植物生長調節(jié)劑對毛梾嫩枝扦插生根及內源激素含量的影響

張亞男，劉 勇*，賀國鑫，李世安，岳 涵，周炳秀

(1.北京林業(yè)大學 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083；2.北京市大東流苗圃，北京 102211)

毛梾(Cornuswalteri)是山茱萸科(Cornaceae)梾木屬(Cornus)的落葉喬木，又名車梁木，廣泛分布于我國華北、華東、西南等各省區(qū)，是優(yōu)良的用材樹種和綠化樹種[1-2]。研究發(fā)現(xiàn)，毛梾種子含油率在36%～38%，籽油中含棕櫚酸、硬脂酸、棕櫚烯酸、油酸、異油酸、亞油酸、亞麻酸等，籽油脂肪酸組成簡單而且高度集中，是新型木本油料樹種，極具發(fā)展前景[3-4]。目前毛梾多采用播種育苗，但因其種皮堅硬，種子發(fā)芽率低，存在隔年萌發(fā)現(xiàn)象，極大地限制了毛梾的開發(fā)利用[5-7]。

扦插繁殖能保持母本優(yōu)良性狀，具有較高的繁殖系數(shù)，能在短期內獲得大量優(yōu)質苗木，是毛梾快速繁殖和良種繁育的理想方法[8-9]。研究表明，插穗生根是受內源激素、營養(yǎng)物質含量、酶活性、年齡等內部因素和溫濕度、基質、植物生長調節(jié)劑等外部因素共同影響的復雜生物學過程[10-11]。在多種植物扦插繁殖研究中得出，植物生長調節(jié)劑是影響插穗生根的主要外部因素，經植物生長調節(jié)劑處理后插穗生根率明顯提高[12-14]。內源激素含量與插穗生根有明顯相關性，內源激素之間相互協(xié)調，共同調控著不定根的發(fā)生[12,15]。

目前在毛梾扦插繁殖中僅有少量對嫩枝扦插和硬枝扦插繁殖技術的研究，生根率較低，為26%～33%[16-17]，尚未達到在生產上推廣應用的水平。因此，如何進一步提高毛梾嫩枝扦插生根率，揭示內源激素含量變化對毛梾嫩枝扦插生根產生的影響等仍是亟待研究的問題。從植物生長調節(jié)劑種類及濃度入手，尋找適宜的植物生長調節(jié)劑處理方法，提高毛梾嫩枝扦插生根率，研究生根過程中內源激素含量的變化規(guī)律，為今后毛梾快繁、生產和推廣提供技術支撐[18-19]。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地為北京市大東流苗圃，位于北京市昌平區(qū)小湯山鎮(zhèn)大東流村南(116°27′22″E，40°9′2″N)，屬于溫帶大陸性季風氣候，年降水量631.2 mm，降水多集中在6-8月，年均氣溫12℃，無霜期210 d，年均日照時數(shù)2 684 h。

1.2 試驗材料與步驟

于2019年7月中旬進行扦插試驗，試驗材料取自北京市房山區(qū)竇店鎮(zhèn)苗圃栽植的3 a實生毛梾苗，以當年生無病蟲害、長勢良好的嫩枝為插穗。

陰涼地制穗，插穗長度為12～15 cm，每個插穗保留至少2芽2葉，每片葉剪下1/2，用25%多菌靈消毒3～5 min，蒸餾水洗凈，放于新鮮冷水中，以防其失水。

采用珍珠巖∶蛭石=1∶1為扦插基質，扦插前2 d用25%多菌靈500倍液對基質進行全面消毒，充分攪拌后，放入育苗盆，育苗盆放置在苗圃室外扦插池內。扦插時，將插穗直插入基質、深度為4～5 cm，按壓插穗周圍的基質。扦插結束后，全面澆水1次，立刻用25%多菌靈溶液進行消毒。扦插生根過程中，采用間歇噴霧裝置根據每日天氣情況設置噴霧時長，保持葉片濕潤，每5 d用25%多菌靈溶液消毒1次。

