōu)良的性狀［2-4］。此外，研究表明，杉木扦插無(wú)性系林的造林效果優(yōu)于實(shí)生苗造林，無(wú)論是胸徑、樹(shù)高還是單株材積扦插無(wú)性系林的生長(zhǎng)量均顯著高于同期實(shí)生苗林［5-6］。早在20世紀(jì)70年代，我國(guó)就已經(jīng)有學(xué)者開(kāi)展杉木扦插繁殖技術(shù)的研究［7］。截至目前為止，關(guān)于杉木扦插的研究報(bào)道已有許多，一些學(xué)者圍繞扦插基質(zhì)、穗條來(lái)源、激素種類(lèi)和濃度、扦插季節(jié)等對(duì)杉木扦插穗條生根的影響因素展開(kāi)了大量研究［4，8-11］。楊家鴻等通過(guò)比較不同扦插基質(zhì)和穗條長(zhǎng)度對(duì)杉木扦插生根的影響發(fā)現(xiàn)，7～9 cm的杉木穗條在河沙：珍珠巖為1∶1的基質(zhì)上最有利于生根，可以提高杉木扦插苗的質(zhì)量［4］。何振革等比較了吲哚丁酸（IBA）、奈乙酸（NAA）、ABT1＃等3種生長(zhǎng)激素對(duì)杉木扦插生根的影響發(fā)現(xiàn)，ABT1＃處理的杉木插穗生根效果優(yōu)于IBA和NAA［8］。蘇治南等分析不同生根劑對(duì)杉木扦插生根的影響，結(jié)果表明，ABT1＃對(duì)杉木扦插生根具有顯著的促進(jìn)作用，100 mg/L ABT1＃生根粉的效果最佳［10］。上述研究結(jié)果對(duì)于明確不同影響因素在杉木穗條生根過(guò)程中的地位和作用具有重要意義。但目前關(guān)于杉木扦插技術(shù)的研究主要集中在扦插條件優(yōu)化、扦插苗解剖生理、扦插苗生長(zhǎng)和造林效果等方面［12-16］，而對(duì)于杉木扦插穗條生根過(guò)程中內(nèi)源激素含量的動(dòng)態(tài)變化與生根機(jī)制的研究較少，特別是對(duì)于生根差異顯著的不同處理之間，它們?cè)诓煌纳鶗r(shí)期穗條內(nèi)源激素含量是如何變化的以及它們之間是否存在差異，這種變化和差異與穗條生根率之間存在何種關(guān)聯(lián)尚不完全清楚。因此，開(kāi)展杉木扦插技術(shù)研究，分析生根率差異顯著處理在其生根過(guò)程中內(nèi)源激素含量差異及變化規(guī)律，闡明內(nèi)源激素對(duì)扦插生根的調(diào)控機(jī)制，對(duì)于建立杉木高效的扦插繁殖技術(shù)體系具有重要的指導(dǎo)意義。

本試驗(yàn)以杉木優(yōu)良無(wú)性系020穗條為材料，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過(guò)ABT1＃濃度、穗條長(zhǎng)度、穗條切口類(lèi)型等3個(gè)因素對(duì)杉木優(yōu)良無(wú)性系扦插生根影響的研究，篩選適宜杉木優(yōu)良無(wú)性系020生根的處理?xiàng)l件。在此基礎(chǔ)上，分析生根率最高和最低的處理杉木穗條在生根的不同時(shí)期內(nèi)源激素含量的差異和變化規(guī)律，探討內(nèi)源激素含量與杉木穗條生根率之間的相互關(guān)系，初步闡明內(nèi)源激素介導(dǎo)的杉木穗條扦插生根的調(diào)控機(jī)制，研究結(jié)果對(duì)進(jìn)一步豐富杉木扦插生根調(diào)控理論，提高杉木扦插成活率具有一定的借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

