接穗對(duì)油茶砧木根生理特性及解剖結(jié)構(gòu)的影響

鄭芳奕，楊志堅(jiān)，陳 輝，廖鵬輝，黃藍(lán)明，馮金玲

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002；2.福建省林業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣總站，福建 福州 350003)

接穗與砧木在嫁接后形成一個(gè)完整共生體，彼此間產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)與共生關(guān)系[1]。砧木決定植物的水分和養(yǎng)分吸收，接穗為砧木提供所需的光合同化物，而養(yǎng)分的吸收、積累和分配取決于兩者的耦合反應(yīng)，影響著嫁接植物的生長(zhǎng)發(fā)育[2-4]。砧穗間存在一定的互作，選擇不同砧木與相同接穗或者不同接穗與相同砧木嫁接后，植物的生長(zhǎng)發(fā)育特性均表現(xiàn)出差異性[5-6]。目前，嫁接砧穗互作研究主要集中在嫁接親和性和砧木對(duì)接穗的影響等方面，而接穗對(duì)砧木影響的研究還相對(duì)較少。根是植物重要的營(yíng)養(yǎng)器官，只有通過(guò)根的不斷生長(zhǎng)，植物才能達(dá)到吸收水分和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的目的[7]。接穗不僅影響砧木根的生長(zhǎng)，而且影響其生理生化代謝，導(dǎo)致嫁接體的移栽成活率和抗逆性等不同[8-9]。不同接穗既然對(duì)相同砧木在客觀上存在不同影響，就得認(rèn)識(shí)接穗與砧木親緣關(guān)系對(duì)砧木生長(zhǎng)、生理代謝等方面的影響規(guī)律，從而制定合理的栽培管理措施使砧木根系與接穗代謝協(xié)調(diào)。根尖作為實(shí)現(xiàn)吸收功能的主要部位，是根系中生命活動(dòng)最旺盛的區(qū)域[10]。雖然關(guān)于接穗對(duì)砧木根系差異的報(bào)道有一些，但直接針對(duì)接穗誘導(dǎo)砧木根尖的研究并不多，尤其缺乏其對(duì)根尖結(jié)構(gòu)影響的報(bào)道。

油茶(CamelliaoleiferaAbel.)，又名茶子樹、茶油樹等，是山茶科(Theaceae)山茶屬(Camellia)的多年生常綠小喬木或灌木[11]。山茶科植物全球共28屬約700種，中國(guó)目前有15屬約 400種，其中60余種可作為木本油料樹種，其中，普通油茶種植面積最大，分布區(qū)域最廣，適應(yīng)性也最強(qiáng)[12]。油茶作為我國(guó)特有的木本油料樹種[3]，不僅壽命長(zhǎng)、適應(yīng)性強(qiáng)，而且還能保持水土、綠化荒山，具有良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益[13]。芽苗砧嫁接苗是油茶生產(chǎn)上的主要苗木來(lái)源,鑒于油茶芽苗砧嫁接苗的廣闊應(yīng)用前景和砧木根系對(duì)嫁接苗生長(zhǎng)的重要性，開展不同接穗對(duì)芽苗砧嫁接體的根系影響試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定根系生長(zhǎng)、生理生化指標(biāo)，觀察根尖解剖結(jié)構(gòu)，分析與砧木不同親緣關(guān)系的接穗對(duì)普通油茶砧木根的差異影響，從而探討相同砧木具有不同栽培表現(xiàn)的原因，以期為油茶生產(chǎn)提供技術(shù)參考和理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

