外施植物生長調(diào)節(jié)劑對山荊子扦插生根的影響

喻振宇，范俊俊*，馬敬澤，鄧 夢，李奇陽，陸 影，蔡軍火，宰學明

(1. 金陵科技學院 園藝園林學院，江蘇 南京 210038； 2. 江西農(nóng)業(yè)大學 園林與藝術(shù)學院，江西 南昌 330045 )

海棠(Malusspp.)是薔薇科(Rosaceae)蘋果屬(Malus)中果實直徑較小(≤5cm)的一類植物的總稱，是優(yōu)良的觀花、觀葉和觀果樹種。我國是世界蘋果屬的基因中心，種質(zhì)資源豐富，歐美原產(chǎn)海棠種質(zhì)較少，但經(jīng)200多年的育種，培育了數(shù)百種優(yōu)秀觀賞品種[1-2]。目前園林上廣泛應(yīng)用的種質(zhì)主要局限于西府海棠(M.micromalus)、垂絲海棠(M.halliana)、湖北海棠(M.hupehensis)等少數(shù)傳統(tǒng)海棠原種及歐美的優(yōu)秀觀賞品種，國內(nèi)新育成的新優(yōu)品種還并未進行推廣與種植，而且所引的歐美海棠品種因原砧木‘道格’海棠(M. ‘Dolgo’)的生態(tài)適應(yīng)性等問題，導致其觀賞效果表現(xiàn)遠不如種源地[3-5]。因此，挖掘具優(yōu)良適應(yīng)性的鄉(xiāng)土海棠種質(zhì)作為砧木，對新優(yōu)海棠品種的推廣以及對歐美海棠原砧木進行改劣換優(yōu)，具有重要的意義。

山荊子(M.baccata)是我國東北地區(qū)蘋果常用的砧用樹種，具有極強的耐寒能力[6]。同時，山荊子也具有觀賞及藥用價值，具有極大的經(jīng)濟效益。研究山荊子無性繁殖技術(shù)對觀賞海棠品種的推廣具有現(xiàn)實意義，尤其對推進觀賞海棠品種在我國北方地區(qū)的應(yīng)用具有極佳的市場前景。但目前國內(nèi)外對于山荊子的研究主要圍繞其經(jīng)濟價值(醫(yī)用價值、食用價值等)與種質(zhì)遺傳展開[7-10]，而對山荊子的無性繁殖研究報道較少[11]。史莉等利用ABT1號和“根太陽”生根劑對山荊子插穗進行處理，但生根成活率不到52%，且未研究其生根促進的內(nèi)在機理[11]。有研究報道萘乙酸(Naphthylacetic acid，NAA)可加快淀粉水解為還原性糖，為扦插生根供能[12]，從而促進根的形成[13]。3-吲哚丁酸(Indot-3-ylbutyric acid，IBA)處理可促進皮層生根，顯著提高扦插生根效率，節(jié)省生根時間[14-15]。雙吉爾(Shuang jier，GGR)是一種繼ABT生根粉之后新研制的無公害非激素型植物生理活性物質(zhì)，可提高植物體內(nèi)相關(guān)代謝酶的活性，縮短不定根出現(xiàn)到大量形成的時間，從而促進插穗生根[16-17]。目前這些植物生長調(diào)節(jié)劑已廣泛用于蘋果屬[18-20]、銀杏(Ginkgo)[21]、金縷梅科(Hamamelidaceae)[22]、木蘭科(Magnoliaceae)[23]等植物扦插繁殖技術(shù)中，表現(xiàn)出良好的促進生根效果。

因此，本研究采用了NAA、IBA、GGR三種植物生長調(diào)節(jié)劑處理，比較不同植物生長調(diào)節(jié)劑處理山荊子扦插生根效果的差異，分析扦插生根進程中可溶性碳水化合物、蛋白質(zhì)及抗氧化酶的含量動態(tài)變化規(guī)律。本研究擬達到以下目的：(1)尋找用于山荊子扦插生根的適宜植物生長調(diào)節(jié)劑配方；(2)探討植物生長調(diào)節(jié)劑促進山荊子生根的生理機制。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