1.3 試驗設計

植物生長調節(jié)劑篩選試驗：采用雙因素隨機區(qū)組試驗設計，選擇吲哚丁酸(IBA)、萘乙酸(NAA)、雙吉爾6號生根粉(GGR)3種植物生長調節(jié)劑，分別設置濃度為1 000、1 500、2 000 mg/L，以清水為對照，共計10個處理，每個處理重復3次。每個重復50條插穗，共計1 500條插穗，所有插穗均速蘸30 s后插入基質中。

內源激素含量測定試驗：與植物生長調節(jié)劑篩選試驗同時進行，設置IBA2000 mg/L和清水對照共計2個處理，每個處理重復3次。每個重復40條插穗，共計240條插穗，所有插穗均速蘸30 s后插入基質中。

1.4 指標測定

生根情況統(tǒng)計和根系生長測定：自扦插之日起，每5 d觀察1次插穗的狀態(tài)，扦插90 d后，全面統(tǒng)計生根率、平均根長、平均根數(shù)。平均根長測量每條插穗>1 mm的一級根，求得平均值。平均根數(shù)統(tǒng)計每條插穗>1 mm的一級根數(shù)量，求得平均值[20]。采用EPSON數(shù)字化掃描儀對生根插穗的根進行掃描，WinRHIZO根系圖像分析軟件分析，獲得根總表面積、根總體積、平均根直徑，隨后將根系放入65℃烘箱烘干48 h后稱量得干質量[8]。

內源激素含量測定：扦插當天進行第1次取樣，之后每10 d取樣1次，每個處理的重復每次隨機取樣4條，取插穗基部2～3 cm處的韌皮部，清水洗凈，吸干表面水分后快速放入液氮中冷凍，存于-80℃冰箱。測定采用高效液相色譜法，采用甲醇和0.1 mol/L乙酸為流動相進行梯度洗脫，在波長為254 nm下測定吲哚乙酸(IAA)、脫落酸(ABA)、玉米素核苷(ZR)、赤霉素(GA3)含量[19]。

1.5 數(shù)據處理

所得數(shù)據均采用Excel進行整理統(tǒng)計，其中對于生根率等百分率數(shù)據先進行反正旋轉換，再進行分析。將整理的數(shù)據在SPSS軟件中進行方差分析和0.05水平Duncan多重比較，表中數(shù)據表示為平均值±標準差。內源激素含量變化圖表采用Origin2017繪制。

2 結果與分析

2.1 生根類型及發(fā)育過程

毛梾嫩枝扦插生根屬于皮部生根型，所得生根苗均由插穗地下部分的基部皮部發(fā)根，扦插第15天開始插穗基部切口長出白色愈傷(圖1a、圖1b)；扦插第20天，插穗地下部分皮部膨大、開裂，有即將生根跡象(圖1c)；扦插第25天IBA2000 mg/L處理有不定根長出(圖1d)，大部分插穗基部皮部膨大(圖1e)；扦插第45天，各處理均有不定根長出(圖1f)；至扦插第75天，生根插穗發(fā)生數(shù)量開始減少，其余未死亡插穗基部切口處均長有愈傷組織；扦插第90天，生根進程觀察結束，大部分生根插穗根系發(fā)育較為完善。

注:a,b.第15天的插穗；c.第20天的插穗；d.第25天IBA2000 mg/L處理的插穗；e.第25天的插穗；f.第45天的插穗。

2.2 植物生長調節(jié)劑對生根率及生根數(shù)的影響

植物生長調節(jié)劑種類對插穗生根率和平均根數(shù)均具有極顯著影響(P<0.01)。植物生長調節(jié)劑濃度對插穗的生根率影響極顯著(P<0.01)，對平均根數(shù)的影響顯著(P<0.05)。植物生長調節(jié)劑種類和濃度的交互作用對插穗的生根率的影響顯著(P<0.05)，對平均根數(shù)的影響極顯著(P<0.01)(表1)。

