杉木采穗母樹根基環(huán)境處理對(duì)穗條生長(zhǎng)及生理特性影響

連曉倩，潘潔琳，黃勇來(lái)，馬祥慶，吳鵬飛*

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)院，福建 福州 350002；2.國(guó)家林業(yè)和草原局 杉木工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002；3.福建建甌市林業(yè)局 種苗站，福建 建甌 353100)

無(wú)性繁殖具有保持親代優(yōu)良性狀、保證林相整齊性和提高林分早期生長(zhǎng)力等特點(diǎn)，是林業(yè)種質(zhì)繁育生產(chǎn)實(shí)踐的重要內(nèi)容[1]。杉木(Cunninghamialanceolata)作為我國(guó)重要的造林用材樹種，人工林總面積達(dá)9.90×106hm2，居全國(guó)人工造林樹種面積首位[2]。隨著杉木造林面積不斷擴(kuò)大，高質(zhì)量的種苗供不應(yīng)求，很多學(xué)者致力于優(yōu)質(zhì)造林材料篩選及快繁技術(shù)體系的研究[3]。潘潔琳等[4]分析認(rèn)為利用林木萌蘗性建立起來(lái)的高干式采穗圃可以快速得到優(yōu)質(zhì)種苗材料，但是造林成活率低且林相不整齊；而灌叢式采穗圃可有效解決杉木母樹穗條產(chǎn)量少、位置效應(yīng)明顯、生根成活率低等問(wèn)題。然而，如何提高灌叢式采穗圃管理水平仍是當(dāng)前杉木無(wú)性扦插繁殖相關(guān)研究的重要問(wèn)題。

由于母樹根基是直接生產(chǎn)穗條的位置，因此可通過(guò)調(diào)控根基環(huán)境的養(yǎng)分和光照條件，提高母樹根基萌發(fā)的活力[5]。有學(xué)者通過(guò)對(duì)油茶(Camelliaoleifera)[6]、馬尾松(Pinusmassoniana)[7]、烏桕(Sapiumsebiferum)[8]等樹種采穗圃的研究表明，在采穗母樹根基適當(dāng)施加肥料有利于提高穗條產(chǎn)量。本課題組[9]以杉木采穗母樹根基環(huán)境為對(duì)象，研究認(rèn)為除了在根基位置施加營(yíng)養(yǎng)液之外，通過(guò)遮光75%或噴灑生長(zhǎng)素溶液等措施也可顯著增加杉木母樹穗條產(chǎn)量。然而，之前的研究往往是以單一措施對(duì)根基進(jìn)行處理，有關(guān)不同單一最優(yōu)措施的組合綜合處理對(duì)杉木根基促萌是否產(chǎn)生積極作用少見(jiàn)報(bào)道，特別是對(duì)杉木穗條組織內(nèi)部生理指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律了解甚少。

鑒于此，本文選擇杉木優(yōu)良采穗圃洋-061無(wú)性系采穗母樹為研究對(duì)象，對(duì)母樹根基環(huán)境進(jìn)行(遮光75%+生長(zhǎng)素+霍格蘭完全營(yíng)養(yǎng)液)等多種措施的組合處理，以根基環(huán)境不處理為對(duì)照，通過(guò)連續(xù)6個(gè)月的持續(xù)觀測(cè)，分析不同處理下杉木母樹穗條數(shù)量、生根率以及SOD、POD活性和MDA含量等主要生理指標(biāo)的差異性規(guī)律，旨在有效調(diào)控優(yōu)良杉木無(wú)性系采穗圃母樹根基萌發(fā)的能力，為優(yōu)良杉木無(wú)性系采穗圃高效經(jīng)營(yíng)與管理提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在福建省建甌市中福種業(yè)有限公司利用優(yōu)良杉木無(wú)性系營(yíng)建的灌叢式采穗圃，該區(qū)域位于118°26′39.45″E，27°00'65″N，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，平均海拔126 m，年降雨量1 670 mm，年平均氣溫18.7 ℃，無(wú)霜期262～280 d。選擇平坦開闊、排水通暢的低山丘陵處于2012年建圃，利用農(nóng)田土做畦，畦面寬1.1 m，其2～20 cm和20～40 cm土層的理化性質(zhì)如表1所示。

