外源生長素質(zhì)量濃度和扦插基質(zhì)對色木槭嫩枝扦插生根的影響

周鑫鑫，李茹月，臧世陽，堃芃，楊玲

(林木遺傳育種國家重點實驗室(東北林業(yè)大學(xué))，哈爾濱 150040)

0 引言

扦插是木本植物營養(yǎng)繁殖的理想方法[1-2]，常見的扦插方式有嫩枝扦插和硬枝扦插。嫩枝扦插一般采用木質(zhì)化低、分化能力強的嫩枝，插穗采集時間為當(dāng)年夏季，但夏季溫度過高容易造成插穗基部腐爛，應(yīng)注意控制空氣溫度以及濕度。硬枝扦插通常選用成熟度較高的1年生或2年生枝條，多于春季和秋季進(jìn)行，硬枝扦插取材方便容易，可借助大棚設(shè)備克服天氣等不足，但相比嫩枝扦插生根率較低、繁殖量較小。扦插生根是外在因素與內(nèi)在因素共同作用的結(jié)果，外源激素種類[3-4]、葉片保留數(shù)量[5-6]、頂芽處理[7]和扦插深度[8-9]均是影響扦插生根率的外在因素。外源激素是難生根樹種扦插生根的必要條件，外源激素的處理可以促進(jìn)嫩枝扦插生根，但對硬枝扦插生根效果較差[10]。生長素在促進(jìn)插穗不定根的萌生和生長方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[11]。母樹和枝條的年齡、枝條的部位及發(fā)育情況均是扦插生根效果的內(nèi)在因素，幼齡的枝條要比熟齡的枝條產(chǎn)生不定根的能力強，成熟插條基部中的游離生長素高度失活，阻礙不定根形成[12]；隨著植物年齡的生長，IAA含量和生物合成減少導(dǎo)致插穗產(chǎn)生不定根的能力迅速下降[13]；在美國紅楓扦插試驗中發(fā)現(xiàn)半木質(zhì)化的枝段更容易形成愈傷組織，形成不定根[14]。

色木槭(AcermonoMaxim.)屬于槭樹科(Aceracear)槭屬(Acer)，又名五角楓，廣泛分布于中國東北地區(qū)，在華南地區(qū)呈零星分布[15]。該樹種為多年生喬木或灌木，具有獨特的樹形、葉形、葉色和林相，擁有區(qū)別其他樹種的美學(xué)特性，具有較高的觀賞價值和材用價值，市場前景廣闊[16]。曹申全等[17]對張廣才嶺地區(qū)紫紅葉色木槭的種子進(jìn)行了播種試驗，子代苗期秋季葉仍為紫紅色的僅有20%，失去了母本的優(yōu)良性狀，因此為更好地保留色木槭母株優(yōu)良性狀，需建立無性系扦插繁殖技術(shù)，解決優(yōu)良性狀保留等問題。但色木槭為扦插較難生根樹種[18]，孫旭東等[18]以兩年生色木槭幼苗的嫩枝插穗為試驗材料，研究了不同種類生根劑、葉片保留數(shù)、頂芽處理和扦插深度對色木槭嫩枝扦插生根的影響，發(fā)現(xiàn)NAA+IBA混合試劑速蘸能使得生根效果達(dá)到最好，為52.50%，保留2個半葉片和無頂芽處理使得新生根數(shù)量和長度均達(dá)到最高水平，而扦插深度為2 cm時可以達(dá)到最好的生根效果。但缺少對色木槭嫩枝扦插最佳激素質(zhì)量濃度的探究，同時最佳基質(zhì)的篩選也未見報道，對于色木槭扦插試驗過程中出現(xiàn)生根率低、腐爛率高等問題未能較好地解決。因此，亟須建立一整套較為完整的色木槭嫩枝扦插體系[19]。