與CK相比，不同種類及濃度的植物生長調節(jié)劑處理對插穗生根情況有不同程度的影響(表1)。從生根率來看，IBA2000 mg/L處理后，插穗生根率最高(67.33%)，是CK的2.73倍，顯著高于(P<0.05)其他各處理；IBA1500 mg/L、NAA1000 mg/L、NAA1500 mg/L和NAA2000 mg/L處理后，插穗生根率也較CK有明顯提高(P<0.05)；而GGR1000 mg/L、GGR1500 mg/L、GGR2000 mg/L和IBA1000 mg/L處理后，插穗生根率與CK無顯著差異(P>0.05)。

表1 植物生長調節(jié)劑對毛梾嫩枝扦插生根情況的影響及方差分析

從平均根數(shù)來看，IBA2000 mg/L和IBA1500 mg/L處理后插穗的平均根數(shù)顯著多于(P<0.05)其他各處理，分別是CK的平均根數(shù)的2.50、2.50倍；IBA1000 mg/L處理后，插穗平均根數(shù)較CK有顯著增加(P<0.05)；剩余處理插穗的平均根數(shù)與CK差異不明顯(P>0.05)。

綜上，在植物生長調節(jié)劑種類和濃度的交互作用下，IBA2000 mg/L處理后插穗的生根率和平均根數(shù)都達到最大，分別為67.33%、8.33根，顯著大于(P<0.05)其他各處理。

2.3 植物生長調節(jié)劑對根系生長的影響

植物生長調節(jié)劑種類對插穗的根體積、根表面積、平均根直徑、平均根長和根生物量均有極顯著影響(P<0.01)。濃度對插穗的根表面積、平均根直徑、平均根長和根生物量有極顯著影響(P<0.01)，對根體積有顯著影響(P<0.05)。植物生長調節(jié)劑種類和濃度的交互作用極顯著影響(P<0.01)插穗的根體積、根表面積、平均根直徑、平均根長和根生物量(表2)。

與CK相比，不同種類及濃度的植物生長調節(jié)劑處理后均能顯著促進(P<0.05)插穗根系的生長(表2)。從根體積來看，除GGR2000 mg/L處理后插穗的根體積與CK無顯著差異(P>0.05)外，其他各處理均顯著促進了(P<0.05)插穗根體積的增大，其中IBA2000 mg/L處理后插穗的根體積最大(0.53 cm3)，且顯著大于其他各處理。

表2 植物生長調節(jié)劑對毛梾嫩枝扦插生根根系生長的影響及方差分析

從根表面積來看，IBA2000 mg/L處理后插穗的根表面積最大顯著高于(P<0.05)其他各處理，為CK的6.97倍；IBA1500 mg/L、NAA2000 mg/L、GGR1000 mg/L和IBA1000 mg/L處理也明顯增大(P<0.05)插穗的根表面積，分別是CK的5.54、2.95、2.66、2.30倍；其他處理插穗的根表面積雖較CK有增大，但差異不顯著(P>0.05)。

從平均根直徑來看，除GGR2000 mg/L處理后插穗的平均根直徑與CK無顯著差異(P>0.05)外，其他各處理均顯著促進了(P<0.05)插穗平均根直徑的增大，其中IBA2000 mg/L處理后插穗的平均根直徑最大，顯著高于其他各處理(1.82 mm)。

對于平均根長，IBA2000 mg/L和IBA1500 mg/處理后均顯著促進了插穗根的伸長，分別是CK的5.19、2.66倍；而其他處理的插穗平均根長與CK沒有顯著差異(P>0.05)。

從根生物量來看，IBA2000 mg/L處理后插穗的根生物量最大顯著高于(P<0.05)其他各處理，為CK的5.85倍；IBA1500 mg/L和GGR1000 mg/L處理也明顯增大了(P<0.05)插穗的根生物量，分別是CK的4.32、2.05倍；其他處理插穗的根生物量雖較CK有增大，但差異不顯著(P>0.05)。

綜上，在植物生長調節(jié)劑種類和濃度的交互作用下，IBA2000 mg/L處理后插穗的根體積、根表面積、平均根直徑、平均根長和根生物量都達到最大，分別為0.53 cm3、41.52 cm2、1.82 mm、88.52 mm、282.00 mg，顯著大于(P<0.05)其他各處理。

