平茬季節(jié)對(duì)云南松苗木萌蘗與內(nèi)源激素關(guān)系的影響*

王 丹，李亞麒，陳 林，唐軍榮，徐德兵，陳 詩(shī)，許玉蘭，蔡年輝

(1.西南林業(yè)大學(xué)，西南山地森林資源保育與利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué)，西南地區(qū)生物多樣性保育國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224；3.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱帶亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物研究所，云南 保山 678000；4.云南省林業(yè)和草原科學(xué)院，云南 昆明 650201)

云南松(Pinus yunnanensisFranch.)是中國(guó)西南地區(qū)的特有樹(shù)種，廣泛分布于西藏東南部、四川西南部、貴州西部、廣西西部及云南大部分地區(qū)[1]。其樹(shù)干通直，是良好的建筑用材樹(shù)種和工業(yè)用材樹(shù)種，同時(shí)還擁有樹(shù)脂、松花粉、松尖和球果等多種非木材資源[2]。近年來(lái)，云南松林分表現(xiàn)出衰退現(xiàn)象，一些優(yōu)良種質(zhì)資源逐漸減少[3]，扦插繁殖有利于維持母樹(shù)優(yōu)良性狀的穩(wěn)定性，并大大縮短育種周期[4]。平茬能根據(jù)需要剪除地上部分，打破其頂端優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)萌芽抽枝[5]，從而提供充足的穗條，為扦插繁殖提供有利條件。平茬的季節(jié)、高度和方式等因素會(huì)對(duì)萌蘗數(shù)量和萌蘗生長(zhǎng)有影響，其中適合的平茬季節(jié)能夠?qū)χ参锏纳L(zhǎng)和發(fā)育起到更大的促進(jìn)作用[6]。5 月和6 月平茬檸條的再生速度、冠幅增量、地徑增量和萌枝長(zhǎng)增量顯著優(yōu)于其他月份平茬[7]；厚樸在冬、春季即休眠期平茬后，萌蘗株的生長(zhǎng)生理指標(biāo)優(yōu)于夏季平茬萌蘗株[8]。這主要是由于頂端是植株的生長(zhǎng)中心和物質(zhì)交換中心，平茬解除頂端優(yōu)勢(shì)，改變了植物地上與地下部分的生物量比例，人為調(diào)控了激素水平和養(yǎng)分配比，影響其內(nèi)在的生理變化，一定程度上引發(fā)了植株的補(bǔ)償生長(zhǎng)，并在不同的器官和部位有所表現(xiàn)[9]。

植物內(nèi)源激素是存在于植物體內(nèi)的一種天然有機(jī)化合物，它對(duì)植物細(xì)胞的分裂、分化、植物器官建成以及植物的休眠、萌發(fā)和形態(tài)反應(yīng)等都有直接或間接的調(diào)控作用[10]。關(guān)于森林萌生更新機(jī)制，朱萬(wàn)澤等[11]提出了6種假說(shuō)，其中的激素調(diào)控假說(shuō)認(rèn)為森林的萌生更新能力受植物體內(nèi)激素水平的調(diào)控。對(duì)厚竹的研究發(fā)現(xiàn)：較高的GA3質(zhì)量分?jǐn)?shù)有利于促進(jìn)筍芽分化和冬筍萌動(dòng)，較高的ZR 質(zhì)量分?jǐn)?shù)則會(huì)促進(jìn)細(xì)胞分裂，有利于促進(jìn)竹筍生長(zhǎng)[12]；對(duì)杜仲幼苗平茬可激活巨桉吲哚-3-乙酸酰胺合成酶的基因表達(dá)，促進(jìn)腋芽IAA積累，實(shí)現(xiàn)由芽到葉的形態(tài)過(guò)渡，隨后巨桉吲哚-3 -乙酸酰胺合成酶表達(dá)量下調(diào)，降低腋芽IAA 水平[13]；張澤寧等[14]對(duì)沙棘的平茬發(fā)現(xiàn)：萌蘗的出生、生長(zhǎng)過(guò)程與平茬后的內(nèi)源激素含量、比值有必然的內(nèi)在聯(lián)系，尤其是GA3/ABA、ZR/ABA 和IAA/ABA 比值的提高具有更加重要的生物學(xué)意義；美麗箬竹鞭段的近端和遠(yuǎn)端GA/ABA、CTK/ABA 和(IAA+GA+CTK)/ABA 顯著高于中端，表明鞭段近端和遠(yuǎn)端生長(zhǎng)促進(jìn)型激素占主導(dǎo)地位，體現(xiàn)了內(nèi)源激素的協(xié)調(diào)和拮抗對(duì)側(cè)芽萌發(fā)的調(diào)控作用[15]?？梢?jiàn)，植物萌芽的生長(zhǎng)發(fā)育受多種激素的綜合影響。