本文以色木槭當(dāng)年生半木質(zhì)化枝段作為試驗材料，設(shè)置不同外源激素(NAA+IBA)質(zhì)量濃度和不同基質(zhì)類型進(jìn)行扦插試驗，在扦插后不同時間分析各處理的插穗生根指標(biāo)和根系發(fā)育質(zhì)量，探索促進(jìn)色木槭嫩枝扦插生根的最佳激素質(zhì)量濃度和基質(zhì)，優(yōu)化色木槭嫩枝扦插繁殖技術(shù)，為生產(chǎn)實踐中色木槭良種選育、優(yōu)樹快速繁育提供技術(shù)支持，為進(jìn)一步挖掘色木槭作為觀賞性彩葉樹種的價值奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料色木槭插穗取自東北林業(yè)大學(xué)帽兒山實驗林場，為人工栽培的7 年生健壯無病蟲害植株。

珍珠巖和蛭石來自厚普礦業(yè)材料廠，泥炭土為PindStrup品牌基質(zhì)。扦插前基質(zhì)使用質(zhì)量濃度0.5%的KMnO4溶液浸泡24 h后用自來水清洗干凈為止。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 插穗的采集與制作

于2021年7月采集色木槭母株中下部枝條后及時用保溫箱運輸至東北林業(yè)大學(xué)溫室內(nèi)，用冷水噴濕放置陰涼處備用。取枝條的半木質(zhì)化部分，剪為6～10 cm的插穗，并使用1 000倍的多菌靈進(jìn)行一次速蘸消毒。除去插穗基部葉片，保留頂端2個半葉片，在距離插穗下剪口最下端芽1 cm處削為馬蹄形，隨剪隨用。

1.2.2 外源激素質(zhì)量濃度

采用單因素完全隨機區(qū)組試驗設(shè)計，分別使用質(zhì)量濃度為0、500、1 000、1 500、2 000 mg/L的NAA+IBA(1∶1)混合試劑對插穗基部進(jìn)行速蘸處理，靜置2 min后扦插到珍珠巖基質(zhì)中。共5個處理，每個處理4次重復(fù)，每次重復(fù)24個插穗，共計480個插穗。扦插時使用與插穗粗度相近的木棍打孔深度2～3 cm，扦插后使插穗與珍珠巖緊密接觸，插穗葉片保持同一方向。扦插完成后啟動自動噴霧設(shè)置，保持插穗葉面濕潤，基質(zhì)及插穗每周噴灑1 000倍多菌靈進(jìn)行消毒。

1.2.3 不同基質(zhì)類型

采用單因素完全隨機區(qū)組試驗設(shè)計，使用質(zhì)量濃度為1 500 mg/L的NAA+IBA(1∶1)混合試劑速蘸，靜置2 min后分別扦插于蛭石、泥炭土、珍珠巖+蛭石和珍珠巖4種基質(zhì)中，保持基質(zhì)與插穗基部緊密結(jié)合，共4個處理，每個處理4次重復(fù)，每次重復(fù)24個插穗，共計384個插穗。扦插后處理方法與激素處理方法一致。

1.2.4 苗床及試驗條件

試驗于溫室內(nèi)進(jìn)行，苗床長20 m、寬1.5 m，采用長、寬、高分別為37、30、7.5 cm的底部有滲漏孔的黑色育苗盤，苗床上建有弧形、高0.8 m的塑料小棚，塑料棚內(nèi)采用自動噴霧設(shè)施(日間每2 h噴2 min，夜間每4 h噴2 min)，保持溫度在26～31 ℃、濕度在70%～80%。塑料棚外覆蓋可移動的70%的黑色遮陰網(wǎng)，調(diào)節(jié)光照強度。通過塑料棚兩端通風(fēng)以及溫室降溫系統(tǒng)控制塑料棚內(nèi)溫度。

1.3 指標(biāo)觀測與數(shù)據(jù)分析

每個處理4次重復(fù)，每次重復(fù)24個插穗，每個育苗盤內(nèi)按6×4扦插分布，于扦插后的20、30、40、50 d分別取樣，每次取樣分別從每盤中隨機取一行6條，共取24條插穗(4盤 × 6條)。觀察是否生成愈傷組織或生根。將取出的插穗根部清洗干凈，除去根上雜質(zhì)，用直尺測量其長度，記錄生根數(shù)量以及生根長度，計算腐爛率、生根率、總根數(shù)和新生根總長度。

