不同因素對墨脫花椒扦插生根的影響

榮 輝，李葉芳，關文靈，杜文軍，周恒蒼

（1.云南農業大學，云南 昆明 650201；2.云南省芳香生物工程技術研究中心，云南 昆明 650201）

花椒屬植物在我國分布范圍大，栽培歷史悠久[1]。現代研究結果顯示，花椒各部位含有多種類型的資源性化學成分，在食品、醫療和工業等多個領域應用廣泛。目前，市場上的一些食用花椒主要包括花椒Zanthoxylum bungeanum及花椒原變種Z.bungeanumvar.bungeanum（又名川椒、大紅袍等）、青花椒Z.schinifolium、兩面針Z.nitidumvar.nitidum、竹葉花椒Z.armatum和頂壇花椒Z.planispinumvar.dingtanensis等[2]。花椒屬植物含有揮發油、生物堿和香豆素等多種生物活性物質，這些物質在抑菌、抗蟲和抗腫瘤等方面均有較大作用，藥用價值較高[3]。花椒揮發油在食品和農產品貯藏保鮮方面潛力較大[4]。此外，花椒還具有保持水土、防風固沙和改善小氣候等功能，有著重要的生態價值[5-7]。

墨脫花椒Z.motuoense為落葉小喬木，僅產于西藏墨脫，常見于海拔1 100 m 的山地雜林中[8]。墨脫花椒香味獨特，具有木姜子的香味，深受藏區人民喜愛，主要用作烹飪調料，具有較高的經濟價值，目前已被列為墨脫縣鄉村精準扶貧的經濟林木樹種之一。然而長期以來，當地人主要采集野生墨脫花椒出售或自己食用，僅見零星人工種植（對野生植株的移植）。缺乏種苗已成為制約墨脫花椒產業發展的主要瓶頸。花椒主要的繁殖方式有播種[9]、扦插[10]、嫁接[11]和組培快繁等[12]。經前期調查發現，墨脫花椒種子產量低，空殼率高，且有休眠習性，因此種子繁殖較為困難。扦插繁殖具有技術操作簡便、能夠保持母本優良性狀、結實早的優點，是發展經濟林木的主要繁殖途徑之一。目前，關于墨脫花椒繁殖方面的研究鮮見報道。本研究中以1年生墨脫花椒實生苗為試材，探究插穗木質化程度、扦插季節、植物生長調節劑種類及濃度和扦插基質等因素對墨脫花椒扦插生根的影響，旨在為墨脫花椒扦插育苗體系的建立提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

在云南農業大學園林園藝學院溫室大棚內，選取高1.2 ～1.5 m 的1年生健壯墨脫花椒實生苗為試材。將實生苗莖段修剪成長5 ～8 cm 的帶芽插穗，每個插穗保留半片葉子，上端剪成平口，下端剪成斜口。根據實生苗莖段木質化程度，可將插穗分為上部未木質化軟枝、中下部半木質化半硬枝、基部木質化硬枝，整株植株中以中下部半木質化半硬枝數量為最多，約占75%。選擇整齊度基本一致的插穗備用。

1.2 試驗設計

1.2.1 插穗木質化程度對插穗生根的影響

在2019年3月10 日—4月10 日進行試驗。插穗木質化程度處理分別標記為A1（未木質化）、A2（半木質化）、A3（木質化），扦插基質選用細草炭土+珍珠巖（體積比1∶1）。扦插前選用500 mg/L IBA 處理插穗10 min。

1.2.2 扦插季節對插穗生根的影響

在2019年3月10 日—4月10 日和5月15 日—6月15 日進行試驗，分別標記為B1（春季）和B2（夏季）處理。選取花椒苗植株基部插穗為試材，扦插基質選用細草炭土+珍珠巖（體積比1∶1）。扦插前選用500 mg/L NAA 處理插穗10 min。

1.2.3 植物生長調節劑種類及其濃度和基質對插穗生根的影響

在2019年5月15 日—6月15 日進行試驗。選取花椒苗植株中下部插穗為試材。植物生長調節劑種類（D）設置3 個處理，分別為D1（IBA）、D2（NAA）、D3（IBA+NAA）。植物生長調節劑濃度（C）設置5 個處理，分別為C1（0 mg/L）、C2 （250 mg/L）、C3（500 mg/L）、C4（1 000 mg/L）、 C5（1 500 mg/L）。基質（E）設置2 個處理，分別為E1（細草炭土+珍珠巖，體積比1∶1）和E2 （細椰糠）。生長調節劑處理時間均為10 min。采用5×3×2 的析因設計，共計30 個處理。