表1 試驗(yàn)圃地土壤理化性質(zhì)

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于本課題組前期的研究結(jié)果[4]，分別篩選出了根基環(huán)境單種調(diào)控措施的最佳處理水平：遮光75%、噴灑生長(zhǎng)素溶液(質(zhì)量濃度200 mg·L-1)或施加霍格蘭完全營(yíng)養(yǎng)液(100%濃度)均有利于提高杉木母樹穗條產(chǎn)量。那么，這3個(gè)調(diào)控措施最佳處理水平的組合處理是否更有利于杉木采穗母樹根基萌發(fā)能力的提升，為此，本研究于2017年7月-2017年12月在福建省建甌市杉木洋-061優(yōu)良無(wú)性系采穗圃開展母樹根基環(huán)境調(diào)控試驗(yàn)，以洋-061無(wú)性系采穗母樹為試驗(yàn)材料。在當(dāng)年6月進(jìn)行杉木采穗母樹根基清篼處理之后，以根基環(huán)境未處理為對(duì)照組(CK：全光照+清水+清水)，設(shè)置綜合措施處理組(遮光75%+生長(zhǎng)素+霍格蘭完全營(yíng)養(yǎng)液)，具體處理方式如表2所示。每個(gè)處理設(shè)30個(gè)重復(fù)(株)。

表2 杉木采穗圃母樹根基環(huán)境的綜合措施處理方式

試驗(yàn)期間，每個(gè)月25-26日剪取合格穗條[10]，記錄統(tǒng)計(jì)單株母樹每月產(chǎn)出的穗條總量(條·株-1)后，對(duì)母樹根基進(jìn)行清篼處理。隨后立即隨機(jī)抽取50%數(shù)量的合格穗條直接扦插于輕型基質(zhì)袋，置于育苗大棚育苗；余下50%數(shù)量的合格穗條及時(shí)裝入冰袋，帶回室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)分含量、酶活性等生理指標(biāo)的測(cè)定。1個(gè)月后記錄生根的穗條數(shù)。穗條扦插生根率(%)是指生根的穗條數(shù)與扦插穗條總數(shù)的比值。

2.2 測(cè)定方法

將帶回室內(nèi)的杉木穗條樣品，采用硫酸-高氯酸消煮法[11]和電感耦合等離子體-發(fā)射光譜儀(ICP-OES，PekinElmer，美國(guó))測(cè)定磷(P)含量，利用碳氮元素分析儀(VARIO MAX，德國(guó))測(cè)定樣品的碳(C)和氮(N)含量。采用酶聯(lián)免疫吸附法(Enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)[12]對(duì)杉木穗條組織內(nèi)的超氧化物歧化酶(SOD)活性、過(guò)氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量進(jìn)行測(cè)定。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

杉木穗條各測(cè)定指標(biāo)在處理組與對(duì)照組之間的差異顯著性水平分別采用獨(dú)立樣本T雙側(cè)檢驗(yàn)(Independent-Samples T Test)進(jìn)行檢驗(yàn)(P<0.05)。運(yùn)用SPSS 20.0行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，使用Origin 8.5作圖。試驗(yàn)結(jié)果計(jì)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

3 結(jié)果與分析

3.1 杉木母樹根基穗條產(chǎn)量和生根率月動(dòng)態(tài)變化

杉木穗條產(chǎn)量和生根率月動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖1。CK組和處理組在7-8月合格穗條數(shù)量均為0條·株-1，2組穗條產(chǎn)量在9-10月逐漸上升，在10月份均達(dá)到最大值，分別為4.4條·株-1、7.3條·株-1，11-12月，2組穗條數(shù)量均有所下降，但是總保持處理組穗條數(shù)量大于CK組的規(guī)律，其中9-11月，兩者差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

注：同一橫坐標(biāo)不同小寫字母表示在同一月份處理差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示在同一月份處理差異顯著。

