外源激素對比利時杜鵑扦插根系特征的影響

李丹丹, 李曉花, 單文, 王兆紅, 王凱紅, 張樂華,*

外源激素對比利時杜鵑扦插根系特征的影響

李丹丹1,2, 李曉花1,2, 單文1, 王兆紅1, 王凱紅1, 張樂華1,2,*

1. 中國科學院廬山植物園, 江西 廬山 332900； 2. 江西省植物遷地保護與利用重點實驗室, 江西 九江 332015

比利時杜鵑是國外引種的具有較高觀賞價值的園藝雜交品種。為進一步探討外源激素對國外引進杜鵑品種扦插根系特征的影響, 以當年生的半木質化枝條為材料, 設置不同濃度植物生長調節劑, 分析對杜鵑扦插生根過程中根系特征參數變化影響。結果表明: 激素處理總體上對杜鵑扦插成活率、干物質積累、根系特征都有顯著或極顯著的影響, 以100 mg·L-1和200 mg·L-1的IBA濃度對杜鵑插穗生長最有利; 品種Marcel Menard、Marie Fortier根系特征參數整體上高于品種Roseum Elegance、Percy Wiseman, 在產業化推廣上具有一定優勢; 最長根長的變化與根表面積以及根體積呈顯著的正相關, 外源激素促進了插穗的成活率和不定根根系的生長, 激素處理后插穗的根系參數明顯高于對照。總之, 插穗自身特性及外源激素調控在杜鵑扦插生根過程中扮演重要的角色, 激素的使用對杜鵑的扦插繁殖具有一定的積極作用。

外源激素; 杜鵑花; 扦插; 根系特征

0 前言

杜鵑花泛指杜鵑花科(Ericaceae)杜鵑花屬()植物, 多分布于我國西南、華南、華中及華東等地區, 具有極高的觀賞和園林應用價值, 被譽為“花中西施”, 同時也是提取芳香油、殺蟲劑、鞣質等的極佳材料, 是優良的山地水土保護植物[1]。全球約有野生杜鵑1000 種, 主要分布于亞洲; 中國約有野生種572 種(特有種420 余種)[2]。高山杜鵑品種主要指以杜鵑花屬()中的常綠杜鵑亞屬(Subg.)為親本培育的園藝品種。據報道, 目前國際登錄的高山杜鵑品種約4000 個, 主要培育于歐洲的比利時、德國、英國、荷蘭等; 中國雖然是高山杜鵑品種遺傳親本的主要來源地[3], 但由于其近現代植物學研究時間短, 高山杜鵑品種培育嚴重滯后, 直至近年才陸續培育出高山杜鵑新品種, 登錄品種數不足30 個。而比利時杜鵑因其株型優美、花大色艷、四季常綠, 且花期長, 觀賞價值極高, 近年已成為國際花市新寵、風靡全球, 市場需求量大、產業化前景廣闊。但受遺傳機制制約, 生根困難, 生根機制不明, 嚴重制約了其苗木的繁育與產業化[4], 因此提高比利時杜鵑在本地區的生根率具有重要的意義。

植物激素是調控植物生長發育及進化不可缺少的物質, 廣泛應用于植物的扦插繁育工作中, 其中外源激素是影響植物栽培生根的最重要因素之一[5-10]。外源激素對無性繁殖的調控作用主要表現為對插穗的根系影響。國內關于外源條件對比利時杜鵑扦插生根影響的研究較少, 目前主要是對生根特性的研究[11-12]; 對杜鵑扦插繁殖生理因素的影響多集中于本土物種, 如Zhang[13]和王書勝等[14]發現激素種類與濃度可影響云錦杜鵑生根率及根系發育, 低濃度IBA處理更有利于不定根的形成; 張樂華等[15]發現激素種類與濃度可顯著影響鹿角杜鵑()生根效果, IBA、GA3 促進生根效果優于IAA、6-BA, NAA 效果最差; 陳睿等[16]也指出外源IBA 和GA3 可顯著提高杜鵑品種“紅云”扦插生根效果。良好的根系生長情況是保證插穗從土壤中獲取必要的水分、營養物質進而促進地上部分發育的必要條件, 但是有關激素水平如何影響不同杜鵑品種的根系發育, 進而改變其根系構型特征的作用機制則鮮有報道。