2016年11月，在福建省閩侯桐口林場(chǎng)華南工區(qū)，選取1棵生長(zhǎng)良好，產(chǎn)量高的15年生普通油茶(閩48)植株，采集所有果實(shí)，陰干，自然開裂，脫殼，收集所有粒大、飽滿、無(wú)病蟲害的種子，貯藏于4 ℃冰箱。2017年1月，取出，培育芽苗砧，至5月下旬，起芽苗砧，著手嫁接。茶花(CamelliajaponicaL.)和普通油茶的接穗均為當(dāng)年生、健壯、半木質(zhì)化的新梢，茶花接穗采自福建農(nóng)林大學(xué)校園內(nèi)15年生的茶花樹，普通油茶的接穗采自與砧木種子來(lái)源相同的母樹。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017年5月下旬，在福建農(nóng)林大學(xué)科技園田間試驗(yàn)地進(jìn)行油茶芽苗砧嫁接，砧木均來(lái)自同一母樹的普通油茶。接穗設(shè)3個(gè)處理：處理1為東方亮品種茶花的接穗(異源嫁接苗)；處理2為普通油茶接穗(同源嫁接苗)；處理3為無(wú)接穗(CK，自根苗)。3個(gè)處理的砧木均采用相同的處理方法。嫁接和處理后的植株移栽至大田，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30株，共270株，采用相同田間管理。2018年8月，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選10棵幼苗作樣株，測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 2018年8月，用游標(biāo)卡尺測(cè)每株的地徑(mm)。取樣株，數(shù)單株總主根數(shù)和側(cè)根數(shù)，用直尺測(cè)單株最長(zhǎng)主根長(zhǎng)(cm)和側(cè)根長(zhǎng)(cm)。

1.3.2 根尖顯微結(jié)構(gòu) 取根尖，用標(biāo)準(zhǔn)固定液(formalin-acetic acid-alcohol，F(xiàn)AA)固定，經(jīng)酒精脫水，二甲苯透明及石蠟包埋后切片，切片經(jīng)1.0%的番紅和苯胺藍(lán)染色，顯微鏡下觀察根系解剖結(jié)構(gòu)并拍照。

1.3.3 生理指標(biāo)測(cè)定 取0.2 g根，采用蒽酮比色法測(cè)定根的可溶性糖含量。稱取0.5 g根，液氮速凍，研磨，加入4 mL磷酸鈉緩沖液(0.05 mol·L-1,pH值為7.8)，移至10 mL離心管中，離心10 min (4 ℃，6 000 r·min-1)，取上清液，放入4 ℃冰箱保存，待測(cè)。采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定可溶性蛋白質(zhì)含量；采用紫外線吸收法測(cè)定過(guò)氧化氫酶(catalase，CAT)活性；采用鄰苯二酚法測(cè)定多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)活性；采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過(guò)氧化物酶(peroxidase，POD)活性；采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量[14-15]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理與圖表的繪制，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行差異性檢驗(yàn)、多重比較(Duncan′s)和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 接穗對(duì)砧木生長(zhǎng)的影響

由圖1可見(jiàn)，不同接穗處理對(duì)普通油茶砧木的地徑、主根數(shù)、側(cè)根數(shù)、主根長(zhǎng)和側(cè)根長(zhǎng)均有顯著影響。處理3的砧木地徑最大，處理2的次之，處理1的最?。惶幚?的砧木主根數(shù)、側(cè)根數(shù)最多，處理2的次之，處理3的最少；處理1的砧木側(cè)根長(zhǎng)最長(zhǎng)，處理2的次之，處理3的最短；處理1的砧木主根長(zhǎng)最長(zhǎng)，處理3的次之，處理2的最短。表明不同接穗嫁接處理影響普通油茶砧木根系生長(zhǎng)，嫁接促進(jìn)砧木根生長(zhǎng)，接穗與砧木間的親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，越有利于根系生長(zhǎng)，但嫁接不利于砧木地徑生長(zhǎng)。

(a)地徑Ground diameter (b)根數(shù)Number of roots (c)根長(zhǎng)Root length

2.2 接穗對(duì)砧木根尖解剖結(jié)構(gòu)的影響

由圖2可見(jiàn)，不同接穗處理后普通油茶砧木根尖橫切細(xì)胞發(fā)生明顯變化。處理1，細(xì)胞排列紊亂，扁平，明顯膨脹，細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞質(zhì)淡稀[圖2(a)]。處理2，橫切面細(xì)胞排列規(guī)則，均勻，細(xì)胞飽滿，皮層的最內(nèi)2～3層細(xì)胞壁加厚，呈馬蹄形[圖2(b)]。處理3，細(xì)胞狀態(tài)界于處理2和處理1之間，皮層的最內(nèi)一層細(xì)胞胞壁加厚[圖2(c)]。由圖2、表 1可得出，不同接穗處理對(duì)普通油茶砧木根尖的皮層厚度、中柱鞘厚度、維管柱直徑和根尖直徑均有顯著影響。處理2的砧木根尖中柱鞘厚度最厚，處理1的次之，處理3的最薄，說(shuō)明嫁接提高中柱鞘的分生能力，促進(jìn)根橫向生長(zhǎng)，接穗與砧木的親緣關(guān)系越近，橫向生長(zhǎng)能力越強(qiáng)。處理2的砧木根尖皮層厚度最厚、根尖直徑最大，處理1的次之，處理3的最??；處理3的砧木根尖維管柱直徑最大，處理2的其次，處理1的最小，說(shuō)明嫁接減弱了砧木根的吸收效率和運(yùn)輸能力，同源嫁接體的根吸收效率和橫向運(yùn)輸能力弱于異源嫁接體，縱向運(yùn)輸能力則強(qiáng)于異源嫁接體。不同接穗處理普通油茶砧木根尖表皮厚度沒(méi)有差異，說(shuō)明其不受接穗影響。