1.3 扦插和管理方法

在溫室大棚的5 m×4 m×1.7 m 小拱棚中進行試驗。采用平插法，將插穗均勻插入650 mm× 410 mm×155 mm 的扦插框，插入深度為1/3 ～ 1/2 插穗長。扦插完成后澆透水并在2 d 內蓋好塑料薄膜和75%透光率的遮陽網，保留少量通氣孔。后期根據拱棚內溫度和濕度情況進行管理，小拱棚內溫度控制在25 ℃左右，空氣濕度在80%以上，基質濕度以用手捏成團感覺微微濕潤為標準。溫濕度差異較大時，掀開薄膜和遮陽網通風，或向小拱棚空氣中噴灑少許清水加濕。

1.4 數據統計與分析

均采用完全隨機區組設計，對每個處理進行獨立隨機分配，每個處理30 株插穗，重復3 次。1 個月后統計插穗生根情況，以根系長度≥0.5 cm為有效根長。

成活率=成活插穗數/總插穗數×100%；

生根率=生根插穗數/總插穗數×100%；

單株生根數=插穗生根總數/生根插穗數× 100%；

平均不定根長=插穗生根總長/生根插穗數× 100%；

平均最長不定根長=插穗最長不定根長之和/插穗最長不定根長總數×100%[13]；

根系效果指數=(根系數量×根系長度)/總插穗數[14]。

試驗獲得數據用“平均值±標準誤”表示，采用Excel2003 和SPSS25.0 軟件進行數據統計與分析。在數據分析前對成活率和生根率進行反正弦數據轉換對單株生根數、平均不定根長、最長不定根長和根系效果指數進行平方根數據轉換。

采用模糊數學法隸屬函數，根據各指標隸屬函數值，計算各因素處理組合的平均隸屬函數值對各因素處理組合進行綜合評價[15]。各指標的隸屬函數值（Ui）計算公式為

Ui=(xi-xmin)/(xmax-xmin)。

式中：xi為指標i的測定值，xmax為全部處理指標i的最大值，xmin為全部處理指標i的最小值。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 插穗木質化程度對插穗生根的影響

扦插1 個月后，不同木質化程度插穗的扦插生根指標及其多重比較結果見表1。由表1 可知，不同木質化程度插穗的6 項生根指標變化規律一致，即木質化插穗（A3）各項指標最高，半木質化插穗（A2）次之，未木質化插穗（A1）最低，三者之間均存在顯著差異（P＜0.05）。生根插穗的狀態如圖1 所示。在扦插過程中，由于扦插初期基質濕度和空氣濕度過大，上部未木質化插穗全部腐爛死亡，導致其各項指標均為0。綜合各項指標來看，木質化插穗生根效果最好，其原因可能是下部插穗木質化程度較高，不易腐爛，內部儲存營養物質較多，更有利于生根。

表1 不同木質化程度墨脫花椒插穗的生根指標?Table 1 Rooting indexes in Z.motuoense cuttings at different lignification levels

2.1.2 扦插季節對插穗生根的影響

在不同季節進行扦插的插穗生根指標及其多重比較結果見表2。由表2可知，春季（B1）和夏季（B2）扦插的插穗成活率間和生根率間不存在顯著差異，說明扦插季節對插穗的成活率和生根率影響不大。而夏季扦插插穗的其他4 項指標均高于春季扦插，單株生根數在兩者間存在顯著差異，平均不定根長、最長不定根長和根系效果指數在兩者間存在極顯著差異（P＜0.01）。與春季扦插插穗相比，夏季扦插插穗的成活率提高2.22 百分點，生根率提高3.34百分點，單株生根數多0.7 條，平均不定根長提高0.34 cm，最長不定根長提高0.5 cm，根系效果指數提高0.035 7。綜合來看，夏季較春季更適合墨脫花椒扦插，這可能與夏季溫度更高有關，較高的溫度有利于生根，此外，夏季插穗營養物質更多，生長更加旺盛也可能是原因之一。

圖1 墨脫花椒插穗生根狀態Fig.1 Rooting status in Z.motuoense cutting

表2 不同季節扦插墨脫花椒插穗的生根指標Table 2 Rooting indexes in Z.motuoense cuttings in different seasons

