繡球花扦插水培研究

李可伊，王彥楚，劉新洋，吳 毅，彭繼慶

（中南林業(yè)科技大學 生命科學與技術(shù)學院，湖南 長沙 410004）

繡球花Hydrangea macrophylla為繡球花科繡球花屬落葉小灌木，別名八仙花、紫陽花等[1]，宜栽種在18 ～28 ℃的溫暖、濕潤、半陰環(huán)境。因其管理粗放，病蟲害較少，花序碩大，在城市美化、園林造景、盆栽和切花等方面廣泛應(yīng)用，因此，繡球花產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)發(fā)展迅速，已成為廣受人們歡迎的花卉品種之一。目前，國內(nèi)種植的繡球花品種多由國外引進[2]。繡球花最具觀賞價值的部分是由眾多不孕花組成的碩大花序，越是觀賞價值高的品種越難獲得種子，且繡球花種子形態(tài)極小，收集與播種十分困難，無法大規(guī)模生產(chǎn)。鑒于此，開展繡球花繁殖技術(shù)研究對發(fā)展繡球花產(chǎn)業(yè)尤為重要。

水培法是一種新型、環(huán)保的花卉無土栽培方式，在國外已廣泛運用到各個繁殖領(lǐng)域[3]。不定根的產(chǎn)生是水培繡球花能否成功的關(guān)鍵，選擇適宜的生長素種類和濃度可以提高水培成功率。Li 等[4]發(fā)現(xiàn)IBA 和NAA 聯(lián)合處理甘蔗微芽可促進不定根（AR）的形成，表明生長素是甘蔗微芽AR 形成的正向調(diào)節(jié)因子。Kim 等[5]通過不同濃度IBA 誘導蘋果砧木M9 和M26 生根，發(fā)現(xiàn)不定根的誘導和不良的愈傷組織形成降低了體外培養(yǎng)的幼苗的馴化率。羅嘉亮等[6]研究得出 0.5 mg·L-1的IBA 可有效促進連續(xù)繼代培養(yǎng)的杜梨不定芽的生根,證明了其不定根的形成過程與氧化酶有密切的關(guān)系。不定根的形成是一個受激素調(diào)控的復(fù)雜過程，生長素起關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，不僅不同種類和濃度的外源激素會影響不定根的形成，而且植物本身不同部位的生長素含量對形成不定根也有一定影響。

課題組在前期研究過程中發(fā)現(xiàn)，在潮濕的生長環(huán)境中，基部的繡球花莖段上會長出一些不定根，于是猜想繡球花品種是否可以進行水培繁育。本試驗從激素種類、激素濃度及插條類型3 個影響因素進行研究，進一步探尋繡球花水培繁育的最佳條件，為繡球花繁育提供新的繁育方式。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

以從美國喬治亞大學引進的大花繡球品種為實驗對象，2019年5月，選取長勢一致的當年生枝條作為研究對象。每根枝條剪成上、中、下3 段，上段保留頂芽，帶兩個節(jié)間，長約10 cm；中段、下段各帶兩個節(jié)間。插條修剪時要求切口平滑，上端切口距上節(jié)間約2 cm，切口為平口；下端切口距下節(jié)間約2 cm，切口為斜切口。插條的上節(jié)間保留2 個葉片，葉片大小保留1/2，下節(jié)間的葉片全部去除。

1.2 實驗設(shè)計

選用NAA 和IBA 2 種激素，濃度設(shè)置為 10 mg·L-1，以無菌水為對照，探究激素種類對繡球花水培生根的影響；通過設(shè)置0、5、10、15、20、25 mg·L-16 個不同濃度的NAA 溶液探究激素濃度對繡球花水培生根的影響；以上、中、下3段作插條，分別用0、5、10、15 mg·L-14 種不同濃度的NAA 溶液進行水培，探究插條部位對繡球花水培生根的影響。每個變量均設(shè)置3 組重復(fù)，每組處理30 個插條。

1.3 培養(yǎng)條件

繡球花外植體水培繁育試驗在光照培養(yǎng)箱（上海博訊BSG-800）中進行，光暗培養(yǎng)條件為16 h/8 h，光照培養(yǎng)條件下溫度設(shè)置為25 ℃，暗培養(yǎng)條件下溫度設(shè)置為20 ℃。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

從水培第15 d 開始，每隔3 d 記錄統(tǒng)計1 次生根外植體數(shù)量。培養(yǎng)36 d 后終止試驗，統(tǒng)計最終的外植體生根數(shù)，每株外植體的生根數(shù)和根長，利用Excel 和SPSS17.0 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析與制圖，圖中不同小寫字母表示在P＜0.05水平下差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 激素種類對繡球花水培生根的影響