(a)處理1 Treatment 1 (b)處理2 Treatment 2 (c)處理3 Treatment 3

表1 不同接穗處理普通油茶砧木根尖的顯微結(jié)構(gòu)指標(biāo)

2.3 接穗對(duì)砧木根生理生化指標(biāo)的影響

由圖 3 可見(jiàn)，不同接穗處理對(duì)普通油茶砧木根的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、POD活性、CAT活性、PPO活性和MDA含量均有顯著影響。處理3的砧木根可溶性糖含量和可溶性蛋白含量最多，處理2的次之，處理1的最少，說(shuō)明嫁接降低根系營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)貯藏，接穗與砧木的親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，越不利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)貯藏。處理1的砧木根POD活性最大，處理2的次之，處理3的最小，說(shuō)明嫁接提高了POD活性，且接穗和砧木親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，POD活性越大。處理3的砧木根CAT活性最大，處理1的次之，處理2的最小，說(shuō)明嫁接降低了CAT活性，接穗和砧木的親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，CAT活性越大。處理2的砧木根PPO活性最大，處理3的次之，處理1的最小，說(shuō)明接穗與砧木親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，PPO活性越小。處理1的砧木根MDA含量最多，處理3的次之，處理2的最少，說(shuō)明接穗與砧木的親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近決定了MDA含量，關(guān)系越遠(yuǎn)，脅迫越強(qiáng)。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。Note: different lowercase letters indicate significant difference (P<0.05).

2.4 各指標(biāo)相關(guān)性分析

表2相關(guān)分析表明，砧木根的可溶性蛋白質(zhì)含量(X11)與根尖表皮厚度(X1)呈顯著正相關(guān)，與根尖維管柱直徑(X5)和砧木地徑(X10)均呈極顯著正相關(guān)，與砧木的側(cè)根長(zhǎng)度(X7)、主根數(shù)(X8)和側(cè)根數(shù)(X9)均呈顯著負(fù)相關(guān)。砧木根的可溶性糖含量(X12)與根尖維管柱直徑(X5)和砧木地徑(X10)均呈極顯著正相關(guān)，與砧木的側(cè)根長(zhǎng)度(X7)和主根數(shù)(X8)均呈顯著負(fù)相關(guān)，與砧木的側(cè)根數(shù)(X9)呈極顯著負(fù)相關(guān)。砧木根的PPO活性(X13)與根尖中柱鞘厚度(X3)和根尖直徑(X4)均呈極顯著正相關(guān)。砧木根的POD活性(X14)與根尖維管柱直徑(X5)呈顯著負(fù)相關(guān)，與砧木的主根長(zhǎng)度(X6)、側(cè)根長(zhǎng)度(X7)、主根數(shù)(X8)和側(cè)根數(shù)(X9)呈極顯著正相關(guān)，與砧木地徑(X10)呈極顯著負(fù)相關(guān)。砧木根的CAT活性(X15)與根尖皮層厚度(X2)呈顯著負(fù)相關(guān)，與根尖中柱鞘厚度(X3)和根尖直徑(X4)呈極顯著負(fù)相關(guān)。砧木根的MDA含量(X16)與根尖中柱鞘厚度(X3)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與砧木的主根長(zhǎng)度(X6)呈極顯著正相關(guān)。

