兩種植物生長調(diào)節(jié)劑對木槿插穗生根的影響

張 琳，程亞男，張 欣，楊偉婷，孔慶濤，謝東鋒

(臨沂大學(xué)農(nóng)林科學(xué)學(xué)院，山東 臨沂 276000)

木槿(Hibiscussyriacus)是原產(chǎn)東亞的落葉灌木，耐寒、耐旱、耐瘠薄、耐修剪，在我國從東北到華南廣泛栽培[1]。木槿極具開發(fā)和利用價(jià)值，其根、莖、花、皮均可入藥；皮是人造棉和造紙業(yè)優(yōu)質(zhì)原料；花可食用，營養(yǎng)價(jià)值極高，且花期長，常用作花籬、綠籬、庭園點(diǎn)綴和室內(nèi)盆景。木槿對有毒氣體有很強(qiáng)的抗性，也常作為街道和工廠主要綠化樹種[2-3]。木槿可通過播種、扦插和壓條方式進(jìn)行繁殖，相對于壓條繁殖系數(shù)小、播種易出現(xiàn)發(fā)芽率低和子代變異性大的問題，扦插繁殖是進(jìn)行木槿繁育的重要手段。目前國內(nèi)外對木槿的研究主要集中在藥用價(jià)值[4-5]、發(fā)育學(xué)[6]、抗逆性[7-8]等方面，對扦插的研究僅見于扦插技術(shù)[2-3]和生根影響因素[9-10]，測定方法簡單，對扦插生根機(jī)理的研究較少。鑒于此，筆者以木槿1年生嫩枝為材料進(jìn)行扦插試驗(yàn)，以萘乙酸(NAA)和吲哚丁酸(IBA)的3種質(zhì)量濃度(100、300和600 mg/L)為試驗(yàn)處理，清水為對照(CK)，對木槿插穗解剖結(jié)構(gòu)和生根性狀進(jìn)行觀測，以期為了解木槿扦插生根機(jī)制和建立木槿扦插繁殖體系提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣地概況及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地位于臨沂大學(xué)校園內(nèi)(117°24′～119°11′E，34°22′～36°13′N)，屬暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，氣溫適宜，光照充足，雨熱同季，雨量充沛，年均氣溫13.4 ℃，無霜期200 d以上。

于2018年9月12日剪取臨沂大學(xué)校內(nèi)木槿實(shí)生苗1年生嫩枝為試驗(yàn)材料，將其剪成15 cm左右的插穗，插穗基部直徑約為1 cm，每穗帶有2～3個(gè)發(fā)育充實(shí)的芽，上端保留1～2片葉，每葉剪去2/3的大小。插穗頂端平切，切口距保留葉芽1～2 cm，基部斜切。將珍珠巖和育苗基質(zhì)(山東商道生物科技股份有限公司生產(chǎn))以2∶1體積比混合后作為扦插基質(zhì)，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%高錳酸鉀溶液對插穗和基質(zhì)消毒，基質(zhì)厚約15 cm，扦插深度8 cm。

采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置6個(gè)處理(NAA和IBA各設(shè)置100、300、600 mg/L)，記為T1、T2、T3、T4、T5、T6，以清水為對照(CK)，插穗用以上各處理溶液浸泡2 h。每處理3區(qū)組(重復(fù))，每區(qū)組1盆(44 cm×22 cm)。為避免邊際效應(yīng)，每盆插3排，每排7株，株行距約為6 cm×9 cm，插穗葉片不能相互遮擋。扦插后立即1次充分澆水，然后覆膜以保溫保濕。在日常管理中，每2 d噴1次水。10月9日氣溫下降時(shí)，轉(zhuǎn)入光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)，溫度設(shè)為25 ℃，以培育成熟葉片進(jìn)行光合指標(biāo)測定，扦插試驗(yàn)持續(xù)約60 d。

1.2 指標(biāo)測定方法

每隔7 d各處理隨機(jī)選擇1株插穗作基部橫切面徒手切片；作切片時(shí)，先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的番紅染色4 h，然后用體積分?jǐn)?shù)70%的酒精脫水1 min，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%固綠復(fù)染2 min，最后用體積分?jǐn)?shù)95%的酒精脫水1 min，使用UY203i熒光顯微鏡觀察插穗生根情況。