目前, 激素對杜鵑扦插的促進作用在國內外已取得一些研究成果, 但關于不同激素水平對國外不同品種杜鵑無性系繁殖的生物量分配和根系形態影響的差異性研究報道較少, 嚴重制約了其園林應用及產業化發展。為此, 本文用不同濃度激素水平對國外引進比利時杜鵑花品種進行扦插試驗, 探討外源激素IBA對不同生根難易插穗幼苗的生長以及根系特性的影響, 以期尋求解除杜鵑花生根障礙的生物學機制, 進而為杜鵑的扦插繁殖提供理論依據和數據支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2018年10月, 在廬山植物園杜鵑花溫室內選取長勢正常且一致的比利時引進的6個杜鵑品種: Marcel Menard、Marie Fortier、Cunninghams White、Scyphocalix、Roseum Elegance和Percy Wiseman, 選取當年生半木質化枝條為本次試驗材料。試驗在廬山植物園杜鵑花繁殖溫室扦插床中進行, 苗床底部采用地熱線加溫, 地溫設定22 ℃; 苗床上層加設弧形塑料棚, 棚內安裝自動間歇噴霧設施; 棚外架設可移動的遮陽網。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

試驗前期準備中, 栽培基質為泥炭: 蛭石: 珍珠巖=2:1:1, 根據試驗內容設置三次重復, 于母本枝條上剪取當年生半木質化莖段, 摘除莖段基部葉片, 保留頂部葉片3—4片; 插穗基部采用單面愈傷處理。扦插應用的吲哚丁酸(IBA)濃度設計為三個濃度, 分別為100、200及400 mg·L-1, 以蒸餾水為對照(CK)。插穗激素處理時, 用不同濃度激素浸泡基部(1.5 cm) 12 h后立即扦插[17], 試驗期間及時噴水以保持苗床濕度。

1.2.2 測定方法

以莖段扦插處理當天為計算時間起點, 直至杜鵑生根穩定于栽培后105 d隨機采取樣本, 每個處理取生長相對一致的插穗3 株, 進行苗木根系形態測定。觀測生根指標包括: 計算生根率、最長不定根長、根幅、愈傷率。根系用枝剪從基部剪斷, 用流水緩緩沖洗干凈, 用LA-S 型植物根系分析儀系統( 杭州萬深檢測科技有限公司) 測得整株根系的根長、根表面積以及根體積。將掃描后的根系擦干水分, 測定其鮮重; 將測好鮮重的新生根系放入烘箱105 ℃殺青30 min, 85 ℃下烘干至恒重, 稱量其干重。

1.3 數據處理

采用 Excel 2003、SPSS 16.0 統計軟件進行數據統計處理。采用One-Way ANOVA進行方差分析和0.05水平的Duncan多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同濃度的IBA 對不同杜鵑品種生根率的影響

在對6 種不同杜鵑品種莖段扦插生根的觀察統計中發現: IBA處理的所有杜鵑花品種生根率均高于對照, 其中使用100 mg·L-1IBA處理的6個杜鵑花品種扦插生根率均顯著高于對照(圖1)。品種Marie Fortier和Marcel Menard在低濃度激素處理下生根率具有一定的提升, 400 mg·L-1IBA處理下生根率較低, 顯著低于100、200 mg·L-1處理, 對生根具有一定的抑制作用。品種Cunninghams White和Scyphocalix的生根率隨著激素處理濃度的升高呈現出先上升后下降的趨勢; 不同濃度IBA處理下品種Marie Fortier生根率均高于其他5個品種。

2.2 IBA濃度對不同品種杜鵑根長、根表面積和根體積的影響

由圖2可知, IBA處理下, 6種杜鵑花根系形態特征的變化趨勢基本相同; Marie Fortier、Marcel Menard、Cunninghams White 和Scyphocalix的根長、根表面積和根體積隨著IBA濃度的增加而先升高后下降, 且均高于對照, 其中Marie Fortier和Scyphocalix在200 mg·L-1IBA處理下根系參數達到最大值, 200 mg·L-1IBA處理下品種Marie Fortier的根系特征值分別為31.53 cm、2.91 cm2、49.17 cm3、16.90 mm3, 是對照的3.6、6.9、16.3、10.3倍; 而Cunninghams White 和Marcel Menard在100 mg·L-1IBA處理下達到最大值; 激素處理下品種Percy Wiseman和Roseum Elegance無明顯變化; 表明激素的使用對杜鵑扦插苗根系形態的生長具有一定的促進作用, 其中對品種Marie Fortier、Marcel Menard作用顯著, 且不同品種杜鵑具有不同的最適激素濃度。