扦插試驗(yàn)于2017年4—6月開(kāi)展，試驗(yàn)地位于福建農(nóng)林大學(xué)科技園實(shí)驗(yàn)室2號(hào)樓后院沙地苗圃，地處119°19′E，26°07′N(xiāo)，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，全年冬短夏長(zhǎng)，雨熱同期，溫暖濕潤(rùn)，無(wú)霜期達(dá)326 d，日照時(shí)數(shù)為1 700～1 980 h，年平均降水量為900～2 100 mm，年均溫為20～26℃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試杉木穗條來(lái)源于福建洋口林場(chǎng)020優(yōu)良無(wú)性系。所用生根粉ABT為ABT1＃，由中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院提供。采用4因素3水平L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置穗條長(zhǎng)度、ABT1＃生根粉濃度、切口類(lèi)型等3個(gè)因素。按照正交表L9（34）安排試驗(yàn)（表1），共設(shè)置9個(gè)處理，每1處理重復(fù)3次，每次重復(fù)30個(gè)插穗，共810個(gè)插穗。試驗(yàn)時(shí)提前在圃地上方搭建塑料薄膜并蓋上遮陽(yáng)網(wǎng)，同時(shí)將圃地床面整平，并提前1 d用高錳酸鉀1 000倍液對(duì)沙地進(jìn)行澆灌消毒。在試驗(yàn)當(dāng)天9 h前采集杉木無(wú)性系無(wú)機(jī)械損傷和病蟲(chóng)害的健康、半木質(zhì)化的穗條進(jìn)行扦插試驗(yàn)，將采集的穗條按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)剪取相應(yīng)的長(zhǎng)度、切口角度，并浸泡對(duì)應(yīng)的生根粉的濃度，將杉木穗條基部在生根粉溶液中浸泡10 min，然后在圃地中打孔將杉木直插并壓緊周?chē)纳惩粒晷芯酁? cm×10 cm，扦插深度為3 cm左右，生根期間進(jìn)行正常的噴水管理，同時(shí)每隔1周就用多菌靈和波爾多液800倍液輪流進(jìn)行消毒，防止病蟲(chóng)害發(fā)生。扦插試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，首先對(duì)新采來(lái)的穗條進(jìn)行取樣，取樣時(shí)將距離頂芽末端3 cm內(nèi)的全部嫩葉剪下，用液氮速凍，隨后放入-80℃冰箱保存，用于后續(xù)內(nèi)源激素含量測(cè)定。扦插試驗(yàn)開(kāi)始后，分別在扦插初期（5 d）、扦插穗條不定根形成時(shí)期（20 d）和穗條大量生根時(shí)期（30 d）分別取樣3次，取樣部位和方法與第1次一樣，每個(gè)重復(fù)每次取2株穗條，用剪刀剪取穗條頂芽2 cm的嫩葉，混合后作為1個(gè)生物學(xué)重復(fù)樣品，取樣后樣品用液氮速凍，保存于-80℃冰箱，用于內(nèi)源激素含量的測(cè)定。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平

1.3 內(nèi)源激素含量測(cè)定

內(nèi)源激素含量測(cè)定參照唐尚格等的方法［17］，采用酶聯(lián)免疫吸附分析法分別測(cè)定杉木頂芽末端嫩葉中的吲哚乙酸（IAA）、脫落酸（ABA）和玉米素（ZT）的含量。每次取樣隨機(jī)抽取6株穗條，兩兩混合作為1個(gè)重復(fù)，每個(gè)處理共設(shè)3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。

1.4 根長(zhǎng)和生根數(shù)量測(cè)定

處理結(jié)束時(shí)，將全部處理的扦插苗整株挖起，用清水洗凈，吸水紙吸干，隨后用直尺直接測(cè)量每個(gè)扦插條上所有的根長(zhǎng)度并目測(cè)生根數(shù)量，同時(shí)統(tǒng)計(jì)生根率，生根率即每種組合處理扦插杉木生根的枝條數(shù)占該組合處理扦插杉木總枝條數(shù)的百分比。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 19.0進(jìn)行方差分析和LSD多重比較法分析，用Excel 2010整理數(shù)據(jù)并繪制圖表，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均以3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)杉木扦插穗條生根率的影響