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，使用FS-3080H植物光合測量系統(tǒng)在典型晴天8:30—11:30測定各處理扦插苗光合作用氣體交換參數(shù)，使用STYS-1活體葉綠素儀測定葉綠素含量(Chl)，選擇葉片為每株幼苗頂端起第3個(gè)新生葉(成熟葉)。測定所有插穗生根指標(biāo)，生根率以生根插穗數(shù)占各區(qū)組總株數(shù)的百分比來表示；使用千分之一電子天平測定根鮮質(zhì)量(RFW，式中記為WRFW)；使用WinRHIZO STD4800根系分析系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)根系形態(tài)指標(biāo)[11]，包括平均根長(ARL，式中記為LARL)、根平均直徑(RAD)、根表面積(SA)、根體積(RV)、根尖數(shù)(RT)、根長密度(RLD)；使用TTC染色法測定TTC還原強(qiáng)度(RA，式中記為ARA)。

比根長(SRL,式中記為LSRL)根據(jù)根長和根鮮質(zhì)量計(jì)算：LSRL=LARL/WRFW。

TTC還原總量(TTCRA，式中記為ATTC，RA)根據(jù)TTC還原強(qiáng)度和根鮮質(zhì)量計(jì)算：ATTC，RA=ARA×WRFW。

1.3 生根能力綜合評價(jià)方法

采用隸屬函數(shù)法對生根能力進(jìn)行綜合評價(jià)[12]，計(jì)算公式如下：

U(Xi) = (Xi-Xmin) / (Xmax-Xmin)；

(1)

U(Xi) = 1-(Xi-Xmin) / (Xmax-Xmin)。

(2)

式中：Xi表示第i個(gè)指標(biāo)測定值，Xmax表示第i個(gè)指標(biāo)測定值的最大值，Xmin表示第i個(gè)指標(biāo)測定值的最小值。如果所測指標(biāo)與木槿的生根率呈正相關(guān)，用式(1)；如果所測指標(biāo)與木槿的生根率呈負(fù)相關(guān)則用式(2)。對各指標(biāo)生根能力隸屬值進(jìn)行累計(jì)并計(jì)算平均值，平均值越大，植物的生根能力越強(qiáng)；平均值越小，生根能力越差。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 19.0和Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表制作，用單因素方差分析(One-way ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)，數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 木槿插穗生根過程中解剖結(jié)構(gòu)的觀察

對木槿顯微切片觀察發(fā)現(xiàn)，除不定根發(fā)生時(shí)間不同外，各處理插穗基部解剖結(jié)構(gòu)沒有明顯差異，現(xiàn)以T5處理插穗為例進(jìn)行分析(圖1)。

A.扦插第0天the cutting of the 0 day；B.扦插第7天the cutting of the 7th day；C.扦插第14天the cutting of the 14th day；D.扦插第21天the cutting of the 21th day；箭頭指示生長錐。The arrows indicate the growth cone of cambium.圖1 IBA (300 mg/L)處理下不同生根階段木槿插穗基部解剖結(jié)構(gòu)Fig.1 The anatomical structure of the base of Hibiscus syriacus cuttings with IBA (300 mg/L) treatment during rooting

對T5處理的顯微切片進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，扦插起始日，在插穗形成層處有大群薄壁細(xì)胞群形成的根原始體或根原基，這些細(xì)胞位于最寬髓射線與形成層的交叉點(diǎn)上，向髓心方向呈現(xiàn)凸形，在皮層邊緣呈現(xiàn)凹形或稱鋸齒狀，整體呈不規(guī)則圓錐形(圖1A)；扦插第7天時(shí)，由于形成層細(xì)胞分裂迅速，薄壁細(xì)胞群向外發(fā)育成鈍圓錐形根原始體(或稱為生長錐)，侵入韌皮部，皮層邊緣凹形(鋸齒狀)消失(圖1B)；扦插第14天時(shí)，根原始體細(xì)胞繼續(xù)發(fā)育向外膨大，與其相連的髓射線也明顯增粗，通過木質(zhì)部從髓部髓細(xì)胞中獲得大量營養(yǎng)物質(zhì)，在生長錐中部形成明顯的線形根原基細(xì)胞，內(nèi)與髓射線相連，外接皮孔，部分插穗不定根開始發(fā)生(圖1C)；扦插第21天時(shí)，大量根原基細(xì)胞通過皮孔突破皮層，伸出表皮，不定根開始大量發(fā)生(圖1D)。