山荊子海棠插穗取材于江蘇省揚州市江都區(qū)仙女鎮(zhèn)苗圃基地(東經(jīng)119°27′～119°54′，北緯32°18′～32°48′)。在1 a生山荊子實生苗中，選取生長健壯、無病蟲害的苗干(硬枝)作為扦插材料。采集下來后立即放入盛有河水的桶中，水高度約為5 cm，帶回學校后進行枝條修剪。選用枝條中部制穗，長度為10～12 cm。切口上平下斜，保證平滑，上切口在芽上方1～1.5 cm處。每根插穗具有2～4個芽，且保證最上端的芽飽滿、健壯。

試驗所用扦插池位于金陵科技學院園藝站內(nèi)，陽光充足，南北向，上方配置全光自動間歇式噴霧裝置。插床基質(zhì)為珍珠巖：泥炭土=1∶1的均勻混合物，厚度約為10 cm。在扦插前1 d深翻基質(zhì)，噴灑稀釋500倍的多菌靈溶液于基質(zhì)上進行消毒。

1.2 試驗設(shè)計

共設(shè)2個試驗，試驗1用于扦插生根效果調(diào)查。采用NAA(國藥集團化學試劑有限公司，上海)、IBA(國藥集團化學試劑有限公司，上海)、GGR(20.0%氨基酸，2.0%微量元素；復(fù)合型植物生長調(diào)節(jié)劑；艾比蒂生物科技有限公司，北京)三種植物生長調(diào)節(jié)劑、四種濃度(150、300、500和800 mg·L-1)的12個處理及清水對照處理(CK)，于試驗終止后進行扦插生根率和生根數(shù)統(tǒng)計，每個處理3個重復(fù)，每個重復(fù)樣本數(shù)為30株。試驗2采用300 mg·L-1NAA與CK兩種處理，用于扦插過程中生理指標動態(tài)測定，每個處理3個重復(fù)，每個重復(fù)樣本數(shù)為150株。

插穗制作完成后，將插穗下端(約插穗長度的1/3)浸泡在相應(yīng)的植物生長調(diào)節(jié)劑溶液(或清水)下2 h開始扦插。扦插深度約為插穗長度的1/2，扦插的行距為5 cm，株距為5 cm。扦插后立即用水澆透基質(zhì)。

采用全光自動間歇式噴霧裝置，噴霧時間長度及間隔根據(jù)當日氣溫、光照強度及風力大小而定。扦插初期插穗需水較多，噴霧采取少量多次的原則。扦插后每隔20 d噴施稀釋500倍的多菌靈溶液進行消毒，防止病蟲害對插穗造成傷害。

1.3 指標測定

生根性狀調(diào)查：于扦插后80 d對供試的13個處理的插穗進行生根調(diào)查，統(tǒng)計生根率和生根數(shù)。

生理指標的測定，在扦插后的第0、10、20、30、40、50、60、70、80 d，對300 mg·L-1NAA與CK兩種處理插穗中的可溶性蛋白、淀粉、可溶性糖含量及超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)、過氧化物酶(Peroxidase, POD)和多酚氧化酶(Polyphenoloxiolase, PPO)的活性進行測定。每處理每次隨機選取3組(每組10株)，清水洗凈后立即保存于冰盒中。1 h內(nèi)帶回實驗室，迅速將插穗基部2 cm處的韌皮部剝下剪碎后放入-70℃的超低溫冰箱中保存。

營養(yǎng)物質(zhì)測定：分別稱取插穗基部韌皮部組織0.2 g，用于可溶性蛋白、淀粉和可溶性糖含量測定。用李合生[24]的方法進行提取，用考馬斯藍法[25]測定可溶性蛋白，用蒽酮比色法[26]測定可溶性糖和淀粉。

SOD、POD和PPO活性測定方法：分別稱取插穗基部韌皮部組織0.2 g，用于SOD、POD和PPO的活性測定，每指標測定均為3個重復(fù)。SOD、POD和PPO測定方法分別按照李合生[24]、張志良等[27]和郝再彬等[28]方法進行。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0進行數(shù)據(jù)分析，采用Microsoft Excel 2019程序作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物生長調(diào)節(jié)劑對山荊子海棠插穗生根性狀的影響