腐爛率(%)= 每個重復(fù)的腐爛株數(shù)×100/每個重復(fù)的抽樣數(shù)。

愈傷率(%)= 每個重復(fù)的生成愈傷組織株數(shù)×100/每個重復(fù)的抽樣數(shù)。

生根率(%)= 每個重復(fù)的生根株數(shù)×100/每個重復(fù)的抽樣數(shù)。

總根數(shù)(條)= 每個重復(fù)的總新生根數(shù)/每個重復(fù)的生根插穗數(shù)。

新生根總長度(cm)= 每個重復(fù)的總新生根長度/每個重復(fù)的生根插穗數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗取得的數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，SPSS19.0進(jìn)行單因素方差分析和Duncan多重比較(ɑ = 0.05, ɑ = 0.01)，用sigmaPlot(2011，v.12.5，SYSTAT，美國)軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 色木槭嫩枝扦插生根特點及過程

色木槭嫩枝扦插生根類型有3種，愈傷組織生根、皮部生根、愈傷組織與皮部雙向生根，如圖1所示。在所有的生根類型中，愈傷生根占80%，且所生根的數(shù)量與質(zhì)量均優(yōu)于皮部生根。在扦插后的15 d左右，相繼在切口處有愈傷突起，切口皮部裂開，此時維管形成層的細(xì)胞恢復(fù)分裂能力，向外增生形成分生組織，之后突起的愈傷組織不斷變大，如圖2(a)所示；扦插第25天時愈傷組織處長出不定根，不斷發(fā)育長大，如圖2(b)和圖2(c)所示；30 d時，產(chǎn)生的不定根不斷長大，如圖2(d)所示；至50 d時，根系在一級根上產(chǎn)生分枝根，此時，插穗具有較為完整的根系，如圖2(e)所示。

圖1 色木槭嫩枝插穗3種生根類型

圖2 色木槭嫩枝扦插中不定根形成過程

2.2 外源激素質(zhì)量濃度對色木槭嫩枝扦插生根的影響

色木槭嫩枝扦插過程中，隨著時間的變化，生根百分率呈現(xiàn)先升高后下降，如圖3(a)所示。500 mg/L處理在30 d時達(dá)到最高生根率，其余處理均在40 d時生根率最高，且1 500 mg/L質(zhì)量濃度的生根率最高為62.5%；Duncan多重比較表明，NAA+IBA質(zhì)量濃度對所有生根指標(biāo)具有顯著性影響(P<0.05)，如圖3(b)所示。除去對照組，腐爛率隨著激素質(zhì)量濃度的升高呈先下降后升高的趨勢，500 mg/L和1 000 mg/L間差異不顯著，但極顯著(P<0.01)高于其他質(zhì)量濃度。在愈傷誘導(dǎo)率與生根率中，均表現(xiàn)出隨著激素質(zhì)量濃度的升高呈先升高后下降的趨勢，當(dāng)激素質(zhì)量濃度過高時，對愈傷組織誘導(dǎo)率和生根率有抑制作用；NAA+IBA質(zhì)量濃度在1 500 mg/L時，達(dá)到最高愈傷組織誘導(dǎo)率(66.67%)和生根率(62.50%)。在愈傷組織誘導(dǎo)率中，1 500 mg/L和2 000 mg/L處理分別極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)高于CK；500、1 000、2 000 mg/L處理之間差異性不顯著；在生根百分率指標(biāo)中，1 500 mg/L處理的極顯著(P<0.01)高于其他質(zhì)量濃度處理，與愈傷組織誘導(dǎo)率不同的是2 000 mg/L處理與1 500 mg/L處理有顯著性差異(P<0.05)。

柱狀圖為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(standard error，SE)。同一指標(biāo)中，不同大、小寫字母表示在 0.01和0.05水平上顯著差異。下同。