2.2 植物生長調(diào)節(jié)劑對木槿插穗生根性狀和生理特征的影響

植物生長調(diào)節(jié)劑能顯著影響木槿插穗生根率(RR)、根鮮質(zhì)量(RFW)、TTC還原強(qiáng)度(RA)和TTC還原總量(TTCRA)。與CK相比，除T3處理下RA差異不顯著外，其他處理各指標(biāo)均顯著升高(P<0.05)。T1—T6處理RR依次增加了285%、362%、246%、54%、554%、362%，RFW增加了96%、222%、53%、185%、527%、241%，RA增加了9%、37%、2%、79%、58%、12%，TTCRA增加了113%、342%、56%、409%、892%、282%，T5處理的RR、RFW和TTCRA均最高(圖2)。

圖中不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Different lowercase letters indicated significant differences among different treatments at P<0.05. The same below.圖2 不同植物生長調(diào)節(jié)劑對木槿插穗生根率、根鮮質(zhì)量和根系活力的影響Fig.2 Effects of different plant growth regulators on the rooting rate, root fresh weight and root activity of Hibiscus syriacus cuttings

植物生長調(diào)節(jié)劑能顯著影響木槿插穗平均根長(ARL)、根平均直徑(RAD)、根表面積(SA)、根體積(RV)、根尖數(shù)(RT)、根長密度(RLD)和比根長(SRL)。與CK相比，各處理的ARL、RAD、SA、RV、RT和RLD變化趨勢相似，除T4處理RAD顯著降低外，其他指標(biāo)均顯著上升(P<0.05)；T1—T6處理ARL增加了105%、33%、20%、224%、198%、67%(圖3A)，RAD增加了32%、12%、42%、-22%、50%、50%(圖3B)，SA增加了102%、50%、44%、150%、282%、120%(圖3C)，RV增加了139%、71%、90%、94%、457%、217%(圖3D)，RT增加了102%、168%、21%、242%、126%、163%(圖3E)，RLD增加了105%、33%、20%、224%、198%、67%(圖3F)。

圖3 不同植物生長調(diào)節(jié)劑對木槿插穗根系形態(tài)指標(biāo)的影響Fig.3 Effects of different plant growth regulators on the root morphological indices of Hibiscus syriacus cuttings

各處理SRL與CK相比，T1差異不顯著，T4顯著上升(P<0.05)，增加了14%，T2、T3、T5、T6處理均顯著下降(P<0.05)，300 mg/L的IBA處理下，比CK下降了52%(圖3G)。

植物生長調(diào)節(jié)劑顯著影響木槿扦插苗葉綠素含量(Chl)和凈光合速率(Pn)。與CK相比，除T2處理Chl和T6處理Pn差異不顯著外，其他均差異顯著(P<0.05)；T1—T6處理Chl分別減少了38%、-5%、-11%、41%、51%、-9%；Pn分別減少了37%、59%、38%、80%、82%、10%(圖4)。

圖4 不同植物生長調(diào)節(jié)劑對木槿插穗葉綠素含量和 凈光合速率的影響Fig.4 Effects of different plant growth regulators on chlorophyll contents and the photosynthetic rate of Hibiscus syriacus cuttings

2.3 木槿插穗生長生理指標(biāo)的相關(guān)性分析及綜合性評價(jià)

通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，RR與RAD、RV和RFW呈顯著正相關(guān)，與SRL呈顯著負(fù)相關(guān)；Chl、Pn與大部分生根指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，其中Chl與SA呈顯著負(fù)相關(guān)，與ARL、RLD呈極顯著負(fù)相關(guān)，Pn與ARL、RLD呈顯著負(fù)相關(guān)，與RA呈極顯著負(fù)相關(guān)(表1)。