由表2可知，不同處理對(duì)杉木穗條扦插生根率有明顯影響。生根率最高的為T(mén)5處理，平均生根率達(dá)86.68%，而生根率最低的為T(mén)9處理，其平均生根率僅為16.38%。根據(jù)極差的大小可以得出影響杉木穗條扦插生根率的3個(gè)因素主次關(guān)系表現(xiàn)為ABT1＃濃度＞穗條長(zhǎng)度＞切口類(lèi)型。方差分析結(jié)果（表3）表明，ABT1＃濃度對(duì)杉木穗條扦插生根率有極顯著影響（P＜0.01），而穗條長(zhǎng)度和切口類(lèi)型對(duì)穗條生根率并無(wú)顯著影響（P＞0.05），表明ABT1＃濃度對(duì)杉木穗條的生根具有決定性的作用。此外，不同因素的不同水平對(duì)杉木穗條生根的影響同樣存在差異，就穗條長(zhǎng)度而言，以k2水平最佳；就ABT1＃濃度而言，同樣以k2為最佳；而在切口類(lèi)型中，平切口的生根率優(yōu)于其他2種類(lèi)型切口。因此，杉木穗條扦插生根率優(yōu)化組合方案：穗條長(zhǎng)度為10 cm，ABT1＃濃度為250 mg/L，切口類(lèi)型為平切口。

表2 L9（34）正交試驗(yàn)分析結(jié)果

表3 不同處理對(duì)杉木扦插苗生根率方差分析結(jié)果

2.2 不同處理對(duì)杉木扦插穗條平均生根數(shù)和平均根長(zhǎng)的影響

由表4可知，不同組合處理對(duì)杉木扦插苗平均生根數(shù)量的影響具有明顯差異。其中，T5處理的穗條平均生根數(shù)量最多，平均每個(gè)穗條根數(shù)達(dá)13.5條，而T9處理的生根數(shù)量最低，平均每個(gè)穗條數(shù)量?jī)H有6.5條。不同處理的平均生根數(shù)量表現(xiàn)為T(mén)5＞T8＞T4＞T1＞T7＞T2＞T3＞T6＞T9。方差分析結(jié)果（表5）表明，不同組合處理對(duì)穗條平均生根數(shù)量存在極顯著影響（P＜0.01）。T5組合處理對(duì)杉木扦插穗條生根數(shù)量具有良好的促進(jìn)作用。

除了生根數(shù)量外，根長(zhǎng)也是衡量植物扦插效果的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。穗條不定根長(zhǎng)度分析結(jié)果表明，不同組合處理對(duì)杉木扦插穗條平均根長(zhǎng)具有不同影響。由表4可知，T4處理下杉木扦插穗條平均根長(zhǎng)最長(zhǎng)，達(dá)1.05 cm，T5處理次之，平均根長(zhǎng)為0.97 cm，多重比較結(jié)果表明，二者之間不存在顯著差異。與平均生根數(shù)量結(jié)果類(lèi)似，T9處理下杉木扦插穗條平均根長(zhǎng)最短，僅為0.30 cm。不同處理平均根長(zhǎng)表現(xiàn)為T(mén)4＞T5＞T8＞T7＞T2＞T1＞T6＞T3＞T9。方差分析結(jié)果（表5）顯示，不同組合處理對(duì)杉木穗條平均生根長(zhǎng)度具有極顯著的影響（P＜0.01）。T4、T5組合處理對(duì)杉木扦插穗條生根數(shù)量具有良好的促進(jìn)作用。