不同NAA+IBA質(zhì)量濃度處理中，在第50天時1 500 mg/L質(zhì)量濃度處理的新生根總長度最長為9.37 cm，如圖4(a)所示，極顯著(P<0.01)高于CK、500 mg/L和1 000 mg/L處理，與2 000 mg/L處理無顯著差異；2 000 mg/L處理的新生根總長度在40 d時極顯著(P<0.01)高于其他處理，隨后出現(xiàn)下降趨勢；50 d時，2 000 mg/L處理新生根總長低于1 500 mg/L處理。50 d時，1 500 mg/L和2 000 mg/L處理的總根數(shù)分別為4.33 條和5.17 條，如圖4(b)所示，兩者無顯著性差異，且均極顯著(P<0.01)高于其他3個處理；1 000 mg/L處理在40 d時總根數(shù)達(dá)到最高，隨后出現(xiàn)下降，但與其他處理無顯著差異。對照組在新生根總長度與總根數(shù)中表現(xiàn)均為最差。由此可見，1 500 mg/L的NAA+IBA處理更有利于愈傷組織的形成，具有較高的生根率。生長素混合溶液的質(zhì)量濃度為2 000 mg/L時對生根有抑制作用，但可以提高每穗生根總根數(shù)。

圖4 色木槭嫩枝扦插中激素對插穗生根質(zhì)量的影響

2.3 基質(zhì)對色木槭嫩枝扦插生根的影響

基質(zhì)的影響與激素對色木槭嫩枝扦插生根率的影響相同，如圖5(a)所示，隨著時間變化，在40 d時珍珠巖處理達(dá)到最高生根率為66.67%，蛭石與珍珠巖+蛭石處理在50 d時達(dá)到最高生根率，但生根率較低，因此在40 d時進(jìn)行移栽具有較高的生根插穗數(shù)，一定程度上有利于移栽成活。Duncan多重比較表明，基質(zhì)對色木槭嫩枝扦插的所有生根指標(biāo)具有極顯著性影響(P<0.01)。與扦插生根密切相關(guān)的3個百分率指標(biāo)中，珍珠巖的腐爛率、愈傷誘導(dǎo)率和生根率均顯著(P<0.05)優(yōu)于其他基質(zhì)處理，珍珠巖的腐爛率(16.67%)極顯著(P<0.01)低于其他基質(zhì)處理，如圖5(b)所示；珍珠巖的愈傷組織誘導(dǎo)率(70.84%)極顯著(P<0.01)高于蛭石與泥炭土，顯著(P<0.05)高于珍珠巖+蛭石(1∶1)；珍珠巖的生根率(66.67%)極顯著(P<0.01)高于其他基質(zhì)。珍珠巖+蛭石(1∶1)在愈傷率與生根率上僅次于珍珠巖，但優(yōu)于其他基質(zhì)。泥炭土和蛭石在3個指標(biāo)中差異不顯著，其愈傷誘導(dǎo)率極顯著(P<0.01)低于其他基質(zhì)；其生根率極顯著(P<0.01)低于珍珠巖。

圖5 色木槭嫩枝扦插中基質(zhì)對插穗生根指標(biāo)的影響

新生根總長度中,珍珠巖+蛭石的新生根總長度最長(9.39 cm)，珍珠巖與珍珠巖+蛭石處理的效果無顯著性差異如圖6(a)所示。珍珠巖新生根總長度略小于珍珠巖+蛭石處理效果，但珍珠巖在各時期均極顯著(P<0.01)優(yōu)于蛭石與泥炭土基質(zhì)處理。隨著時間變化，所有處理的總根數(shù)均呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，如圖6(b)所示，且珍珠巖+蛭石處理的總根數(shù)在各時期均極顯著(P<0.01)高于其他處理，最高達(dá)到13.13條；蛭石與泥炭土在各時期表現(xiàn)差異不顯著，效果較差。50 d時珍珠巖處理的總根數(shù)小于珍珠巖+蛭石處理，但極顯著(P<0.01)優(yōu)于其他基質(zhì)。由此可見，4種基質(zhì)中珍珠巖最有利于插穗的生根，珍珠巖+蛭石則有益于根系的質(zhì)量，而泥炭土與純蛭石扦插時腐爛率過高且不利于愈傷組織的形成，同時生根質(zhì)量不理想。