從穗條生根率來(lái)看，9月處理組扦插的杉木穗條已經(jīng)生根，生根率達(dá)51.79%，而CK組未見(jiàn)生根。10-11月，處理組生根率均表現(xiàn)出大于CK組的趨勢(shì)，但兩者差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)。

3.2 杉木母樹根基穗條C、N、P含量月動(dòng)態(tài)變化

杉木母樹根基環(huán)境不同處理?xiàng)l件下，其穗條C、N、P含量差異較為明顯(圖2)。9-12月，處理組杉木穗條C含量479.54 ～488.14 mg·g-1，變化不明顯，但每月均分別顯著小于CK組(P<0.05)；與之相反，處理組每月的杉木穗條N、P含量總保持著大于CK組的規(guī)律。其中，處理組N含量均逐月增加的趨勢(shì)，在12月達(dá)最大值，為16.58 mg·g-1，與CK組的差異達(dá)到顯著水平。處理組杉木穗條P含量每月的變化規(guī)律不明顯，其中11月為1.54 mg·g-1，比CK組增加了0.36 mg·g-1，兩者差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

注：不同小寫字母表示在同一月份處理差異顯著(P<0.05)。

3.3 杉木母樹根基穗條抗逆性生理指標(biāo)月動(dòng)態(tài)變化

杉木母樹根基環(huán)境變化對(duì)穗條SOD、POD活性和MDA含量等生理指標(biāo)的影響較大(圖3)。9-12月，處理組杉木穗條的POD活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，其中10月份達(dá)到最大值，為215.16 U·g-1，顯著大于CK組(P<0.05)。從SOD活性來(lái)看，處理組SOD活性總保持著高于CK組的規(guī)律，其中處理組在11月達(dá)到最大值，為186.42 U·g-1。不同處理?xiàng)l件下，杉木穗條MDA含量的月變化規(guī)律差異明顯，其中CK組則表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，而處理組MDA在11月含量最大(7.54 nmol·mg-1)，顯著大于CK組(P<0.05)。

注：不同小寫字母表示在同一月份處理差異顯著(P<0.05)。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

采穗圃母樹根基環(huán)境的管理水平對(duì)其穗條產(chǎn)量具重要作用。黃宏全等[13]認(rèn)為對(duì)杉木母樹進(jìn)行彎干、淺栽處理或者進(jìn)行抹芽之后，在根基涂抹生長(zhǎng)素可明顯提高穗條產(chǎn)量。周鳳嬌等[14]認(rèn)為馬尾松是喜光樹種，對(duì)其進(jìn)行遮陰、改變光環(huán)境處理會(huì)顯著降低其穗條產(chǎn)量。本文中，對(duì)杉木母樹根基進(jìn)行遮光75%、施加200 mg·L-1的生長(zhǎng)素溶液和霍格蘭完全營(yíng)養(yǎng)液的處理組合有利于增加杉木穗條數(shù)量，特別是在杉木根基萌發(fā)高峰期(9-11月)，組合處理?xiàng)l件下根基穗條每月的萌發(fā)數(shù)量分別是CK組的3.34、1.66、1.80倍?？梢?jiàn)，通過(guò)杉木采穗圃母樹根基環(huán)境的調(diào)控可明顯促進(jìn)根基的穗條萌發(fā)。