表4 不同處理對(duì)杉木扦插苗平均根數(shù)和平均根長(zhǎng)的影響

表5 不同處理杉木扦插苗平均生根數(shù)和根長(zhǎng)方差分析結(jié)果

2.3 不同處理對(duì)杉木穗條生根過(guò)程中內(nèi)源激素含量變化的影響

由于植物內(nèi)源激素含量對(duì)扦插穗條的生根具有重要影響，于是比較了生根率最高的T5處理和生根率最低的T9處理下杉木穗條在不同的生根時(shí)期（扦插初期、不定根形成時(shí)期和大量生根時(shí)期）植物內(nèi)源激素含量的差異和變化規(guī)律。由圖1可知，不同處理下杉木穗條內(nèi)源生長(zhǎng)素IAA含量在整個(gè)生根過(guò)程中均表現(xiàn)為先增加后降低的變化趨勢(shì)。在扦插初期（5 d），內(nèi)源IAA含量明顯增加；而在扦插穗條不定根形成時(shí)期（20 d），其IAA含量進(jìn)一步增加并達(dá)到峰值；隨后在穗條大量生根期（30 d），IAA含量明顯下降。而且在不同生根時(shí)期，T9處理IAA含量均明顯高于T5處理；在扦插初期、不定根形成時(shí)期和大量生根時(shí)期，T9處理穗條IAA含量分別是T5處理的1.85、1.71、2.56倍。不同處理下穗條脫落酸含量在整個(gè)生根過(guò)程中表現(xiàn)為逐漸下降的變化趨勢(shì)（除T9處理在30 d略有增加），而且在不同生根時(shí)期T5處理穗條ABA含量降幅均大于T9處理，在大量生根時(shí)期二者差異達(dá)到最大，后者ABA的含量是前者的1.47倍。此外，在不同時(shí)期T5處理內(nèi)源ABA含量均低于T9處理。與ABA變化趨勢(shì)類(lèi)似的是，不同處理下杉木穗條內(nèi)源玉米素含量在整個(gè)生根過(guò)程中均表現(xiàn)為逐漸下降的變化趨勢(shì)，而且在整個(gè)生根過(guò)程中，不同時(shí)期T5處理下杉木扦插穗條內(nèi)源ZT含量均低于T9處理，其中在不定根形成時(shí)期和大量生根時(shí)期這2個(gè)時(shí)間點(diǎn)二者內(nèi)源ZT含量差異最為明顯。

3 結(jié)論與討論

扦插作為植物無(wú)性繁殖的重要手段廣泛應(yīng)用于園林、造林和珍貴樹(shù)種的種苗繁育中［8，18-19］。植物扦插生根除了受自身的生物學(xué)特性影響外，還受到眾多因素的影響，例如外源激素種類(lèi)和濃度、扦插基質(zhì)、插穗類(lèi)型等均對(duì)穗條的生根具有重要的影響［20］。在這些因素中，生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是最為關(guān)鍵的因素，生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)不定根形成具有重要的調(diào)控作用，它能顯著誘導(dǎo)根原基的產(chǎn)生，進(jìn)而促進(jìn)不定根的形成［21］。ABT1＃生根粉是目前應(yīng)用十分廣泛的一種生根調(diào)節(jié)劑，它主要由不同比例萘乙酸（NAA）和吲哚丁酸（IBA）組成，對(duì)許多難生根的木本植物的生根均具有良好的促進(jìn)效果［19］。本研究也發(fā)現(xiàn)，ABT1＃濃度對(duì)杉木穗條生根具有極為顯著的影響（P＜0.01），但濃度過(guò)高則不利于杉木穗條的生根。蘇治南等也認(rèn)為ABT1＃濃度越低，杉木扦插根系生長(zhǎng)越好，結(jié)果表明，100 mg/L的ABT1＃能較好地促進(jìn)23年生母樹(shù)收集的穗條生根，生根率達(dá)96%以上［10］。而在本研究條件下所得杉木穗條最高生根率僅為86.68%，明顯低于蘇治南等的研究結(jié)果［10］，這可能與插穗來(lái)源、穗條年齡、扦插時(shí)間等的不同有關(guān)。上述結(jié)果表明，外源ABT1＃處理可有效促進(jìn)杉木穗條的生根，而且不同ABT1＃濃度對(duì)杉木扦插生根具有不同的影響，過(guò)高的濃度對(duì)穗條生根具有顯著的抑制效應(yīng)。此外，綜合正交試驗(yàn)結(jié)果可以得出，020杉木優(yōu)良無(wú)性系穗條扦插生根的優(yōu)化組合方案為穗條長(zhǎng)度為10 cm，ABT1＃濃度為250 mg/L，切口類(lèi)型為平切口。