目前，尚缺乏對(duì)不同平茬季節(jié)云南松促萌過(guò)程中生長(zhǎng)指標(biāo)、內(nèi)源激素含量及比值動(dòng)態(tài)變化的研究。本研究以云南松在不同季節(jié)平茬的苗木為對(duì)象，分析不同季節(jié)平茬下云南松苗木生長(zhǎng)指標(biāo)和內(nèi)源激素(IAA、GA3、ZT 和ABA)含量及比值的關(guān)系，了解不同季節(jié)平茬苗木的萌蘗能力，分析平茬季節(jié)對(duì)苗木萌蘗、內(nèi)源激素含量及比值的影響，探究在不同平茬季節(jié)云南松苗木萌蘗的激素調(diào)控。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在云南省昆明市西南林業(yè)大學(xué)苗圃(N25°04′00″，E102°45′41″，海拔1 945 m)，屬亞熱帶半濕潤(rùn)高原季風(fēng)氣候，日照長(zhǎng)，霜期短，年平均氣溫14.7 ℃，最熱月7 月和最冷月1 月的平均氣溫分別為19.7 和7.5 ℃；年降水量700～1 100 mm，年平均相對(duì)濕度68.2%。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)種子采自彌渡云南松無(wú)性系種子園，隨機(jī)選取樹(shù)干通直、冠幅寬闊、生長(zhǎng)健壯的云南松成熟植株，采集中上部健康成熟的球果，帶回實(shí)驗(yàn)室晾曬、風(fēng)干、制種。本研究分別在2018 年2 月、5 月和8 月育苗，苗期進(jìn)行常規(guī)管理；春季、夏季和秋季平茬時(shí)間對(duì)應(yīng)為2019 年3 月、6 月和9 月，平茬時(shí)選擇生長(zhǎng)較為一致的云南松單株盆栽苗，平茬高度統(tǒng)一為6 cm。試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共3 個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組3 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)45 株苗木。

1.3 測(cè)定方法

平茬后每30 d 用直尺測(cè)定每株苗木苗高，用游標(biāo)卡尺測(cè)量每株苗木地徑，并統(tǒng)計(jì)每株苗木萌蘗累計(jì)數(shù)量(即萌條數(shù))。春季隨機(jī)選擇65 株苗、夏季選擇92 株苗、秋季選擇79 株苗，共測(cè)定4 次，即平茬后30、60、90 和120 d，但秋季120 d數(shù)據(jù)未搜集，故后續(xù)分析中均無(wú)120 d 的數(shù)據(jù)。

各季節(jié)平茬后隨機(jī)選擇15 株苗木進(jìn)行樣株采集(由于取樣時(shí)根系保存不完整，夏季平茬后60 d 舍棄1 株，春季平茬后120 d 舍棄1 株)，每60 d 測(cè)定苗木生物量。采用全挖法將苗挖出，測(cè)量大于1 cm 的萌條長(zhǎng)度；將苗木分為萌條、莖、針葉和根，然后在110 ℃的烘箱中殺青30 min，于80 ℃烘箱中烘至質(zhì)量恒定，稱(chēng)量各構(gòu)件的干質(zhì)量，即為生物量；地上生物量為萌條生物量、莖生物量與針葉生物量之和；單株生物量為萌條生物量、莖生物量、針葉生物量與根生物量之和。共測(cè)定2 次，即60 和120 d。

