古樹扦插繁育研究進展

■杜常健 江澤平 史勝青

歷經千百年的洗禮而頑強生存下來的古樹名木，是大自然賜予人類的寶貴遺產和不可復制的“活”歷史文物，有“活化石”“古文化”“國寶”之稱，具有重要的科學、文化價值，也是園林綠化和旅游資源的重要組成部分。古樹不僅能使我們更好地了解千百年來環境的演化過程、自然和歷史現狀，還是一座優良種源基因寶庫，為林木育種提供優良材料。但長期以來，由于年齡的增長、自然環境惡化以及人為干擾破壞等原因，我國古樹資源遭受到嚴重的破壞，數量急劇減少。

眾多的古樹在進化中具有了獨特的抗逆性狀，已成為寶貴的遺傳資源。隨著樹齡增大，古樹生長勢衰弱日趨明顯、根系擴張能力萎縮、死枝數目增多。雖然古樹衰亡的趨勢不可逆轉，但是引起古樹衰亡的客觀原因卻是可以通過保護工作來解決的。因此，保護和利用古樹資源已迫在眉睫。目前，無性繁殖被認為是完整保護古樹遺傳資源的有效手段之一。但古樹年齡和成熟度較高，無性繁殖時其不定根的再生能力很差。迄今為止，我國古樹方面的研究大部分處于基礎階段，主要包括在古樹資源調查、保護與復壯技術、健康評估、古樹衰老的生理學特征研究等方面，但古樹扦插的研究報道也逐漸增多。因此，本文在古樹保護價值的基礎上，概述古樹扦插繁殖研究進展情況，以期為今后古樹復壯與保護以及不定根發生機理研究提供參考。

古樹保護價值

古樹的歷史文化價值主要表現在它所承載的民族文化和記錄的歷史事實等方面，是歷史長河的見證，民族文化的積淀。例如，我國有軒轅柏、掛甲柏、秦檜、漢槐、隋梅、唐杏之說。古樹記錄著周圍環境變遷的信息，它的年輪結構，就像一面歷史的明鏡，向人們展示著漫長歲月中氣候、水文、地質、地理、生物、生態等的變化情況。例如，通過古樹年輪的寬窄和結構能夠推算出其所在地區的氣候以及地質的變化。這在植物生態學和生物氣象學等方面有很高的研究價值。

珍貴物種基因有著不可估量的作用，與人類社會的發展息息相關。古樹基因圖譜具有特殊性，其中抗衰老、抗蟲、抗病等有價值的基因，是植物遺傳改良的重要材料，已成為一座優良種源基因寶庫。

古樹是皇家陵園、名勝古跡的特色之一，它們莊重自然、蒼勁古雅、姿態奇特，把祖國的山川湖海裝點得更加莊嚴秀麗。經過千百年的風雨雕刻的古樹，常有著蒼勁外觀和古樸的形態，可作為城市綠化的重要素材。

古樹扦插生根過程

古樹繁殖中，不定根的形成是一個復雜的發育過程，可以分根原基的啟動和誘導、不定根的形成和不定根的生長發育3個階段，如圖1。根原基的啟動和誘導階段：在生長素的誘導下分生組織細胞分化形成不定根原基的初始細胞群，它具有細胞核大、細胞質濃、排列緊密的特點。形成階段：根原基初始細胞不斷分裂，其頂端形成穹頂的結構，皮層細胞程序化死亡從而使不定根原基穿過皮層、表皮，形成不定根。生長發育階段：不定根伸出表皮繼續生長，前期呈白色、較為脆弱，移苗容易損傷。從組織結構解剖學角度看，古樹插穗解剖結構與生根關系密切，如皮層中存在環狀厚壁組織時，受到物理限制較大，所以較難形成不定根。樹木的幼年組織功能更旺盛，根原基啟動階段更容易，突破表皮受到的物理限制更少。林木自身的遺傳性狀是扦插生根難易的重要因素，古樹能夠歷經百年洗禮與其自身的遺傳性狀密不可分，其莖段結構有良好的韌性，同時也是形成不定根較為困難的原因之一。

圖1 側柏和銀杏扦插生根觀察及不定根的形成過程模式圖

影響古樹扦插生根的因素

古樹無性繁殖困難，主要是因為不定根形成能力與年齡、成熟度成負相關關系。

隨著年齡的增長，古樹在分生細胞活性、愈傷組織的誘導和生長、內源激素水平、礦質元素吸收等方面表現出衰老的生理特征，而這同樣影響著古樹扦插不定根的形成，如圖2。目前，國內外學者圍繞能否成功誘導不定根發生、如何提高生根率等方面進行了大量的研究，但關于古樹不定根發生機理的研究相對較少。

圖2 影響古樹不定根形成的因素

古樹衰老對分生細胞的活性和細胞生長速度的影響不容忽視，而不定根的形成是一個再分化的過程，與分生細胞和分裂細胞的活性密切相關。古樹的生長主要由于分生組織細胞的季節活動，但生長速度隨著古樹年齡的增長而發生變化。分生組織細胞分裂、伸長、細胞壁形成、代謝過程，會受到衰老的影響，形成層細胞的敏感性隨著樹齡的增長而下降。這說明，古樹衰老導致了分生細胞的活性降低，造成了古樹不定根分化困難。