表2 接穗處理普通油茶砧木各指標(biāo)間的相關(guān)分析

由表3可見(jiàn)，根尖的皮層厚度(X2)與中柱鞘厚度(X3)、根尖直徑(X4)、砧木的側(cè)根長(zhǎng)度(X7)和側(cè)根數(shù)(X9)均呈顯著正相關(guān)，與根尖維管束直徑(X5)和砧木地徑(X10)均呈顯著負(fù)相關(guān)，與砧木的主根數(shù)(X8)呈極顯著正相關(guān)。根尖中柱鞘厚度(X3)與根尖直徑(X4)呈極顯著正相關(guān)。根尖維管束直徑(X5)與砧木的側(cè)根長(zhǎng)度(X7)呈顯著負(fù)相關(guān)，與砧木的主根數(shù)(X8)和側(cè)根數(shù)(X9)均呈極顯著負(fù)相關(guān)，與砧木地徑(X10)呈極顯著正相關(guān)。砧木的主根長(zhǎng)度(X6)與側(cè)根長(zhǎng)度(X7)和側(cè)根數(shù)(X9)均呈顯著正相關(guān)。砧木的側(cè)根長(zhǎng)度(X7)與主根數(shù)(X8)和側(cè)根數(shù)(X9)均呈極顯著正相關(guān)，與砧木地徑(X10)呈極顯著負(fù)相關(guān)。砧木的主根數(shù)(X8)與側(cè)根數(shù)(X9)呈極顯著正相關(guān)，與砧木地徑(X10)呈極顯著負(fù)相關(guān)。砧木的側(cè)根數(shù)(X9)與砧木地徑(X10)呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表3 接穗處理砧木生長(zhǎng)和解剖指標(biāo)間的相關(guān)分析

3 討論與結(jié)論

嫁接被廣泛地應(yīng)用于農(nóng)林生產(chǎn)，能提高植物耐脅迫能力而正常生長(zhǎng)[16]，嫁接體的砧木根系吸收提供其生長(zhǎng)所需的水分和礦質(zhì)元素[17]。而本研究發(fā)現(xiàn)，不同接穗顯著影響砧木主根和側(cè)根的生長(zhǎng)，與彰武松嫁接到樟子松后的結(jié)果相同[18],嫁接促進(jìn)油茶芽苗砧嫁接體根系生長(zhǎng)，接穗與砧木親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，越有利于根系的生長(zhǎng)。

根系解剖特征不但能夠直接呈現(xiàn)出植物組織的發(fā)育狀況，而且與其功能存在密切聯(lián)系[10]。根尖中柱鞘是由根維管柱外圍的1～2層的薄壁細(xì)胞組成，仍保留分生能力[19]。文中研究得出，嫁接提高了中柱鞘的分生能力，促進(jìn)根橫向生長(zhǎng)，接穗與砧木的親緣關(guān)系越近，橫向生長(zhǎng)能力越強(qiáng)；根尖的中柱鞘厚度與皮層厚度呈顯著正相關(guān)，與根尖直徑呈極顯著正相關(guān)，這可能與接穗提供砧木根的生長(zhǎng)素含量有關(guān)。根直徑越小，吸收效率越大，皮層越薄，根系橫向運(yùn)輸功能越強(qiáng)，維管柱直徑越大，根系縱向運(yùn)輸功能越強(qiáng)，嫁接減弱了砧木根的吸收效率和運(yùn)輸能力，同源嫁接體的根吸收效率和橫向運(yùn)輸能力弱于異源嫁接體，縱向運(yùn)輸能力則強(qiáng)于異源嫁接體，這可能與接穗和砧木的親和性有關(guān)，接穗和砧木親緣關(guān)系越近，親和性越大，越有利于接穗和砧木維管束的愈合[7,10,20]。根尖內(nèi)皮層細(xì)胞加厚有利于增強(qiáng)根細(xì)的抗逆能力，研究中砧木抗逆性與接穗的親緣關(guān)系有關(guān)，異源嫁接減弱了砧木的抗逆能力，而同源嫁接卻能增強(qiáng)砧木的抗逆能力[21]。