平茬后60、90 和120 d 采集苗木萌條中部的針葉放入凍存管，每個(gè)小區(qū)采集1 管，每管約0.5g(3 株苗木萌條的混合樣)。采集時(shí)佩戴乳膠手套及口罩，保證樣品無(wú)污染，并及時(shí)將裝有混合樣品的凍存管放入液氮罐中，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室超低溫冰箱保存。IAA、ABA 和GA3樣品前期處理參照張玉瓊等[16]的方法并稍作改進(jìn)，ZT 樣品前期處理參照馬海燕等[17]的方法并稍作改進(jìn)；激素樣品前期處理完，采用高效液相色譜法測(cè)定激素含量，并計(jì)算激素含量比值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算；然后在SPSS 26.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件中，按單因素完全隨機(jī)方差分析法對(duì)結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析，用鄧肯法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。苗高、地徑和萌條數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)(60、90 和120 d)以及萌條長(zhǎng)、各構(gòu)件生物量的60 和120 d 的數(shù)據(jù)均與激素含量及其比值進(jìn)行主成分分析和聚類(lèi)分析，所有制圖均在Origin 2019b中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同季節(jié)平茬對(duì)云南松苗高、地徑和萌條數(shù)的影響

由表1 可知：春季平茬苗高和地徑生長(zhǎng)最好，秋季平茬萌條數(shù)最多。苗高、地徑在30、60 和90 d 時(shí)變化一致，夏季和秋季無(wú)顯著差異，春季顯著大于夏季和秋季；從萌條數(shù)來(lái)看，30 d 時(shí)，夏季顯著大于春季和秋季，且秋季顯著大于春季；60 d 時(shí)，春季和夏季無(wú)顯著差異，秋季顯著大于春季和夏季；90 d 時(shí)，秋季顯著大于夏季，但春季與夏季和秋季均無(wú)顯著差異。

表1 不同季節(jié)平茬云南松苗高、地徑和萌條數(shù)的生長(zhǎng)變化Tab.1 Growth changes of seedling height,ground diameter and sprout number of Pinus yunnanensis in different stumping seasons

2.2 不同季節(jié)平茬對(duì)云南松萌條長(zhǎng)與各構(gòu)件生物量的影響

由表2 可知：不同季節(jié)平茬后60 d，春季平茬萌條長(zhǎng)、萌條生物量、莖生物量、針葉生物量、地上生物量、根生物量以及單株生物量均最大。春季平茬萌條長(zhǎng)顯著大于夏季和秋季，且夏季顯著大于秋季；春季平茬萌條生物量、莖生物量、葉生物量、地上生物量和單株生物量均顯著大于夏季和秋季，且夏季和秋季無(wú)顯著差異；春季平茬根生物量顯著大于夏季，但秋季與春季、夏季均無(wú)顯著差異。

表2 不同季節(jié)平茬云南松萌條長(zhǎng)與各構(gòu)件生物量Tab.2 Sprout length and biomass of each component of P.yunnanensis in different stumping seasons

2.3 不同季節(jié)平茬內(nèi)源激素含量及比值變化

由圖1 可知：不同季節(jié)平茬激素含量與比值有顯著差異，且不同平茬季節(jié)內(nèi)源激素含量與比值隨著生長(zhǎng)時(shí)間的推移發(fā)生顯著變化。平茬后60 和90 d，3 個(gè)季節(jié)均以GA3和ZT 含量較高，IAA 和ABA 含量較低；秋季平茬的IAA、GA3、ZT、IAA/ABA、GA3/ABA、ZT/ABA 和 (IAA+GA3+ZT)/ABA 均最大，春季平茬的ABA 含量最高。