分生能力古樹不定根的分化與愈傷組織形成率密不可分。大多數林木樹種，愈傷組織的形成和不定根的產生是彼此獨立的，不定根由形成層、維管薄壁細胞等母細胞直接分化形成，即沒有通過誘導愈傷組織形成不定根。愈傷組織與根系的形成沒有直接關系，其主要功能可能是防止病原菌的侵入和插條中有效物質的流失，并作為營養和水分運輸的橋梁。但也有研究表明，老化愈傷組織含有較高的細胞分裂素，而生長素含量卻很低，導致過度形成愈傷組織占用插穗基部的營養資源，抑制不定根的形成。

生長素植物激素與植物的生長、發育和衰老之間有復雜的關系。其中，生長素依然被認為是影響不定根發生的主要因素。許多學者認為，在植物再生過程中成熟組織或生根能力較低組織對生長素的響應可能會比幼嫩組織更差一些，即生長素生物合成和感知能力降低可能是隨著樹齡越大不定根發生越困難的主要原因之一。

不定根形成是響應外界各種因素刺激的結果，剪切、脅迫、激素處理等造成生長素極性運輸中斷，導致吲哚-3-乙酸在其莖基部積累，被認為是誘導根原基的必要條件。施加外源激素會促進不定根的形成，但是不同激素在植物體內發生作用的機制不同。母樹年齡是影響扦插生根的重要因素，隨著年齡的增加，IAA含量越來越低，ABA含量越來越高，IAA促進生根，ABA抑制生根，IAA/ABA的比值可以用來衡量枝條的生根能力。在翅果油樹的扦插研究中同樣發現，母樹年齡與插條生根率呈極顯著的線性負相關關系，而且隨著母樹年齡的增加，插條的生長素、玉米索及赤霉素含量有明顯下降趨勢，而脫落酸的含量上升。IAA作為植物內源生長素對不定根的形成和生長起著關鍵的調控誘導作用：在根分生組織形成之前需要較高濃度，但在根伸長時相對較低的濃度，原因是在不定根發生的第一階段期生長素可作為誘導，但卻抑制不定根的后期發育。因此生長素與古樹不定根形成密切相關。

碳氮含量碳氮化合物不僅能夠提供能量，還可以作為結構和存儲化合物、滲透調節劑。非結構碳水化合物是參與植株生命代謝的重要能量物質（如葡萄糖、果糖、蔗糖、果聚糖、淀粉），是維持植物自身生長發育及響應環境調控的重要因子。古樹年齡成熟度較高，其枝條中的碳水化合物含量相對較少。有研究表明，高齡銀杏葉片中有11個與光合作用、蛋白質及氨基酸代謝有關上調表達的蛋白，有8個與植物的能量及碳水化合物代謝相關的蛋白下調表達。可溶性糖類和淀粉與不定根發育的關系復雜，而含氮化合物在一定范圍內與扦插生根存在顯著關系，如氮含量過高可能抑制插穗生根。碳/氮值（C/N）是判斷生根難易的一個重要生理指標。研究認為， C/N比值高的插穗容易生根。可見插條內的營養水平對于不定根發生有重要意義。此外，“糖信號”在國際上已成為植物學領域的一個熱點，能夠誘導或抑制影響植物發育和生長過程中的各種基因，但是否參與不定根的發生目前還沒見報道。古樹衰老與碳氮有著密切的聯系，碳氮又是不定根形成的重要因素。

礦質元素外部環境因素對古樹的生長和衰老起著關鍵的作用，古樹在固定的環境內生長數百年，土壤中及自身的礦質元素的不足會影響古樹的生理狀態。礦質元素水平可能是影響古樹不定根再生能力的一個重要因素，但影響機理尚不清楚。有研究表明，雪松針葉中Mg和S元素隨著年齡增加有減少的趨勢；衰弱的白皮松針葉中Mg、Fe、Zn元素缺失嚴重；古槐樹葉片中N、P、Mg元素含量明顯低于幼槐；香樟古樹葉片中N、P、K營養元素含量明顯低于年幼香樟。Fe元素在不定根的發育過程中起到了重要的作用，能夠促進不定根原基中的細胞分裂而提高生根率。雖然特定礦質元素的局部感應具體的分子機制還有待完全闡明，但有研究表明，植物激素，特別是生長素，作為營養依賴性修飾中的信號調控不定根的形成。礦質元素在古樹衰老和不定根的形成中如何發揮作用還需深入的探討。

展望

古樹再生可以很好地保存其遺傳資源，但古樹不定根生發困難，這是一個世界性的難題。不定根的生發是脫分化和再分化的過程，涉及外源信號感知與內外信號級聯耦合，影響因素涉及遺傳特性、古樹年齡、內源激素和外源激素、營養條件等。目前，從解剖學、生理、生化水平逐漸發展到基因和蛋白水平來解析不定根的形成機制，但對于古樹生根機制的研究還很少。因此，結合本課題組近十年來在古樹扦插研究方面的經驗，我們認為，古樹無性繁殖方面應關注以下幾個方面：第一，建立古樹資源嫁接采穗圃，為扦插繁殖研究提供相對一致的材料；第二，隨著年齡增長，扦插生根與內源激素（尤其是生長素）、次生代謝物積累的關系；第三，扦插生根過程中解剖結構變化及愈傷組織過量產生與不定根發生的關系；第四，古樹扦插繁殖技術體系的優化和建立。對這個問題的研究，不僅可為古樹資源收集與保護、扦插生根機制的研究提供理論基礎，也可為助力文化旅游與鄉村振興提供技術支撐。