植物激素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵，外源激素主要誘導根原基產(chǎn)生，從而影響愈傷組織的形成[7]。繡球花外植體生根時間顯示（圖1），在無菌水、NAA 和IBA 處理條件下，繡球花外植體均在15 d 左右開始生根，此后生根率明顯升高，第36 天達到最大生根率，無菌水和NAA 處理的繡球花外植體生根率最高，分別為92.0%和91.9%，IBA 處理的生根率明顯降低，為75.8%（圖2），但經(jīng)無菌水、NAA 和IBA 處理的插條在生根率方面無顯著差異。平均每株生根數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果顯示（圖3），在無菌水條件下插條的平均每株生根數(shù)為24 根，而NAA 和IBA 處理條件下的插條的平均每株生根數(shù)量明顯減少，分別為17 和10 根，無菌水和IBA 處理的插條在平均每株生根數(shù)量間存在顯著差異。平均每株根長統(tǒng)計結(jié)果顯示（圖4），無菌水和NAA 處理條件下平均每株根長差異不明顯，但IBA 處理條件下的平均每株根長最低，僅為24.9 cm，IBA 處理插條的平均每株根長與無菌水和NAA 處理插條的平均每株根長之間具有顯著差異，無菌水和NAA之間無顯著差異。通過對繡球花外植體的生根率、平均每株根長、平均每株生根數(shù)綜合分析，無菌水和NAA 處理過的插條生根效果明顯優(yōu)于經(jīng)IBA處理插條的生根效果。

圖1 激素種類對生根時間的影響Fig.1 Effect of hormone types on rooting time

圖2 激素種類對生根率的影響Fig.2 Effect of hormone types on rooting rate

圖3 激素種類對生根數(shù)的影響Fig.3 Effect of hormone type on rooting number

圖4 激素種類對根長的影響Fig.4 Effect of hormone types on root length

2.2 激素濃度對繡球花水培生根的影響

不同的激素濃度對插條生根影響不同，低濃度可以促進插條生根，而濃度過高則對生根具有抑制作用[8-12]。用不同濃度的NAA 處理插條結(jié)果顯示，在濃度為5 mg·L-1時平均生根率達到峰值，為95.0%；0 mg·L-1濃度處理條件下次之，為92.9%；當濃度高于10 mg·L-1時，平均生根率呈下降趨勢（圖5），方差分析結(jié)果顯示，25 mg·L-1NAA 與各組濃度NAA 的平均生根率均有顯著性差異，5 與20 mg·L-1NAA 平均生根率具有顯著性差異。平均每株生根數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果顯示（圖6），濃度為0 mg·L-1時的平均每株生根數(shù)最多，為23.9根，隨著NAA 濃度的增加，平均每株生根數(shù)量呈下降趨勢。在0 與5 mg·L-1NAA 濃度培養(yǎng)條件下，插條的平均每株生根數(shù)量無顯著差異，但與20 和25 mg·L-1NAA 濃度培養(yǎng)條件下的插條存在顯著差異。平均每株根長統(tǒng)計結(jié)果顯示（圖7），不同濃度NAA 處理插條的平均每株根長也隨著NAA 濃度的升高呈下降趨勢，NAA 濃度為0 mg·L-1時，插條的平均每株根長最大，為42.4 cm，當NAA濃 度 為5 和10 mg·L-1時略有下降，但當NAA 濃度高于15 mg·L-1時，插條的平均每株根長顯著降低，0、5、10 mg·L-1NAA 與15、20、25 mg·L-1NAA 的平均每株根長具有顯著性差異，15 和 25 mg·L-1NAA 的平均每株根長具有顯著性差異。試驗過程中對插條的外部形態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)，當NAA濃度≥15 mg·L-1時，浸入溶液中的插條表皮明顯變紅（圖8），這可能是導致外植體生根率、平均每株生根數(shù)和平均每株根長減少的原因。研究結(jié)果表明，低濃度NAA 的處理條件下，可以適當提高繡球花插條的生根率，但隨著濃度的升高對繡球花插條的生根率反而有抑制作用，NAA 濃度為5 mg·L-1時，繡球花插條的生根率最高，繡球花插條的平均每株生根數(shù)量和平均每株根長也在低濃度條件下達到最大值。