植物生長調(diào)節(jié)劑種類和濃度對山荊子海棠插穗生根性狀均有顯著影響(P<0.05)(表1)。從表1可以看出，GGR的適宜質(zhì)量濃度是300 mg·L-1，其生根率、生根數(shù)分別是CK的2.3倍、3.5倍；IBA的適宜質(zhì)量濃度是500 mg·L-1，其生根率、生根數(shù)分別是CK的2.6倍、3.2倍；NAA的適宜質(zhì)量濃度是300 mg·L-1，其生根率、生根數(shù)分別是CK的3.6倍、6.2倍。即300 mg·L-1NAA處理下，山荊子插穗生根效果最優(yōu)。

表1 不同植物生長調(diào)節(jié)劑處理對山荊子海棠插穗生根性狀的影響Table 1 Effects of different exogenous hormones on rooting of M. baccata cuttings

2.2 山荊子海棠扦插生根過程中插穗內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)含量的變化

在山荊子海棠扦插生根過程中，300 mg·L-1NAA處理與CK插穗韌皮部的營養(yǎng)物質(zhì)各指標含量變化趨勢相似，可溶性蛋白質(zhì)、淀粉及可溶性糖含量分別呈“上升—下降—下降”、“下降—下降—上升”、“上升—下降—上升”變化趨勢(圖1)。

圖1 山荊子插穗生根過程中營養(yǎng)物質(zhì)含量的變化Fig. 1 Changes in nutrient content of M. baccata cuttings during rooting process注：*和**分別表示淹水處理與對照在P<0.05和P<0.01水平下的差異顯著性，下同。

從圖1可以看出，處理極顯著地提高了可溶性蛋白的合成速度(P<0.01)，其峰值出現(xiàn)時間比CK提前了20 d。當處理樣本中的可溶性蛋白達到峰值的時候(扦插后第30 d)，其可溶性蛋白含量比CK的同期值提高了35.2%，與CK存在顯著差異(P<0.05)。此外還可以看出，300 mg·L-1NAA處理加快了淀粉和可溶性糖的消耗速度，其谷值出現(xiàn)的時間皆比CK提前了20 d。處理樣本中的淀粉和可溶性糖達到谷值時(扦插后第30 d)，其含量分別比CK同期值降低6.3%和降低了5.4%。

2.3 扦插生根過程中插穗內(nèi)抗氧化酶活性的變化

從圖2可以看出，在觀賞扦插生根過程中，處理與CK插穗韌皮部的各相關(guān)氧化酶活性變化趨勢相似，SOD、POD及PPO活性分別呈“上升—上升—下降”、“上升—下降—上升—下降”及“上升—上升—下降”的變化趨勢。300 mg·L-1NAA處理極顯著提高了山荊子海棠扦插生根過程中相關(guān)氧化酶的活性(P<0.05)，其峰值出現(xiàn)時間均比CK提前了20 d。當處理樣本中的SOD活性達到峰值時(扦插后第30 d)，比CK的同期值提高了52.4%；處理樣本中的PPO活性達到峰值時(扦插后第50 d)，比CK的同期值提高了61.2%。從圖2還可以看出，處理樣本中的POD活性具有兩個峰值，達到第一個峰值時(扦插后第20 d)，其POD活性比CK的同期值提高了56.5%(P<0.05)，達到第二個峰值時(扦插后第60 d)，其POD活性比CK的同期值提高了16.4%。

圖2 山荊子插穗生根過程中抗氧化酶活性變化Fig. 2 Changes of antioxidases activity in the M. baccata cuttings rooting process

3 討 論

成活率和生根質(zhì)量是衡量扦插育苗成功的關(guān)鍵指標[21]。本研究使用不同種類及濃度的植物生長調(diào)節(jié)劑對山荊子插穗進行處理，發(fā)現(xiàn)在適宜濃度下，植物生長調(diào)節(jié)劑顯著提高了插穗生根率和生根數(shù)目，篩選出最佳配方，即使用300 mg·L-1NAA浸泡插穗2 h，生根率可提高3.6倍，生根數(shù)量可增加6.2倍，這與NAA促進蘋果屬的紅纓海棠(M.‘Hongying’)[18]、M.‘Jork 9’[29]、刺槐(Robiniapseudoacacia)[30]、細柄阿丁楓(Altingiagracilipes)[22]、豬籠草(Nepenthes)[31]等植物不定根發(fā)生的效果一致。但研究報道，白樺(BetulaplatyphyllaSuks)[32]、銀杏(Ginkgobiloba)[21]、天竺葵(Pelargoniumhortorum)[33]等在適宜濃度的IBA處理下生根效果最佳。這可能是由于山荊子與等蘋果屬樹種扦插生根類型以愈傷組織生根為主[18-20]，而IBA處理會抑制愈傷組織生根[34]。適宜濃度的GGR處理可促進紅花玉蘭(Magnoliawufengensis)[23]、垂花懸鈴花(Malvaviscusarboreus)[35]等物種的插穗生根，但效果不是最佳，這與本研究結(jié)果一致。