2.3 不同濃度的IBA 對插穗根系干重的影響

不同激素處理對杜鵑花插穗植株干重的影響情況如圖3所示。由圖可知, 植物生長調節劑IBA在不同濃度下均能影響杜鵑花插穗幼苗的干重, 其中, 隨著激素濃度的提升, Cunninghams White和Marcel Menard干重均呈現先上升后下降的趨勢, 在100 mg·L-1IBA處理下根系干重最大, 分別高出對照64個百分比、99個百分比; 品種Percy Wiseman和Roseum Elegance隨著濃度的升高呈現逐漸上升的趨勢; Marie Fortier在200 mg·L-1IBA處理下根系干重增重效果最明顯, 高出對照83個百分比; Percy Wiseman和Scyphocalix隨激素濃度的升高則呈現出逐漸上升的趨勢, 效果不如之前顯著。在插穗整個生長過程中, CK處理的根系干物質積累量低于其他處理, 表明使用激素可促進植物干物質的積累, 不同杜鵑品種有不同的最佳激素濃度。

注: 圖中不同字母表示差異顯著P =0.05, 下同。

Figure 1 Effect of different concentrations of IBA on rooting rate of different varieties of

注: A. IBA濃度對不同品種杜鵑根長的影響; B. IBA濃度對不同品種杜鵑根表面積的影響; C. IBA濃度對不同品種杜鵑根體積的影響。

Figure 2 Effects of IBA concentration on root morphological characteristics of differentvarieties

圖3 不同濃度的IBA 對插穗根系干重的影響

Figure 3 Effect of different concentrations of IBA on the dry weight of cutting roots

2.4 IBA濃度對形態特征的影響

為深入探討IBA濃度對不同杜鵑品種的生根影響, 分別進行方差分析和雙因素分析(表1、表2), 結果表明表明, 不同品種及不同IBA濃度處理下最長根長、根表面積差異極顯著(<0.01)。品種Scyphocalix、Cunninghams White、Marcel Menard和Marie Fortier根系形態特征參數大都高于品種Percy Wiseman和Roseum Elegance; 說明適宜濃度的IBA對不同杜鵑品種的根系具有顯著的促進作用(表1); Marie Fortier在200 mg·L-1IBA濃度下最長根長、根表面積和根體積均顯著高于其他品種和處理, 且不同品種和不同IBA濃度均對比利時杜鵑扦插生根過程中具有顯著的影響(表2)。IBA處理下, 所有品種根系形態特征參數變化規律基本一致, 均高于對照; 激素濃度過高或過低都不利于插穗的生長, 激素處理對促進難生根杜鵑品種的生根具有更明顯的效果。

3 討論

植物生長調節劑是人工合成的對植物生長發育具有調節作用的植物激素[18], 廣泛應用于植物扦插繁殖。杜鵑扦插繁殖具有苗木生長快、開花周期短、遺傳基因穩定等優點, 且易于推廣, 目前已成為歐洲、北美杜鵑花產業化最常用的繁殖方法。但受遺傳因子制約, 杜鵑屬植物因其扦插繁殖生根時間長、生根困難, 嚴重制約了其產業化及園林應用; 對廣泛應用于扦插的植物激素研究表明IBA促進生根效果較為明顯[19]。本研究通過對比利時引進的6個杜鵑品種進行不同濃度IBA處理的扦插實驗研究表明: 植物生長調節劑對杜鵑插穗的成活率、根長、根系表面積、體積等均具有顯著的促進作用, 這與前人的研究外源激素可促進難生根植物的扦插成活率結果相一致[14,20]; 植物激素濃度對扦插效果具有重要的影響。本試驗中, 各濃度處理下不同品種杜鵑生根率及根系特征均比對照好, 隨著激素濃度水平的升高根系參數基本均呈現先升高后降低的規律, 可能與過高的激素濃度抑制植物的生長有關[21], 插穗的最長根長與根體積、表面積呈正相關, 表明根系質量的提升是有效促進插穗生長的重要條件, 可能是由于適宜濃度的IBA提高了插穗愈傷組織的活躍度, 促進了根系指標的增長, 從土壤中獲取更多的營養物質以促進插穗的生長; 其中以100 mg·L-1和200 mg·L-1的IBA濃度對插穗處理效果最佳, 這與王書勝等[17]發現云錦杜鵑()扦插在200 mg·L-1的IBA 有利于不定根誘導和生根結果相同。不同品種杜鵑對不同濃度IBA的適應性不同, 兩個因素對杜鵑扦插生根具有顯著的影響, 其中品種Roseum Elegance在整個扦插試驗中根系特征變化較小, 這可能是受自身遺傳特性影響, 試驗時未達到最佳生根時間, 這可能也是導致其他杜鵑品種扦插難生根的重要原因。本試驗研究結果表明, 激素處理對品種Marcel Menard和Marie Fortier的促進作用高于品種Roseum Elegance和Percy Wiseman; 品種Marcel Menard以IBA濃度為100 mg·L-1時處理最佳, 而Marie Fortier則在IBA濃度為200 mg·L-1時效果最好。通過試驗結果可以看出, 6個杜鵑品種中Cunninghams White、Marcel Menard和Marie Fortier扦插生根效果較好, 在今后的產業化推廣中應加以考慮。總的來說適宜濃度的IBA可以通過提高一系列的生根指標來提高高山杜鵑的生根能力, 進而提高其抗逆性; 而不同品種的最適激素濃度也存在一定的差異, 關于導致不同品種存在的生根差異的原因還需做進一步的研究。