圖5 NAA 濃度對生根率的影響Fig.5 Effect of NAA concentration on rooting rate

圖6 NAA 濃度對生根數(shù)的影響Fig.6 Effect of NAA concentration on rooting number

圖7 NAA 濃度對根長的影響Fig.7 Effect of NAA concentration on root length

圖8 激素對插條表皮顏色的影響Fig.8 Effect of hormone on skin color of cuttings

2.3 插條部位對繡球花水培生根的影響

不同位置莖段的插條因其木質(zhì)化程度、分生細胞的數(shù)量的不同而對插條生根有較大影響[13-19]。通過對繡球花當年生枝條的上段、中段、下段插條為材料進行研究發(fā)現(xiàn)（圖9），不同莖段類型的平均生根率存在差異，低濃度時（0 和5 mg·L-1），平均生根率高低排序為上段＞中段＞下段；當濃度為10 mg·L-1時，中段的外植體的平均生根率高于上段和下段的外植體；當濃度高于15 mg·L-1時，下段的外植體的平均生根率高于中段和上段，這表明當外植體木質(zhì)化程度較高時，適當提高外源激素的濃度可以提高平均生根率。3 種外植體的平均每株生根數(shù)統(tǒng)計結(jié)果顯示（圖10），上段和中段平均每株生根數(shù)隨著NAA 濃度的升高呈降低的趨勢，下段外植體恰好相反。但在低濃度時，上段和中段插條的平均每株生根數(shù)顯著高于下段插條。平均每株根長的統(tǒng)計結(jié)果顯示（圖11），NAA 濃度低于10 mg·L-1時，中段插條的平均每株根長顯著高于上段和下段插條，長度最高可達46.37 cm。通過對比不同莖段的生根圖片發(fā)現(xiàn)（圖12），繡球花插條的切口處未形成明顯的愈傷組織，并且不定根分布在切口以上的部位，因此繡球花插條的生根方式為皮生根方式。上段插條的不定根分布較中段和下段插條更廣泛，在浸入溶液中的部分均可以生根，這可能與上段插條的木質(zhì)化程度低，分生細胞較多且分布于整個插條，同時這也可能是上段插條的平均每株生根數(shù)比較多的原因。中段和下段插條的生根部位主要集中在節(jié)間附近，可能與該處分生組織比較活躍有關(guān)，其余部分木質(zhì)化程度較高，可能難以分化出不定根。

圖9 插條部位對生根率的影響Fig.9 Effect of cuttings on rooting rate

圖10 插條部位對生根數(shù)的影響Fig.10 Effect of cuttings on rooting number

圖11 插條部位對根長的影響Fig.11 The influence of cuttings on root length

圖12 不同插條部位生根圖片F(xiàn)ig.12 Rooting pictures of different cuttings

3 結(jié)論與討論

在水培生根過程中，選擇合適的激素種類和濃度是水培成功與否的一個關(guān)鍵因子，外源激素主要通過調(diào)節(jié)外植體內(nèi)部有關(guān)內(nèi)源激素的含量，誘導細胞分化，從而促進不定根的形成，不同種類的外源激素對外植體生根有不同影響。朱玉球等[20]用激素處理紅葉石楠生根實驗結(jié)果顯示，激素處理過的紅葉石楠的生根數(shù)量低于無菌水組，研究結(jié)果與繡球花水培研究結(jié)果一致。周余華等[21]以圓錐繡球石灰燈的半木質(zhì)化嫩枝為材料開展了扦插繁育技術(shù)研究，發(fā)現(xiàn)7 種基質(zhì)組合中，蛭石+泥炭混合基質(zhì)扦插生根率最高，達84%，ABT、NAA 促進生根效果最好。孟新法等[22]對比了3種生長素（IAA、IBA 及NAA）對生根的影響發(fā)現(xiàn)，NAA 在促進植物生根方面效果最好，這和繡球花插條水培生根對激素篩選結(jié)果一致。研究表明由于IBA 進入植物組織后可迅速被氨基酸結(jié)合而成為無活性的結(jié)合態(tài)生長素[10]，這也可能是利用IBA 處理的繡球花外植體的生根率低于NAA 的原因。IBA 誘導根原基發(fā)生后，會導致愈傷組織大量產(chǎn)生而阻礙根的生長[23]，而NAA 處理有利于菌的生長，在插條的切口處可以形成菌落，阻礙愈傷組織的形成[24]，所以使用IBA 的平均每株根長和平均每株生根數(shù)遠小于NAA，與研究結(jié)果一致。但李進等[25]、鄭健等[26]的扦插試驗表明，同濃度下IBA 生根效果優(yōu)于NAA，與本試驗結(jié)果不同，可能與采用的繁育方法不同有關(guān)，扦插繁育時IBA 容易保留在被處理的部位，能有效地促進形成層細胞分裂，而水培繁育則不同，IBA 可以擴散在整個溶液中，導致IBA 無法保留在切口處誘導細胞分裂。另外，植物激素濃度也不宜過高，濃度過高會增加溶液的滲透壓，導致外植體無法利用溶液中的水分從而降低生根率，更嚴重情況可能會導致外植體失水而死亡。