研究表明，穗條的生根能力與植物內(nèi)源激素含量密切相關(guān)，外源生根劑可以通過(guò)調(diào)控內(nèi)源激素的含量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)穗條不定根誘導(dǎo)和生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控［22-23］。的確，本研究也發(fā)現(xiàn)在扦插初期高濃度ABT1＃處理（T9）的杉木扦插穗條內(nèi)源IAA含量明顯高于低濃度ABT1＃處理（T5）的穗條IAA含量，而且在整個(gè)扦插過(guò)程不同時(shí)期T9處理的穗條內(nèi)源IAA含量均明顯高于T5處理的穗條IAA含量，進(jìn)一步證實(shí)了關(guān)于外源激素處理對(duì)內(nèi)源激素含量調(diào)控的作用。IAA是誘導(dǎo)不定根形成的主要激素之一，IAA能顯著誘導(dǎo)根原基的啟動(dòng)，增加根原基數(shù)量［24-25］。然而，本研究中發(fā)現(xiàn)，在生根率較高的T5處理中IAA含量較低，而生根率較低的T9處理中IAA含量較高，這可能是由于杉木穗條對(duì)生長(zhǎng)素較為敏感，對(duì)生長(zhǎng)素表現(xiàn)出低促高抑的現(xiàn)象。此外，不同生長(zhǎng)時(shí)期穗條內(nèi)源IAA含量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)表明，在不定芽形成時(shí)期（20 d）須要促進(jìn)其體內(nèi)IAA的積累來(lái)誘導(dǎo)根原基的啟動(dòng)和發(fā)育，而在側(cè)根大量形成時(shí)期（30 d）則須要消耗大量的IAA來(lái)促進(jìn)側(cè)根的伸長(zhǎng)。ABA通常表現(xiàn)為抑制植物不定根的形成［26］，在杉木扦插生根過(guò)程的不同時(shí)期，具有較高生根率的T5處理內(nèi)源ABA含量明顯低于具有較低生根率的T9處理，上述結(jié)果進(jìn)一步表明，外源ABT1＃處理不但可以通過(guò)影響IAA含量來(lái)調(diào)控杉木穗條生根數(shù)量，而且可以通過(guò)降低ABA的合成或促進(jìn)ABA降解來(lái)降低穗條內(nèi)源ABA的含量，從而提高杉木穗條的生根率，這與前人研究結(jié)果［27］一致。除了ABA能抑制植物不定根誘導(dǎo)和發(fā)育外，研究表明，細(xì)胞分裂素也是抑制不定根根原基形成的主要抑制劑［28］。本研究中發(fā)現(xiàn)在杉木扦插生根過(guò)程的不同時(shí)期，穗條內(nèi)源ZT含量逐漸降低，而且在不定根形成時(shí)期內(nèi)源ZT下降趨勢(shì)更為明顯，因此，外源ABT1＃處理通過(guò)加速ZT的降解，來(lái)減輕ZT對(duì)不定根形成的抑制，促進(jìn)根原基的形成和發(fā)育，最終提高扦插穗條生根數(shù)量。

綜上所述，在杉木穗條不定根形成過(guò)程中，ABT1＃生根粉通過(guò)增加內(nèi)源IAA含量與降低內(nèi)源ABA和ZT含量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)杉木穗條生根過(guò)程的調(diào)控。關(guān)于低濃度外源生根粉通過(guò)何種途徑改變內(nèi)源激素含量以及內(nèi)源激素通過(guò)何種途徑對(duì)不定根的誘導(dǎo)和發(fā)育進(jìn)行調(diào)控的作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。