圖1 不同季節(jié)平茬內(nèi)源激素含量及比值變化Fig.1 Changes of endogenous hormone content and ratio in different stumping seasons

2.4 平茬苗木各指標(biāo)與內(nèi)源激素含量及比值的關(guān)系

主成分分析結(jié)果(表3)顯示：PC1、PC2 和PC3 等3 個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)81.7%，能對(duì)大多數(shù)指標(biāo)進(jìn)行充分的概括。PC1 的特征值為7.01，貢獻(xiàn)率為53.9%，對(duì)應(yīng)較大的特征向量依次為(IAA+GA3+ZT)/ABA、IAA/ABA、ZT/ABA、萌條數(shù)、GA3/ABA，是反映萌條數(shù)的因子；PC2的特征值為1.94，貢獻(xiàn)率為14.9%，對(duì)應(yīng)較大的特征向量依次為GA3、萌條長(zhǎng)、GA3/ABA、萌條生物量，是反映萌條長(zhǎng)的因子；PC3 的特征值為1.67，貢獻(xiàn)率為12.9%，對(duì)應(yīng)較大的特征向量依次為ZT、萌條生物量、ABA、萌條長(zhǎng)、IAA，是反映萌條生物量的因子。各指標(biāo)的主成分三維圖(圖2)顯示：只有在PC1 軸上春季和夏季分布在左側(cè)，秋季在右側(cè)。

圖2 平茬苗木各指標(biāo)主成分分析Fig.2 Principal component analysis of indexes of stumping seedlings

表3 平茬苗木各指標(biāo)主成分分析結(jié)果Tab.3 Principal component analysis results of indexes of stumping seedlings

由圖3 可知：根據(jù)平茬季節(jié)和測(cè)定時(shí)間，在第1 層時(shí)可以分為2 個(gè)組，第1 組為春季60、90 和120 d 以及夏季60、90 和120 d，第2 組為秋季60 和90 d，說(shuō)明在秋季平茬時(shí)苗木生長(zhǎng)與春季和夏季明顯不同，也說(shuō)明苗木萌蘗受平茬季節(jié)影響。根據(jù)苗高、地徑、萌條數(shù)、萌條長(zhǎng)、萌條生物量、激素含量及比值，在第1 層時(shí)可以分為2 個(gè)組，一組由萌條數(shù)、GA3、IAA、ZT、IAA/ABA、GA3/ABA、ZT/ABA 和 (IAA+GA3+ZT)/ABA 組成，另一組由苗高、地徑、萌條長(zhǎng)、萌條生物量和ABA 組成。

圖3 平茬季節(jié)苗木各指標(biāo)的聚類(lèi)分析Fig.3 Cluster analysis of seedling indexes in stumping season

3 討論

不同季節(jié)平茬對(duì)苗木生長(zhǎng)有影響，春季平茬的苗高和地徑生長(zhǎng)最好，萌條長(zhǎng)、萌條生物量、莖生物量、針葉生物量、地上生物量、根生物量以及單株生物量均最大；夏季平茬苗木長(zhǎng)勢(shì)較一般；秋季平茬萌條數(shù)最多。不同季節(jié)平茬后苗木產(chǎn)生的差異可能與可供給的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括貯藏物質(zhì)、光合產(chǎn)物或土壤供給等有關(guān)。平茬后苗木促進(jìn)側(cè)枝萌發(fā)，生長(zhǎng)中心發(fā)生改變，利用根系儲(chǔ)存的物質(zhì)、光合同化的產(chǎn)物和根系吸收的養(yǎng)分持續(xù)快速生長(zhǎng)[18-19]。冬末春初是植物的休眠期，根系儲(chǔ)存著大量的養(yǎng)分，還可避免從茬口流出過(guò)多的樹(shù)液和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，隨氣候回暖樹(shù)液開(kāi)始流動(dòng)，萌蘗株便能夠快速生長(zhǎng)[20]。夏季和秋季苗木生長(zhǎng)旺盛，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要集中在地上組織中，平茬后失去了地上部分，根系儲(chǔ)存的養(yǎng)分相對(duì)較少；且夏季溫度較高，水分蒸發(fā)過(guò)快，不利于平茬后萌蘗苗的快速生長(zhǎng)[21]。