2.2 析因試驗

2.2.1 植物生長調節劑濃度對插穗生根的影響

不同植物生長調節劑濃度處理中墨脫花椒插穗的各生根指標及其方差分析和多重比較結果見表3。由方差分析結果可知，單因素效應中，植物生長調節劑濃度（C）對插穗5 項生根指標的影響均達到極顯著水平。

由表3 可知，除成活率外的4 項生根指標隨著植物生長調節劑濃度的增大呈現先上升、后下降的趨勢。在植物生長調節劑質量濃度為1 000 mg/L 時，生根率、單株生根數、平均不定根長和最長不定根長4 項指標均達到最大，顯著高于其余4個處理。在植物生長調節劑質量濃度為250、500和1 500 mg/L 時，這4 項指標顯著高于對照處理（蒸餾水處理）。對照處理的插穗成活率最高，除了在扦插管理中插穗由于腐爛死亡外，生長調節劑對插穗可能還存在一定毒害作用，導致插穗成活率降低，均顯著低于對照處理，且4 個處理間均不存在顯著差異。對照處理另外4 項生根指標均為0，可見蒸餾水處理插穗的生根效果并不理想，在1個月內不能誘導墨脫花椒插穗形成不定芽。綜合來看，質量濃度250 ～1 500 mg/L 的生長調節劑均能提高插穗生根效果，但質量濃度過高會有一定抑制作用，以1 000 mg/L 為最佳。

表3 不同植物生長調節劑濃度處理中墨脫花椒插穗的生根指標?Table 3 Rooting indexes in Z.motuoense cuttings in treatments of different plant growth regulator concentrations

2.2.2 植物生長調節劑種類對插穗生根的影響

不同植物生長調節劑種類處理中墨脫花椒插穗的各生根指標及其方差分析和多重比較結果見表4。由方差分析結果可知，單因素效應中，植物生長調節劑種類（D）對插穗成活率的影響達到顯著水平，對其余4 項指標的影響達到極顯著水平。

表4 不同植物生長調節劑種類處理中墨脫花椒插穗的生根指標Table 4 Rooting indexes in Z.motuoense cuttings in treatments of different plant growth regulator types

由表4 可知，以NAA 和IBA+NAA 處理插穗的成活率顯著高于IBA 處理，以NAA 處理成活率最高。與NAA 相比，IBA 可能對插穗成活率有一定抑制作用，這可能與其對插穗的毒害作用有關。在各處理中，生根率和單株生根數表現一致，各處理按照其效應由高到低排序依次為IBA+NAA、NAA、IBA，且單株生根數在三者間均存在顯著差異。在各處理中，平均不定根長和最長不定根長表現一致，各處理按照其效應由高到低排序依次為IBA+NAA、IBA、NAA，且平均不定根長在三者間均存在顯著差異。由此可知，IBA 會降低插穗的成活率，單獨使用NAA 處理插穗的生根率和單株生根數高于單獨使用IBA 處理，而單獨使用IBA 處理插穗的平均不定根長和最長不定根長高于單獨使用NAA 處理，說明NAA 更有利于墨脫花椒插穗不定根的形成，IBA 更有利于不定根的伸長生長，二者混合使用產生的效應最大，不定根發生與伸長效果均優于單獨使用的處理。可見，以IBA+NAA 處理插穗效果最好。

2.2.3 基質對插穗生根的影響

不同基質處理中墨脫花椒插穗的各生根指標及其方差分析和多重比較結果見表5。由表5 可知，細椰糠處理中插穗的5 項生根指標均高于細草炭土+珍珠巖處理。由方差分析結果可知，單因素效應中，基質（E）對除單株生根數外4 項指標的影響均達到極顯著水平。其原因可能是細草炭 土+珍珠巖的保水性較好，透氣性較差，水分過多導致成活率低，不定根也不易發生與伸長，而細椰糠保濕效果適宜，透氣性較好，更有利于插穗生根。