表1 木槿插穗生長生理指標(biāo)的相關(guān)性分析

使用隸屬函數(shù)法對各處理插穗生根能力進(jìn)行評價(jià)發(fā)現(xiàn)，T5處理隸屬函數(shù)值排名最高，其生根指標(biāo)中RR、RA、TTCRA、ARL、SA、RV、RT均排名第一；CK生根能力綜合排名最低，除SA、SRL、Chl外，其他指標(biāo)均排名最低；IBA處理生根能力明顯高于NAA處理，3種質(zhì)量濃度IBA處理的生根能力排名前三；IBA、NAA具有濃度閾值效應(yīng)，隨著濃度升高，插穗生根能力呈先上升后下降趨勢，IBA、NAA均以質(zhì)量濃度為300 mg/L處理下木槿插穗的生根能力最強(qiáng)(表2)。

表2 木槿插穗生根能力隸屬函數(shù)值比較

3 討 論

根據(jù)根原始體的形成時(shí)間，植物扦插生根類型可分為潛伏根原始體生根型和誘導(dǎo)根原始體生根型[13]；根據(jù)不定根發(fā)生部位，可分為潛伏不定根原基生根型、側(cè)芽(潛伏芽)基部分生組織生根型、皮部生根型和愈傷組織生根型，同一種植物往往兼具兩種或兩種以上的生根類型[14]。顯微觀察表明，扦插起始日在插穗形成層和最寬髓射線結(jié)合處發(fā)現(xiàn)有大群薄壁細(xì)胞群形成的不規(guī)則鈍圓錐形薄壁細(xì)胞群，也就是根原始體或根原基，可見木槿扦插屬于誘導(dǎo)根原始體生根型；在扦插第21天，根原基細(xì)胞突破皮層，從皮孔處伸出表皮，不定根開始大量發(fā)生，可見木槿扦插屬于皮部生根類型。

生根率(RR)、根鮮質(zhì)量(RFW)、TTC還原強(qiáng)度(RA)、TTC還原總量(TTCRA)、平均根長(ARL)、根平均直徑(RAD)、根表面積(SA)、根體積(RV)、根尖數(shù)(RT)、根長密度(RLD)和比根長(SRL)是表征插穗生根性狀的指標(biāo)。其中TTC還原強(qiáng)度(RA)和TTC還原總量(TTCRA)是表示植物根系活力的指標(biāo)，RA和TTCRA越大，說明苗木根系活力越強(qiáng)；根長密度(RLD)是指單位體積土壤內(nèi)根系長度，反映土壤資源的有效性，RLD越大，說明單位體積土壤中根系越長，對土壤資源的利用率越高；比根長(SRL)是指細(xì)根單位質(zhì)量的根長，是根長和生物量的比值， SRL越小，說明植物根系越粗壯。本研究發(fā)現(xiàn)，與CK相比，除T3處理RA及T1處理SRL差異不顯著、T4處理RAD和T2、T3、T5、T6處理SRL顯著降低外，其他處理均顯著升高，可見IBA和NAA可顯著促進(jìn)木槿插穗不定根發(fā)生和生長，明顯促使插穗對根系生長的投入。其他學(xué)者也有相似的研究結(jié)果：張丹丹等[15]研究發(fā)現(xiàn)NAA 顯著提高了細(xì)柄阿丁楓氧化酶活性，加快生根進(jìn)程，促進(jìn)了扦插苗生根；秦愛麗等[16]發(fā)現(xiàn)，IBA能夠影響崖柏的生根率與根系發(fā)育，顯著提高插穗一級(jí)不定根數(shù)量、最長根長和根系干質(zhì)量；王藝等[17]發(fā)現(xiàn)NAA能夠影響紅花玉蘭根系形態(tài)特征，顯著提高生根率、生根數(shù)量、平均根長、平均根直徑以及根系綜合質(zhì)量指標(biāo)；魏黔春等[18]發(fā)現(xiàn)等質(zhì)量比的IBA、NAA 處理插穗1 min后生根效果最好。