可溶性糖和蛋白是細(xì)胞生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)[22]。本研究得出，根的可溶性蛋白含量與根尖維管柱直徑和砧木地徑均呈極顯著正相關(guān)，與砧木的側(cè)根長(zhǎng)度、主根數(shù)和側(cè)根數(shù)均呈顯著負(fù)相關(guān)；根的可溶性糖含量與根尖維管柱直徑和砧木地徑均呈極顯著正相關(guān)，與砧木的側(cè)根長(zhǎng)度和主根數(shù)均呈顯著負(fù)相關(guān)，與砧木的側(cè)根數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；嫁接減少根系營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)貯藏，接穗與砧木的親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，越不利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)貯藏，說(shuō)明根系營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)根橫向生長(zhǎng)和砧木地徑生長(zhǎng)，抑制根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)和分枝，這可能是與不同的接穗影響砧木根橫向輸送能力和縱向輸送能力有關(guān)，同源嫁接體縱向運(yùn)輸能力強(qiáng)，利于生長(zhǎng)物質(zhì)輸送到地徑，促進(jìn)生長(zhǎng)，而異源嫁接體橫向輸送能力強(qiáng)，利于生長(zhǎng)物質(zhì)留在根中，促進(jìn)生長(zhǎng)。MDA含量能反映受脅迫程度[23]，本研究中接穗與砧木的親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近決定了MDA含量，關(guān)系越遠(yuǎn)，脅迫越強(qiáng)。CAT是植物保護(hù)機(jī)制的關(guān)鍵酶之一，酶活性升高，有利于提高植物的各種抗逆性[24]，砧木根的CAT活性與根尖皮層厚度呈顯著負(fù)相關(guān)，與根尖中柱鞘厚度和根尖直徑呈極顯著負(fù)相關(guān)，嫁接降低了CAT活性，接穗和砧木的親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，CAT活性越大，這與王淑杰等的研究相似[25]，說(shuō)明接穗與砧木的親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近決定了對(duì)砧木生長(zhǎng)脅迫程度，關(guān)系越遠(yuǎn)，脅迫越強(qiáng)，通過(guò)提高根尖的厚度和CAT活性提高抗逆性。PPO是苯丙烷代謝的限速酶，有利于木質(zhì)素的形成，而木質(zhì)素是細(xì)胞壁的組成成分[26]。接穗與砧木親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，PPO活性越小，砧木根的PPO活性與根尖中柱鞘厚度和根尖直徑均呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明PPO有利于根尖變粗和內(nèi)皮層變薄，根尖越細(xì)，內(nèi)皮層細(xì)胞加厚層次越少。POD作為一種誘導(dǎo)酶，存在于植物細(xì)胞壁和細(xì)胞的質(zhì)外體之中，隨著植株體內(nèi)細(xì)胞分化的增加而提高[27]。砧木根的POD活性與根尖維管柱直徑呈顯著負(fù)相關(guān)，與砧木的主根長(zhǎng)度、側(cè)根長(zhǎng)度、主根數(shù)和側(cè)根數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與砧木地徑呈極顯著負(fù)相關(guān)，嫁接提高了POD活性，且接穗和砧木親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，POD活性越大，越有利于根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)和分枝，越不利于根維管柱和砧木地徑生長(zhǎng)，這與王淑杰等[25]的研究結(jié)果相似。

嫁接促進(jìn)油茶芽苗砧嫁接體根系生長(zhǎng)，接穗與砧木親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，越有利于根系的生長(zhǎng)。嫁接提高了中柱鞘的分生能力，促進(jìn)根的橫向生長(zhǎng)，減弱了砧木細(xì)根的吸收效率和運(yùn)輸能力；接穗與砧木的親緣關(guān)系越近，根橫向生長(zhǎng)能力越強(qiáng)，根細(xì)吸收效率和橫向運(yùn)輸能力越弱，縱向運(yùn)輸能力越強(qiáng)，抗逆性越強(qiáng)。嫁接降低根系營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)貯藏，接穗與砧木的親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，越不利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)貯藏。嫁接降低了CAT活性，提高了POD活性；接穗與砧木的親緣關(guān)系決定了對(duì)砧木生長(zhǎng)脅迫程度，接穗與砧木親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，脅迫越強(qiáng)，CAT活性越大；PPO活性越小，根越細(xì)，內(nèi)皮層細(xì)胞加厚層次越少；POD活性越大，越有利于根的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)和分枝，越不利于根的橫向生長(zhǎng)和砧木地徑的生長(zhǎng)。因此，在立地條件優(yōu)越的環(huán)境下可選與砧木親緣關(guān)系遠(yuǎn)的接穗，在立地條件差的環(huán)境下則選與砧木親緣關(guān)系近的接穗。