2.2.4 多因素交互作用對插穗生根的影響

多因素交互作用下墨脫花椒插穗生根指標的方差分析結果見表6。由表6 可知，兩因素交互作用中，植物生長調節劑濃度×植物生長調節劑種類（C×D）對插穗生根指標的影響最大，對生根率、單株生根數、平均不定根長和最長不定根長的影響均達到極顯著水平；其次為植物生長調節劑濃度×基質（C×E），對生根率、平均不定根長和最長不定根長的影響均達到極顯著水平；植物生長調節劑種類×基質（D×E）交互作用最小，對生根率和平均不定根長的影響達到極顯著水平，對最長不定根長的影響達到了顯著水平。在植物生長調節劑濃度、植物生長調節劑種類、基質三因素的交互作用（C×D×E）中，對生根率、平均不定根長和最長不定根長的影響達到極顯著水平。以上分析結果表明，插穗生根指標主要受3個主因素效應和植物生長調節劑濃度×植物生長調節劑種類交互作用的影響。

表5 不同基質處理中墨脫花椒插穗的生根指標Table 5 Rooting indexes in Z.motuoense cuttings in treatments of different substrates

表6 多因素交互作用下墨脫花椒插穗生根指標的方差分析結果（F 值）Table 6 Results of variance analysis on rooting indexes in Z.motuoense cuttings under interaction of various factors (F value)

2.3 各因素組合中插穗生根效果的綜合評價

由于不同處理中各項生根指標差異較大，為了全面客觀地反映各組合的扦插效果，采用隸屬函數法進行綜合評價。在30 個處理組合中取平均隸屬函數值排名前10 位的處理（表7）。由表7可知，排名前10 的因素組合中，1 000 mg/L 植物生長調節劑處理占5 個，其中3 個占據前3 位，1 500 mg/L 植物生長調節劑處理占3 個，500 mg/L 植物生長調節劑處理占2 個，表明植物生長調節劑質量濃度在500 ～1500 mg/L 時，插穗生根效果均較好。生長調節劑類型中，IBA+NAA 處理占4 個，NAA 處理和IBA 處理各占3 個，綜合來看IBA+NAA 處理效果更好。基質中，細椰糠效果明顯好于細草炭土+珍珠巖，以細椰糠為基質的處理在前10 名中占8 個。各因素組合中，植物生長調節劑質量濃度為1 000 mg/L、植物生長調節劑種類為IBA+NAA、基質為細椰糠組合的平均隸屬函數值最大（0.707 9），各項生根指標的隸屬函數值在前10 名中均最大。因此，進行墨脫花椒扦插時，選擇1 000 mg/L IBA+NAA 處理插穗，并以細椰糠為基質效果最佳。

表7 各因素組合對墨脫花椒插穗生根效果影響的隸屬函數綜合評價?Table 7 Comprehensive evaluation of effects of different factor combinations on rooting of cuttings in Z.motuoense by using membership function method

3 結論與討論

本研究結果表明，以墨脫花椒莖段為試驗材料，可建立起高效的扦插繁殖體系，進行無性系育苗。扦插時，選擇墨脫花椒植株莖段下部木質化的硬枝為插穗，扦插生根效果最好。在夏季時進行扦插效果好于春季。析因試驗結果表明，插穗生根指標主要受植物生長調節劑濃度及其種類和基質3 個主因素效應和植物生長調節劑濃度×植 物生長調節劑種類交互作用的影響。采用隸屬函數法綜合評價墨脫花椒扦插生根效果，結果顯示：以細椰糠為基質，1 000 mg/L 的IBA+NAA 混合液浸泡插穗10 min，最有利于墨脫花椒插穗生根。

植物扦插生根是一個復雜的生理形態變化過程。從插穗的解剖結構來看，其不定根的發育可分為3 個階段：第1 階段為不定根誘導階段，解剖結構表現為細胞脫分化形成根原始體；第2 階段為不定根形成階段，即根原始體分化成可見的根原基；第3 階段為不定根表達階段，即根原基發育成不定根并突出莖外成裸眼可見的不定根[16-18]。在這3個階段中，插穗內部營養物質、激素和相關酶均起著重要作用。插穗內部營養物質是其生根的基礎，其中糖類和氮素化合物是維持插穗前期生長和后期生根的主要物質，而糖類中的可溶性糖類是生根所必需的物質[19]。總體上，插穗中可溶性糖含量呈現“下降—升高—下降—升高”的趨勢[20-22]。在扦插初期，植物需要消耗能量，導致可溶性糖含量下降；不定根誘導階段，插穗基部呼吸作用增強，淀粉被水解成可溶性糖；不定根形成與伸長階段，可溶性糖含量提高，供給根系生長發育所需能量；不定根突出莖外后，植株成活進行光合作用，可溶性糖含量增加。在插穗生根過程中，內源激素的作用機制復雜，其中生長素在不定根形成調控過程中起關鍵作用，是誘導不定根形成的主要激素[23]， 體現在IAA能誘導愈傷組織和根原基的形成[24-25]。 POD、IAAO、PPO 等與插穗不定根的發生有關。POD 調節生長素的合成與代謝，促進細胞壁形成[26]；IAAO 能夠降解IAA，從而影響插穗生 根[27]；PPO 主要是能夠催化IAA 形成一種生根輔助因子，從而影響生根[28]。