不同的激素濃度對插條生根影響也不同，本試驗發(fā)現(xiàn)NAA 為5 mg·L-1濃度處理繡球花外植體的 平均生根率最高，當NAA 濃度超過15 mg·L-1時，繡球花外植體的平均生根率、株平均生根數(shù)和株平均根長明顯下降。李檸等[27]研究表明： 150 mg·L-1的IBA 可促進楓楊硬枝扦插生根，但濃度高于450 mg·L-1時則出現(xiàn)抑制現(xiàn)象，與本試驗結(jié)果生根趨勢一致，植物對激素的需求有一個最適范圍，低濃度時能促進愈傷組織的形成，有利于細胞再分化為根原基，從而促進生根。而激素濃度過高則會誘導插條生成次級代謝產(chǎn)物，影響了插條內(nèi)部的某些氧化還原反應(yīng)，妨礙了根生長的正常生理代謝，從而抑制生根，甚至產(chǎn)生毒害作用[13-14]。但也存在差異，張沛健等[8]試驗結(jié)果顯示NAA 濃度越高越能促進金蒲桃插穗生根，可能與植物個體差異有關(guān)。吳華芬等[28]以MS+6-BA 1.0 mg·L-1+IBA 0.05 mg·L-1為基質(zhì)，發(fā)現(xiàn)繡球花的分化增殖效果明顯，而生根則使用保持在濕度85%環(huán)境條件下進行試管外生根效果較好。說明生根效果除了受激素濃度控制外，還與環(huán)境濕度有關(guān)，后續(xù)可以進一步討論。

插條的木質(zhì)化程度和分生細胞的數(shù)量決定著外植體的生根效果。木質(zhì)化程度越高，分生細胞數(shù)量越低，所以更難產(chǎn)生不定根[16-18]。盧瑞克等[13]發(fā)現(xiàn)木質(zhì)化程度較低的連翹插條更易于扦插生根。劉文等[14]對雜交構(gòu)樹插穂扦插生根的研究中發(fā)現(xiàn)未木質(zhì)化插穗生根狀況最好，半木質(zhì)化與完全木質(zhì)化較差。涂振偉[15]研究表明紅石葉楠的枝條梢段和中段的扦插效果最好，基段及抽梢的扦插效果較差。張國華等[29]以蛭石為基質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，以枝條上部為插穗的生根效果最好。這些結(jié)論與本研究結(jié)果一致，繡球花上段外植體的木質(zhì)化程度最低，有些甚至未木質(zhì)化，結(jié)果也顯示上段外植體的生根率最高，生根數(shù)量也較多。但上段外植體并不是繡球花水培的最佳外植體，這是由于上段外植體的平均每株根長遠低于中段外植體，而平均每株根長是衡量苗木優(yōu)良的核心指標，平均每株根長越長表明幼苗的根系越發(fā)達，在移栽和后期生長中就會越有優(yōu)勢。也有大量研究表明木質(zhì)化程度高的外植體營養(yǎng)物質(zhì)含量高，有利于維持根的發(fā)育[19-21]。黃梅等[16]在艾納香扦插生根的試驗過程中發(fā)現(xiàn)木質(zhì)化程度最高的下部枝條生根效果較好。安曉英[17]對青海云杉扦插研究中，下部插條的生根數(shù)大于上部。在駱暢等[18]對米槁的研究中，插穗生根效果下部＞中部＞上部。莖段的木質(zhì)化程度對生根的影響因植物種類不同存在差異，繡球花水培繁育的最佳外植體為半木質(zhì)化程度的中段外植體。

繡球花水培生根是一個復(fù)雜的過程，生根效果好壞是許多條件綜合作用的結(jié)果，本試驗側(cè)重考慮激素種類、濃度及插條部位的影響，但對基質(zhì)選擇、浸泡時間、溫度等方面還未涉及，后續(xù)還需進一步研究，本次試驗為繡球花繁殖技術(shù)提供了新思路。