從穗條質(zhì)量來(lái)分析，穗條生根率是一個(gè)重要的表征指標(biāo)。周新華等[15]認(rèn)為選用直徑4.00～5.49 mm、長(zhǎng)度11.0 cm的穗條可以更好地促進(jìn)杉木插穗根系的生長(zhǎng)，生根率可達(dá)71.48%。本試驗(yàn)結(jié)果表明，提高杉木穗條生根率除了選擇合格穗條之外，采穗時(shí)間也具有較大影響，其中，11月收獲的杉木穗條生根率可達(dá)75.95%，明顯高于其他月份。唐紅燕等[16]對(duì)思茅松(Pinuskesiya)的研究結(jié)果表明，在10-12月扦插最有利于穗條生根。這可能是由于穗條從扦插到生根其體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生著一系列的轉(zhuǎn)化、積累、分解和消耗等過(guò)程[17]；當(dāng)插穗根系尚未發(fā)育成熟時(shí)，其頂芽發(fā)生過(guò)程所需養(yǎng)分主要依賴穗條自身的供給，當(dāng)插穗組織內(nèi)含養(yǎng)分不足時(shí)，該插穗的生長(zhǎng)發(fā)育和生根能力勢(shì)必受到極大抑制[18-19]。郭素娟等[20]對(duì)白皮松(Pinusbungeana)研究表明總糖、總糖/總N的比值與插穗生根的關(guān)系密切。對(duì)于柚木(Tectonagrandis)而言，采用500 mg·kg-1IBA處理后的插穗通過(guò)顯著提高其組織內(nèi)可溶性糖的含量，進(jìn)而維持全N含量于一定水平則有利于根系發(fā)育[21]。然而，敖紅等[22]認(rèn)為不宜用C/N比值來(lái)判定長(zhǎng)白落葉松(Larixolgensis)穗條的生根能力，應(yīng)該采用N素絕對(duì)含量來(lái)表示。

C、N、P作為植物生理生化過(guò)程的底物和能量來(lái)源，可促進(jìn)植物各種代謝的正常進(jìn)行，促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育良好。本試驗(yàn)中，與對(duì)照CK相比，處理組穗條N、P含量明顯較高，分別是CK組的1.56和1.16倍，但C含量顯著降低?？梢?jiàn)，處理組杉木母樹根基環(huán)境變化的條件下，穗條組織內(nèi)含養(yǎng)分含量較高，但從母體分配的光合產(chǎn)物較少，這樣在維持穗條生根能力的同時(shí)，還有利于減少C消耗，延長(zhǎng)母樹采穗年限[23]。

由于扦插過(guò)程中插穗基部本身存在切口，當(dāng)該穗條組織內(nèi)保護(hù)性酶活性不強(qiáng)時(shí)，可直接導(dǎo)致插穗生根能力明顯減弱。吳小慧等[24]以40年生閩楠(Phoebebournei)插穗為研究對(duì)象，認(rèn)為多酚氧化酶(PPO)和POD活性是影響其插穗生根的關(guān)鍵生理學(xué)指標(biāo)[24]。對(duì)于陳胤好等對(duì)北美紅楓(Acerrubrum)插穗，POD活性較低則有助于穗條誘導(dǎo)不定根；隨著插穗時(shí)間延長(zhǎng)，MDA含量下降明顯[25]。有研究表明，在扦插初期，高活性的SOD能清除多余的自由基，有利于提高植物抗逆性，以保護(hù)楸樹(Catalpabungei)扦插生根環(huán)境[26]；POD不但是植物體內(nèi)生理代謝活動(dòng)的主要氧化酶，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育起著重要的調(diào)節(jié)作用[27]，還可通過(guò)促進(jìn)木質(zhì)素的合成，以強(qiáng)化新生根系的木栓層結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁強(qiáng)度[28]。本文采取的處理組合格穗條有利于提高POD、SOD酶活性，增加MDA含量，降低植物在離體環(huán)境中的脅迫程度，提高扦插生根率。說(shuō)明處理組有利于杉木增加穗條組織內(nèi)保護(hù)酶活性，及時(shí)清除活性氧，保護(hù)膜系統(tǒng)，緩解穗條衰老，有利于提高其生根及生長(zhǎng)發(fā)育能力。

4.2 結(jié)論

遮光75%+生長(zhǎng)素+霍格蘭完全營(yíng)養(yǎng)液的組合措施對(duì)杉木采穗母樹根基環(huán)境具有明顯的積極作用，顯著增加了杉木母樹根基穗條數(shù)量。這種組合措施在顯著提高穗條組織內(nèi)N、P含量，降低C消耗的同時(shí)，還明顯增強(qiáng)了穗條體內(nèi)POD、SOD活性，增加了MDA含量，從而有效保護(hù)了細(xì)胞膜系統(tǒng)，增強(qiáng)穗條抗逆性，提高生根率。因此，在采穗圃管理過(guò)程中，可以選擇該措施改變杉木母樹根基環(huán)境，以提升杉木采穗圃的經(jīng)營(yíng)管理水平。