葉綠素含量(Chl)、凈光合速率(Pn)能夠反映植物葉片光合生理性狀，插穗葉片生理性狀與其生根指標(biāo)有密切聯(lián)系。通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，木槿插穗Chl、Pn與大部分根系指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明在生根過程中插穗地上部分生長和地下部分生根存在競爭，這是因?yàn)樵谇げ迳^程中，前期插穗地下部分生根和地上部分萌芽及展葉，全靠其自身貯藏的營養(yǎng)來維持，因此插穗不定根生長和葉片發(fā)育對營養(yǎng)呈競爭關(guān)系。而插穗能否成活，關(guān)鍵在于能否生根及生根的快慢，因此對插穗葉片生理性狀指標(biāo)的測定有助于對插穗生根成活的研究。本研究發(fā)現(xiàn)，與CK相比，除T2處理Chl和T6處理Pn差異不顯著，T3、T6處理Chl顯著升高外，其他處理的Chl和Pn均顯著降低，說明大多數(shù)IBA和NAA處理能夠顯著降低插穗葉片的光合生理參數(shù)，這是因?yàn)檫@些處理能促進(jìn)插穗地下部分在與地上部分爭奪營養(yǎng)中占據(jù)優(yōu)勢。而T2、T3、T6處理下Chl或Pn指標(biāo)與CK相比差異不顯著，甚至顯著升高，可能與NAA 300、600 mg/L和IBA 600 mg/L處理在促進(jìn)插穗生根方面效果較差有關(guān)，這些處理中插穗地下部分與地上部分在營養(yǎng)爭奪中不占優(yōu)勢。

植物生長調(diào)節(jié)劑不同質(zhì)量濃度對插穗生根能力有顯著影響。本研究發(fā)現(xiàn)，植物生長調(diào)節(jié)劑具有明顯的濃度閾值效應(yīng)，隨植物生長調(diào)節(jié)劑濃度升高，木槿插穗生根能力呈先上升后下降趨勢。許多學(xué)者也有相似發(fā)現(xiàn)：尚秀華等[19]發(fā)現(xiàn)不同生根劑濃度對南美油藤扦插效果影響存在差異，較低的濃度因?yàn)榇龠M(jìn)作用微弱而效果不明顯，較高濃度則可能因?yàn)槎竞ψ饔枚a(chǎn)生較大的負(fù)面效應(yīng)；Tworkoski等[20]發(fā)現(xiàn)桃(Amygdaluspersica)插穗生根效果在IBA低濃度處理時(shí)較好，隨著IBA濃度增加生根效果降低。

植物生長調(diào)節(jié)劑種類對插穗生根能力也有顯著影響。本研究發(fā)現(xiàn)，IBA處理插穗生根能力明顯高于NAA處理，IBA 300 mg/L處理插穗生根能力最強(qiáng)。不同樹種適宜的植物生長調(diào)節(jié)劑種類及其質(zhì)量濃度不同，張丹丹等[15]發(fā)現(xiàn)3種植物生長調(diào)節(jié)劑(IAA、NAA 和GGR)中對細(xì)柄阿丁楓扦插生根效果最佳的為NAA，最適宜的濃度是300 mg/L；王藝等[17]發(fā)現(xiàn)4 種生長調(diào)節(jié)劑(GGR6、NAA、IBA、IAA)中對紅花玉蘭插穗生根效果最好的是NAA，其最適宜配方為1 000 mg/L。

綜上，木槿插穗生根類型屬于皮部生根型；木槿插穗生根過程中地上部分生長與地下部分生根存在競爭關(guān)系，植物生長調(diào)節(jié)劑能夠促進(jìn)木槿插穗地下部分生根，抑制地上部分生理性狀；植物生長調(diào)節(jié)劑具有濃度閾值效應(yīng)，IBA處理插穗生根能力明顯高于NAA處理，300 mg/L的IBA處理是促進(jìn)木槿扦插生根最適宜的配方。在今后還應(yīng)加強(qiáng)對木槿扦插生根機(jī)理的研究，監(jiān)測其生根過程中內(nèi)源激素的變化，縮短插穗生根觀測周期，探討在較短時(shí)間內(nèi)插穗形態(tài)和生理生化指標(biāo)的變化情況。