2.4 插穗生根過程內源激素變化

2.4.1 IAA含量的變化 在毛梾嫩枝扦插生根過程中，插穗內部IAA含量總體呈“下降-上升-下降”的變化趨勢(圖2)。IBA2000 mg/L處理后插穗IAA含量降低，在第10天到達谷值，隨后含量不斷增加，在第40天到達峰值，之后含量下降，隨后又緩慢增加至逐漸穩(wěn)定。根據含量隨時間變化結合插穗的生根情況可知，插穗剛離開母體，缺少了IAA的供應，含量會有所降低，而此時也是切口處愈傷組織發(fā)生的時期。隨后，IAA含量不斷上升，以促進根系的發(fā)生。扦插后期，IAA含量趨于穩(wěn)定，這時生根已基本完成，插穗內部IAA含量處于較為穩(wěn)定狀態(tài)。CK也呈大致相同的變化，但變化的量不同，CK的IAA含量降低較明顯，且峰值也較小，整個過程中CK插穗的IAA含量都明顯低于IBA2000 mg/L處理。

圖2 毛梾嫩枝扦插生根過程IAA含量的變化

2.4.2 ABA含量的變化 在毛梾嫩枝扦插生根過程中，插穗內部ABA含量總體呈“下降-上升”的變化趨勢(圖3)。IBA2000 mg/L處理后插穗ABA含量不斷降低，愈傷組織開始發(fā)生，在第30天左右到達谷值，此時正是插穗開始生根的時期，隨后含量不斷增加，不定根發(fā)生也開始減少。CK則是呈緩慢的下降狀態(tài)，在第60天時到達谷值。

圖3 毛梾嫩枝扦插生根過程ABA含量的變化

2.4.3 GA3含量的變化 在毛梾嫩枝扦插生根過程中，插穗內部GA3含量總體呈“下降-上升-下降-上升”的變化趨勢(圖4)。IBA2000 mg/L處理后插穗GA3含量不斷降低，在開始生根的第30天到達谷值，隨后含量增加，到達峰值，隨后再次到達谷值，最后又呈上升趨勢。而CK則是曲折上升狀態(tài)，在第40天達到峰值后下降，在扦插后期到達谷值。在整個生根過程CK的GA3含量處在高于同期IBA2000 mg/L處理的水平。

圖4 毛梾嫩枝扦插生根過程GA3含量的變化

2.4.4 ZR含量的變化 在毛梾嫩枝扦插生根過程中，插穗內部ZR含量總體呈“下降-上升-下降”的變化趨勢(圖5)。IBA2000 mg/L處理后插穗ZR含量不斷降低，在第20天到達谷值，隨后含量不斷增加，在第60天達到峰值之后再降低。CK也呈大致相同的變化，但變化的量不同，CK插穗的ZR含量下降較慢，并在較早的時間到達較高于IBA2000 mg/L處理的峰值水平。

圖5 毛梾嫩枝扦插生根過程ZR含量的變化

2.4.5 IAA/ZR的變化 在毛梾嫩枝扦插生根過程中，CK和IBA2000 mg/L處理后的插穗內部IAA/ZR的變化存在較大差異(圖6)。IBA2000 mg/L處理后IAA/ZR先增大，在第20天到達峰值后開始下降，第50天到達谷值后緩慢上升。CK的IAA/ZR在前60 d一直處于較低水平，之后緩慢上升。

圖6 毛梾嫩枝扦插生根過程IAA/ZR的變化

3 結論與討論

植物生長調節(jié)劑種類、濃度以及二者交互作用均對毛梾嫩枝扦插生根有極顯著的影響，IBA2000 mg/L效果最佳，處理后插穗的生根率為67.33%、平均根數(shù)為8.33根、根表面積41.52 cm2、根體積0.53 cm3、平均根直徑1.82 mm、平均根長達到88.52 mm、根生物量282 mg。不定根的發(fā)生需要較高濃度的IAA，較低濃度的GA3、ZR和ABA，較高水平的IAA/ZR有利于根的發(fā)生。