圖6 色木槭嫩枝扦插中基質(zhì)對插穗生根質(zhì)量的影響

3 討論與結(jié)論

對于多數(shù)難生根植物扦插繁殖，愈傷組織的形成對不定根的形成有促進(jìn)作用，對于愈傷組織生根類型，多數(shù)通過切口處愈傷組織分化形成根原基。本文的研究中，多數(shù)愈傷組織可以轉(zhuǎn)化為不定根，但也存在部分愈傷組織不能形成不定根，這是因為有些愈傷組織可以自身產(chǎn)生形成層，但不能轉(zhuǎn)變?yōu)椴欢ǜ鵞19]。不定根的發(fā)育是一個復(fù)雜的過程[20-22]，不定根通常是自發(fā)產(chǎn)生或響應(yīng)于老根莖、葉或非周輪組織的某些刺激而產(chǎn)生的[23]，根據(jù)其生理和代謝過程可分為幾個階段：①去分化；②細(xì)胞分裂；③不定根原基的起始、發(fā)育和生長[24-25]，每個階段都與不定根的形成密切相關(guān)。在色木槭扦插過程中，皮層和切口處均產(chǎn)生愈傷組織，且皮部產(chǎn)生的愈傷組織可形成不定根，可能是插穗在受到外源生長素刺激后，皮層細(xì)胞脫分化為愈傷組織，該結(jié)果與王戈戎等[26]在青楷槭(AcertegmentosumMaxim.)扦插試驗中結(jié)果一致。

外源激素被廣泛應(yīng)用于無性繁殖，對于眾多扦插難生根的樹種[26]，扦插過程中添加適量的外源激素可以提高扦插生根率[27]，槭樹科扦插時最常用的外源激素為NAA和IBA，外源激素NAA可以提高插條生根誘導(dǎo)階段生根能力、POD和PPO活性，但降低了IAAO活性，這些將可能是改善生根的原因之一[28]；IBA與體內(nèi)葡萄糖酯結(jié)合較慢，不容易被酶系統(tǒng)氧化，擴散性相對于其他外源激素較慢，能更好地促進(jìn)細(xì)胞的分裂，有利于不定根的形成[29]，同時可以通過與脂肪酸氧化平行的機制轉(zhuǎn)變?yōu)镮AA[30]。IBA也是影響扦插過程中插穗不定根發(fā)育的重要激素之一[31-32]，IBA處理插條可以提高多胺的含量，同時在根原基和不定根形成階段，處理過的插條具有更高的ACS活性，從而間接或直接增加乙烯產(chǎn)量，刺激根原基的啟動和增加不定根的形成[33]。目前認(rèn)為，2種及以上試劑混合使用，效果要優(yōu)于單一激素的使用，在扦插時更能取得較好的生根效果。在黃曉霞[34]對三翅槭(Acertrialatum)當(dāng)年生半木質(zhì)化枝條進(jìn)行扦插時發(fā)現(xiàn)，使用NAA+IBA處理的插穗愈傷誘導(dǎo)率和生根率極顯著高于單一IBA處理的插穗。