通過分析營養(yǎng)物質(zhì)指標，我們發(fā)現(xiàn)，在300 mg·L-1NAA處理后，海棠插穗中的可溶性蛋白迅速積累，顯著快于且含量峰值顯著高于CK對照組(同期值提高了35.2%，峰值提前了20 d)，可溶性糖含量谷值含量明顯低于同期CK對照組(降低了5.4%，谷值比CK提前了20 d)，淀粉含量迅速下降，谷值比CK對照組提前了20 d，含量比同期CK對照組降低了6.3%。有研究表明，植物生根的過程需要大量的營養(yǎng)物質(zhì)做支撐?？扇苄缘鞍鬃鳛榈鞍踪|(zhì)的一部分，它與植物的形態(tài)發(fā)生有關(guān)，為細胞的生長提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[19]，研究表明，在扦插生根過程中，可溶性蛋白作為營養(yǎng)物質(zhì)被吸收利用，高含量的可溶性蛋白有助于根原基產(chǎn)生、愈傷組織和扦插不定根的形成[36-37]?？扇苄蕴鞘侵参锷L的主要營養(yǎng)物質(zhì)[23]，為大量不定根的形成提供養(yǎng)分，是生根過程中的直接能量來源。插穗內(nèi)的可溶性總糖積累于插穗基部，用于誘導根原基和不定根形成[37-38]。敖紅等[39]認為可溶性糖含量和生根有一定的相關(guān)性，可溶性糖含量高有利于生根。淀粉是植物體內(nèi)最重要的營養(yǎng)貯藏物質(zhì)之一，淀粉轉(zhuǎn)化為可溶性糖來為生根生長提供物質(zhì)與能量[22]。因此我們推測，300 mg·L-1NAA處理通過加快了山荊子海棠插穗內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)(可溶性蛋白、可溶性糖和淀粉)的合成與代謝過程，從而促進了生根。

抗氧化酶的活性變化表明，在300 mg·L-1NAA處理以后，山荊子海棠插穗內(nèi)的SOD酶活性在前期迅速提高，達到了峰值(峰值比CK對照組提高了52.4%，提前了20 d)；POD酶活性兩次峰值比CK對照組分別提前了20d(分別提高了56.5%，16.4%)；PPO酶活性迅速提高，與CK對照組比，峰值提前了20d，活性提高了61.2%。插穗內(nèi)SOD活性可反映其抗逆性，高活性的SOD有利于提高插穗抗性，延緩插穗衰老，促進不定根的形成。在插穗不定根發(fā)生前,高活性的SOD對插穗生根有促進作用，且能加快插穗不定根發(fā)生的時間[22]，POD活性與扦插生根的關(guān)系密切，可以促進不定根的形成，較高水平的POD活性可能會促進插穗生根[37,40-41]。PPO是插穗生根有關(guān)的重要酶之一，可以催化插穗內(nèi)酚類物質(zhì)氧化與IAA合成“IAA-酚酸復(fù)合物”，減輕酚類物質(zhì)對生根誘導的抑制作用，從而促進不定根的形成和生長[42-43]。因此我們推測，300 mg·L-1NAA處理通過提高了山荊子海棠插穗內(nèi)抗氧化酶(SOD、POD、PPO)的活性，從而促進了生根。

綜上所述，在本研究中，300 mg·L-1NAA處理后生根效果最佳，生根率和生根數(shù)目分別為CK對照組的3.6倍、6.2倍。外源NAA處理通過加快山荊子海棠插穗內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)(可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉)的合成與代謝過程，提高抗氧化酶(SOD、POD、PPO)的活性，從而顯著促進了生根效果。