在本試驗中，不同木質化程度插穗的生根效果不一致。基部木質化硬枝插穗的生根效果最好，上部尚未木質化插穗，枝條幼嫩，在扦插過程中易腐爛死亡，生根率低。有研究結果顯示，植物內源生長素在頂芽合成后運輸積累在植株基部，此外，光合作用產生的有機物質合成后也會朝植株基部運輸，導致其內源生長素和有機物質含量最高[29-30]，更有利于不定根的發生。本試驗結果顯示，墨脫花椒基部木質化枝條具有更高的生根率，該現象是否與其內源激素積累有關尚待深入研究。

在進行析因試驗時，取中下部莖段為插穗。結果顯示，插穗生根指標主要受植物生長調節劑種類及其濃度和基質3 個主因素效應和植物生長調節劑濃度×植物生長調節劑種類交互作用的影響。植物生長調節劑濃度效應呈現“低促高抑”的現象，這在其他植物扦插生根研究中也有體現[31]。 選擇植物生長調節劑種類時，單獨使用IBA 處理插穗，提高不定根長和最長不定根長的效果好于單獨使用NAA 處理，這與陸秀君等[32]經研究得出的美國紅楓扦插結果一致；單獨使用NAA 處理插穗，提高生根率和生根數的效果好于單獨使用IBA 處理。Cristofori 等[33]經分析認為，這是由于在生長素中IBA 對乙烯誘導能力較低，低濃度乙烯能促進根系的伸長，而NAA 能夠在植物體內轉化成IBA，再與酚類物質結合形成一種酚酸類復合物，這種物質能促進根原基的形成[34]。混合使用IBA 和NAA 處理插穗后，插穗的各項生根指標顯著高于單獨使用IBA 和NAA 的處理，說明兩者混合后可能會互補，不僅可以促進不定根的伸長生長還可能提高生根數量。這2 種植物生長調節劑混合使用的生根效果好于單一使用的現象在其他植物扦插上也得到了驗證[35-37]。

基質是插穗成活和生根的重要因素，對于扦插效果的影響主要在于其保濕性、保溫性、透氣性及pH 等[38]。本研究結果顯示，以細椰糠為基質進行扦插，插穗的生根效果優于以細草炭土+珍珠巖為基質，主要體現在插穗的成活率和生根率更高，單株生根數更多，平均不定根長和最長不定根長更長。細椰糠質地疏松，孔隙大，透氣性較好，吸水性強，底部保水性好[39-40]；細草炭土有機質豐富，保水性極好，透氣性差；珍珠巖具有一定的保水效果，透氣性較強。細草炭土和珍珠巖的混合基質不適合墨脫花椒插穗生根，說明需進一步研究二者最佳基質配比。根據隸屬函數綜合評價結果來看，選擇1 000 mg/L IBA+NAA處理墨脫花椒插穗，且以細椰糠為基質，插穗生根效果最佳。

溫度是插穗生根的一個重要外部因素。對于大多數植物來說，適宜的溫度能促進其生長發育，較低的溫度會誘導植物休眠。本研究結果顯示，在夏季進行扦插，插穗的各項生根指標顯著高于在春季進行扦插，可能是因為較高的溫度促進植物體內POD、IAAO、PPO 等酶的活性，加快了插穗中的各種代謝活動，進而影響生根[38,41]。此外，隨著植株生長，夏季插穗體內會積累更多的營養物質，能為不定根的形成提供足夠的能量。

一般將插穗生根類型分為3 種：皮部生根型、愈傷組織生根型、混合生根型。多數植物為混合生根型，混合生根型植物較單一生根型更容易生根[16]。從試驗結果來看，墨脫花椒插穗絕大多數為基部愈傷組織生根，極少數在皮部產生不定根。綜合來看，墨脫花椒插穗為混合生根型。