一些樹種插條不經(jīng)激素處理即可生根，而一些樹種則不易生根。色木槭為扦插難生根樹種，外源激素的種類和質(zhì)量濃度對其愈傷生成和生根有顯著性影響，孫旭東等[18]在篩選不同激素類型時，發(fā)現(xiàn)NAA+IBA混合激素相較于單一激素效果更佳，生根率最高為52.5%。本研究在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步篩選NAA+IBA的最佳質(zhì)量濃度，發(fā)現(xiàn)1 500 mg/L質(zhì)量濃度速蘸時生根率最高為62.5%，綜合愈傷誘導(dǎo)率和生根率，認(rèn)為1 500 mg/L質(zhì)量濃度處理效果最佳，顯著(P<0.05)優(yōu)于0、500、1 000 mg/L處理，2 000 mg/L的處理效果略次于1 500 mg/L。劉建明等[35]研究發(fā)現(xiàn)隨著質(zhì)量濃度的增加，生根率先上升后下降，當(dāng)激素質(zhì)量濃度較低時，隨著質(zhì)量濃度增加促進(jìn)生根，質(zhì)量濃度過高時則有抑制作用。本文的研究結(jié)果與其一致，外源激素除了可以提高扦插生根率，還可以增加生根總數(shù)和新生根長度，在王藝等[36]對紅花玉蘭嫩枝扦插生根綜合質(zhì)量進(jìn)行評價時，發(fā)現(xiàn)平均根長效果最好的為經(jīng)IAA處理后的。

基質(zhì)對扦插生根同樣有重要影響。當(dāng)扦插基質(zhì)具有較好透氣和透水性時，空氣孔隙度和氧氣擴散率滿足呼吸需求，有利于促進(jìn)根系的發(fā)育[37-38]，良好的水氣平衡有利于不定根的形成和提高根系活力[39]。本文的研究結(jié)果表明，在扦插后40 d，生根率達(dá)到最高，插穗的愈傷誘導(dǎo)率和生根率在不同基質(zhì)中有極顯著差異，同時，插穗的總根數(shù)和新生根總長度也受到顯著影響。插穗生根率、愈傷誘導(dǎo)率、總根數(shù)、新生根總長度總體表現(xiàn)為：珍珠巖的插穗生根率最高，極顯著優(yōu)于蛭石和泥炭土；總根數(shù)和新生根總長度效果最佳的基質(zhì)是珍珠巖+蛭石，在新生根總長度上與珍珠巖無顯著差異；蛭石在所有生根指標(biāo)中效果最差，這些可能與基質(zhì)的特性有關(guān)。色木槭插穗生根較慢，持續(xù)時間相對較長，因此基質(zhì)的空隙度比值大一些將有利于增加透氣性，降低腐爛率，珍珠巖、蛭石、珍珠巖+蛭石、泥炭土的大小孔隙度比值依次為1.19、0.38、0.34、0.26[40]。珍珠巖具有獨特的毛細(xì)管作用，具有較好的透氣性和排水性[41]，因此最佳生根基質(zhì)為珍珠巖。蛭石和泥炭土表現(xiàn)最差，是因為全自動噴霧裝置在扦插前期愈傷組織形成之前噴水較多，使葉面常保持一層水膜狀態(tài)，此情況下，基質(zhì)保水性過高，使得插穗缺氧腐爛率升高[37, 42]。珍珠巖+蛭石在新生根總長度和總根數(shù)上優(yōu)于其他基質(zhì)，可能是在珍珠巖具有一定的透氣情況下，改善了珍珠巖保水性，隨著根系數(shù)量的增加以及根系發(fā)育的日趨成熟，珍珠巖+蛭石更有利于生根后期根系的發(fā)育[39]。綜上所述，不同質(zhì)量濃度的NAA+IBA對色木槭嫩枝扦插的生根指標(biāo)和生根質(zhì)量均有不同程度的影響，1 500 mg/L處理的NAA與IBA混合溶液在愈傷誘導(dǎo)率、生根率和新生根總長度均處于較高水平，而2 000 mg/L處理的僅總根數(shù)最佳。因此，色木槭嫩枝扦插時最佳的外源激素處理為1 500 mg/L的NAA+IBA混合溶液。4種不同基質(zhì)中，珍珠巖的愈傷誘導(dǎo)率和生根率顯著高于其他基質(zhì)。為獲得更好的生根質(zhì)量，則可選擇總根數(shù)和新生根數(shù)量最高的珍珠巖與蛭石的混合基質(zhì)。