不同季節(jié)平茬對(duì)苗木的內(nèi)源激素含量也有影響，3 個(gè)季節(jié)平茬后60 和90 d 均以GA3和ZT 含量較高，IAA 和ABA 含量較低。QIN 等[22]研究發(fā)現(xiàn)：蘋(píng)果芽的萌發(fā)需要更高濃度的GA3和ZR，與本研究一致。同一種激素在不同時(shí)期有多種不同的生理功能，平茬后莖部尖端的IAA 含量減少，苗木的頂端優(yōu)勢(shì)被打破，休眠芽被激活并恢復(fù)到生長(zhǎng)狀態(tài)，ABA 含量隨著休眠的解除而下降，使生長(zhǎng)狀態(tài)分蘗芽的ZT 和GA3含量增加[23]。ABA存在于休眠組織和正在進(jìn)入休眠的器官，參與植物體休眠狀態(tài)的建立與維持，且不同的物種會(huì)導(dǎo)致更強(qiáng)的分蘗芽休眠條件，對(duì)分蘗芽的生長(zhǎng)起抑制作用；平茬后解除芽休眠，誘導(dǎo)分蘗發(fā)生，ABA 含量隨休眠的解除而下降[24-25]。萌蘗是一個(gè)復(fù)雜的生理生化和形態(tài)建成過(guò)程，受環(huán)境因素、遺傳背景和內(nèi)源激素之間復(fù)雜相互作用的制約[26]。各指標(biāo)的主成分分析和聚類(lèi)分析表明：秋季平茬時(shí)苗木生長(zhǎng)與春季和夏季明顯不同，即萌蘗受平茬季節(jié)影響顯著。此外，秋季平茬IAA、GA3、ZT、IAA/ABA、GA3/ABA、ZT/ABA 和 (IAA+GA3+ZT)/ABA 均最大；春季平茬ABA 含量最大，夏季平茬ABA 含量次之，一方面不同季節(jié)水分、溫度和光照等環(huán)境因素差異影響萌蘗發(fā)育；另一方面內(nèi)源激素是植物響應(yīng)環(huán)境脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要成員，且ABA 是具有應(yīng)激傾向的內(nèi)源激素[27-28]。由于季節(jié)變化和苗木生長(zhǎng)發(fā)育特性的雙重作用可能導(dǎo)致不同季節(jié)平茬后內(nèi)源激素的響應(yīng)不一樣。