植物生長調節(jié)劑能促進插穗不定根的發(fā)生，不同植物生長調節(jié)劑種類及濃度對扦插生根效果的影響有差別[21-24]。在對裸花紫珠(Callicarpanudiflora)、細子龍(Amesiodendronchinense)、栓皮櫟(Quercusvariabilis)、美國流蘇(Chionanthusvirginicus)、沙生檉柳(Tamarixtaklamakanensis)等樹種的研究中認為，IBA促進生根作用較其他植物生長調節(jié)劑強[8,25-28]。也有研究指出較高濃度的IBA更有利于生根[29]，在對崖柏(Thujasutchuenensis)的研究中認為IBA2000 mg/L處理后生根率最高[30]，IBA1500 mg/L是灰木蓮(Manglietiaconifera)嫩枝扦插最佳植物生長調節(jié)劑處理[13]。本試驗綜合各類指標得出，IBA2000 mg/L對毛梾嫩枝扦插生根促進作用最強，其處理后的插穗生根率、平均根數(shù)、根表面積、根體積、平均根直徑、平均根長和根生物量均最高，這與上述研究結果相似。但薛利艷等[17]認為NAA100 mg/L浸泡1 h有利于毛梾嫩枝扦插生根，有研究指出IBA是長效化合物，在空氣中分解速度慢、毒性小，NAA生理活性高、毒性較IBA大[14,18]，使用NAA100 mg/L浸泡1 h和IBA2000 mg/L速蘸對插穗產生的毒害程度不同，這可能導致試驗結果不同；本試驗與薛利艷等[17]的試驗在試驗設計、試驗材料的選取等方面不完全一致，可能會在一定程度上影響試驗結果，因此在今后的研究中還有待進一步比較驗證。本試驗采用的高濃度速蘸方式極大地縮短了處理時間，提高了扦插生產效率，值得借鑒。

插穗內激素的動態(tài)平衡調控著不定根的發(fā)生[15,19]。有研究表明，IAA有利于根原基的誘導，促進不定根發(fā)生，其含量高峰與根原基出現(xiàn)的高峰一致，IBA通過促進IAA的合成或抑制其分解來維持其含量[20,31]。ZR促進細胞分裂分化，誘導出愈傷組織，IBA會阻礙ZR合成或加速其分解[15,32]。GA3促進細胞伸長[33-34]。ABA會抑制植物生長發(fā)育，生長調節(jié)劑會影響ABA含量[35]。本試驗結果與上述研究結論相符，本試驗中IBA2000 mg/L處理后，ZR、GA3、ABA不斷降低，一方面是插穗形成愈傷組織消耗了GA3和ZR；另一方面IBA阻礙了ZR、GA3、ABA合成或加速其分解，使其含量在不定根發(fā)生前一直保持較低水平；不定根發(fā)生后ZR、GA3的含量有所升高，是為促進細胞分裂、根系伸長做準備，隨著根的不斷生長，消耗ZR導致含量下降。IBA2000 mg/L處理后，插穗IAA含量先短暫降低后升高，在不定根開始發(fā)生時含量最高，生根后期含量下降，這可能是因為插穗離體后短期得不到激素供應，IAA含量有所降低，但IBA促進了IAA的合成，使其含量上升，之后的生根消耗了大量IAA，導致含量下降。此外，內源激素之間的相互作用對不定根的產生也有影響，IAA/ZR影響著不定根的發(fā)生，清水對照的IAA/ZR一直處于較低水平，IBA2000 mg/L處理后IAA/ZR在不定根開始發(fā)生時達到最大，這與IAA/ZR較高時有利于根的發(fā)生，較低時更傾向于形成愈傷組織[36]的結論一致。

本試驗經觀察得出，毛梾扦插生根屬于皮部生根型，生根插穗切口處僅愈合形成膨大愈傷組織，插穗從基部生出不定根，薛利艷等[17]的研究得出相似結論。由于均未進行解剖分析，存在主觀影響，因此在今后的試驗中有待驗證。今后需加強植物生長調節(jié)劑對插穗內部營養(yǎng)物質分配和酶活性變化的影響研究，以進一步支撐植物生長調節(jié)劑對毛梾扦插生根的促進作用。