表1 不同品種和IBA濃度對根系形態特征的影響

表2 不同品種和IBA濃度對根系形態特征影響的雙因素分析表

注: *<0.05, **<0.01。

4 結論

通過對6個不同比利時杜鵑品種扦插實驗, 探討外源激素解除生根障礙的生物學機制, 篩選出對不同杜鵑花品種扦插效果影響最佳的植物生長調節劑濃度, 這為杜鵑花以及其他花卉的高效快繁、提高無性系生產存活率、節約育苗時間、新品種推廣和應用提供了理論基礎和依據。根系體積、表面積等指標可作為評價激素水平對杜鵑插穗生根影響的參考指標, 植物扦插繁育受地上與地下部分的內部遺傳因素、生理因素及外部條件影響共同調控, 為更好的促進杜鵑花的產業化發展, 還需在此基礎上進一步優化扦插條件, 對其他相關指標進行測定, 進而建立一套完整的扦插繁殖體系。

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Effects of plant exogenous hormones on rooting characteristics ofhybridum

LI Dandan1,2, LI Xiaohua1,2, SHAN Wen1, WANG Zhaohong1, WANG Kaihong1, ZHANG Lehua1,2,*

1. Lushan Botanical Garden, Jiangxi Province and Chinese Academy of Sciences, Lushan 332900, China 2. Provincial Key Laboratory of Plant Ex Situ Conservation and Utilization, Jiujiang 332015, China

hybridum is a kind of horticultural hybrid with high ornamental value introduced from abroad. In order to further explore the effect of exogenous hormones on the rooting characteristics ofcuttings, the semi-wood cuttings of one-year-old were cut and treated by different concentrations of plant growth regulators to analyze the effect of exogenous hormones on the rooting process ofcuttings. The results showed that the exogenous hormone treatment had a significant or extremely significant effects on the survival rate, dry matter accumulation and root characteristics ofcuttings, higher than the control.It was the most favorable for the growth of cuttage ofcultivars with the treatment of 100 mg·L-1and 200 mg·L-1IBA.The root characteristics of the Marcel Menard, Marie Fortier were higher than the Roseum Elegance and Percy Wiseman on the whole, which had a certain advantages in industrialization promotion. There was a significantly positive correlation between the longest root length, root surface area and root volume. Suitable exogenous IBA treatment had an obvious effect on accelerating the survival rate of cuttings and rooting. The root parameters of cuttings treated with hormone were significantly higher than those of the control. In short, the characteristics of cuttings and the regulation of exogenous hormones play an important role in the rooting process of, and the use of hormones has a certain positive effect in the cutting propagation of.

exogenous hormone;; cuttings; root characteristics

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.02.011

Q945, S722

A

1008-8873(2021)02-082-07

2019-10-10;

2019-11-20基金項目:國家國際科技合作項目(2014DFA31720); “贛鄱英才555工程”領軍人才培養計劃項目

李丹丹(1990—), 女, 吉林通化人, 碩士, 助理研究員, 主要從事植物生理生化研究, E-mail: 1561936418@qq.com

張樂華, 男, 碩士, 研究員, 主要從事杜鵑花屬植物的引種馴化及保育技術研究, E-mail: lehua07@163.com

李丹丹, 李曉花, 單文, 等. 外源激素對比利時杜鵑扦插根系特征的影響[J]. 生態科學, 2021, 40(2): 82–88.

LI Dandan, LI Xiaohua, SHAN Wen, et al. Effects of plant exogenous hormones on rooting characteristics ofhybridum[J]. Ecological Science, 2021, 40(2): 82–88.