主成分分析得出各指標(biāo)的規(guī)范化特征向量大小，可以反映該指標(biāo)對(duì)該主成分的作用大小。(IAA+GA3+ZT)/ABA、IAA/ABA、ZT/ABA 和 GA3/ABA 對(duì)萌條數(shù)的作用較大，其中(IAA+GA3+ZT)/ABA 的特征向量最大，即對(duì)萌條數(shù)的影響最大，這意味著萌蘗發(fā)生可能不僅僅受激素絕對(duì)濃度的控制，還受促進(jìn)型內(nèi)源激素與抑制型內(nèi)源激素比值的影響，其比值能夠反映促進(jìn)生長(zhǎng)激素與抑制生長(zhǎng)激素所占的主導(dǎo)作用[29]，當(dāng)促進(jìn)生長(zhǎng)的激素占主導(dǎo)作用時(shí)，能誘發(fā)和刺激萌蘗發(fā)生，有利于萌條數(shù)增加[30-31]。GA3和GA3/ABA 對(duì)萌條長(zhǎng)的作用較大。去頂?shù)那闆r下，GA 不能代替IAA 抑制側(cè)芽生長(zhǎng)，相反會(huì)引起側(cè)芽猛烈伸長(zhǎng)[32]。OLSEN等[33]證實(shí)GA3主要通過(guò)影響芽體內(nèi)細(xì)胞的分化及伸長(zhǎng)來(lái)調(diào)控芽的萌發(fā)及成枝狀況，已作為最常用的外源激素誘導(dǎo)水稻節(jié)間伸長(zhǎng)[34]。有研究表明GA/ABA 值與植物芽的萌發(fā)顯著相關(guān)[15]，與本研究一致。ZT、ABA 和IAA 對(duì)萌條生物量的作用較大，其中ZT 的特征向量最大，即對(duì)萌條長(zhǎng)的影響最大。去除頂端優(yōu)勢(shì)后，腋芽部位的IAA 含量增加，莖干中IAA 含量減少，使得ipt基因表達(dá)，合成細(xì)胞分裂素(CTK)并向腋芽轉(zhuǎn)運(yùn)[35]。CTK是目前唯一能夠直接促進(jìn)側(cè)芽生長(zhǎng)的一類(lèi)植物激素，且能促進(jìn)腋芽?jī)?nèi)的IAA 合成。ABA 作為生長(zhǎng)抑制劑，能改變植物耐脫水性，在一定程度上減弱能量的消耗，并通過(guò)提高水分利用效率促進(jìn)光合產(chǎn)物的運(yùn)輸和積累，以此促進(jìn)萌條生物量的增加。對(duì)白及塊莖生長(zhǎng)的研究表明：ABA 可促進(jìn)根莖膨大從而提高根狀莖的產(chǎn)量[36]。本研究聚類(lèi)分析中萌條長(zhǎng)和萌條生物量為一組，而萌條數(shù)在另一組。根據(jù)萌芽的發(fā)生導(dǎo)致高度生長(zhǎng)代價(jià)這一觀點(diǎn)可知：萌條數(shù)量增加，可能導(dǎo)致萌條高度生長(zhǎng)的投入減少，后期伐樁無(wú)法提供充足養(yǎng)分維持生長(zhǎng)[34-38]，本研究結(jié)果與之相符。萌條數(shù)主要取決于伐樁處能否形成分蘗芽，以及它們是被抑制還是被釋放生長(zhǎng)；萌條長(zhǎng)和萌條生物量的調(diào)節(jié)也可能因苗木生活史的不同而導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育的差異。以上分析說(shuō)明單個(gè)激素很難調(diào)控基因表達(dá)，苗木萌蘗是多種激素共同調(diào)控的結(jié)果。各激素之間存在一定的相互作用，可通過(guò)相互促進(jìn)或抑制達(dá)到一種平衡以共同調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育[39]。今后可以采取針對(duì)性措施對(duì)云南松苗木萌蘗進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量穗條的批量生產(chǎn)。

4 結(jié)論

苗木萌蘗受多種激素的共同調(diào)控，對(duì)萌條數(shù)作用較大的(IAA+GA3+ZT)/ABA、IAA/ABA、ZT/ABA、GA3/ABA 以及對(duì)萌條長(zhǎng)作用較大的GA3、GA3/ABA 在秋季平茬的含量及比值均較高；對(duì)萌條生物量作用較大的ZT 和IAA 含量在秋季平茬較高、ABA 含量在春季平茬較高；而夏季平茬對(duì)萌蘗作用較大的內(nèi)源激素含量及比值均不占優(yōu)勢(shì)。苗木萌蘗受平茬季節(jié)影響，應(yīng)綜合考慮苗木生產(chǎn)用途的需求選擇平茬季節(jié)，采取針對(duì)性措施對(duì)云南松苗木萌蘗進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量穗條的批量生產(chǎn)。