腐胺對楓樺和歐洲白樺嫩枝扦插生根及根莖養(yǎng)分含量的影響

周思雨，申方圓，常雪薇，李春明，初 冬，楊立學

（1.東北林業(yè)大學 a.林學院；b.森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)經(jīng)營教育部重點實驗室；c.國家林業(yè)草原東北鄉(xiāng)土樹種工程技術研究中心，黑龍江 哈爾濱 150040；2.黑龍江庫恩環(huán)境修復開發(fā)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090）

楓樺Betula costata和歐洲白樺Betula pendula均為樺木科Betulaceae樺木屬Birch闊葉喬木。楓樺主要分布于我國東北地區(qū)，常散生于小興安嶺、長白山林區(qū)的紅松Pinus koraiensis、魚鱗云杉Picea jezoensis組成的針闊混交林中，喜濕冷耐陰，樹葉顏色隨季節(jié)更替變化明顯，常作為珍貴的綠化樹種。此外，其心材黃褐色，邊材白色，紋理通直，樹高可達30 m，是我國重要的闊葉用材樹種[1]。歐洲白樺原產(chǎn)于歐洲和亞洲北部，由于其適應性強、耐寒易活等優(yōu)點，為增加我國寒冷地區(qū)樹種資源，在我國東北地區(qū)較早引種并相繼開展繁育試驗，并在土壤污染修復和園林綠化中發(fā)揮了重要作用[2-3]。

無性繁殖是樹木良種推廣的重要途徑，其中，扦插繁殖具有取材容易、方法簡單和成本較低等特點，并且扦插獲得的子代可以保持母本優(yōu)良性狀[4]，通過從優(yōu)樹取材扦插繁殖，能擴大上述樹種的繁殖系數(shù)。扦插能否生根是決定扦插成活的關鍵因素之一[5-6]，楓樺和歐洲白樺扦插過程中以皮部生根型為主，兼具愈傷組織生根型和混合生根型。與插穗生根特性密切相關的外源活性物質(zhì)，如外源激素、營養(yǎng)成分含量、多胺等，一直以來都是扦插生根的生理生化研究的熱點問題之一[4]。

多胺是一類含有多個氨基的化合物[7]，具有促進多種植物插穗不定根的形成和提高根系對無機離子的吸收等生理作用[8-10]，多胺種類交錯，腐胺是其中具有重要生理功能的一類[10]。多胺類物質(zhì)中只有腐胺處理對橄欖扦插生根具有顯著的促進作用，而亞精胺和精胺則對橄欖扦插生根沒有顯著影響[9]。腐胺處理顯著提高了沼澤小葉樺Betula microphylla硬枝扦插生根率，但對苗木地徑、苗高、根長和各器官生物量沒有顯著影響[10]。腐胺對扦插生根的促進作用可能源于其顯著提高了插穗中的吲哚乙酸（IAA）的含量[8]。此外，有關外源腐胺處理對植物生長生理影響的研究多集中在蔬菜和水果類植物方面[8-9]。國內(nèi)有關腐胺處理對于楓樺和歐洲白樺扦插生根特性影響的研究未見報道。鑒于此，本研究以2年生楓樺和歐洲白樺健壯嫩枝為扦插材料，采用不同濃度腐胺（500、1 000、1 500 mg·L-1）和生根粉（ABT）、吲哚丁酸（IBA）溶液浸泡處理，通過比較插穗的生根率、不定根數(shù)、根長等生長指標以及根、莖中的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物（NSC）含量變化，探討腐胺對楓樺和歐洲白樺扦插生根特性和根、莖NSC含量的影響以及腐胺處理的最適濃度，為完善楓樺和歐洲白樺扦插育苗技術體系提供理論與實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于黑龍江省牡丹江市陽明區(qū)茂森苗木種植專業(yè)合作社（129°49′19″E，44°32′30″N），氣候類型為溫帶大陸性季風氣候。春季干燥風大，夏季高溫多雨，秋季降溫迅速，冬季寒冷漫長。年平均氣溫3.9℃，無霜期約為156 d，年平均降水量為692.5 mm。本試驗插床規(guī)格為1 m×12 m，插床上設有拱棚，可布設大棚膜和遮陰網(wǎng)。

1.2 試驗設計

試驗于2021年7月中下旬進行。首先使用不同濃度的腐胺（T1：500 mg·L-1、T2：1 000 mg·L-1、T3：1 500 mg·L-1）浸泡插穗30 min，再 用500 mg·L-1的ABT（或IBA）溶液浸泡60 min后進行扦插。對照分2組，其中CK1先用清水浸泡30 min，再用ABT（或IBA）浸泡60 min，CK2前后均為清水浸泡90 min。每組處理3次重復，每個重復含有50根插穗（表1）。

表1 楓樺與歐洲白樺插穗處理Table 1 Cutting treatments of Betula costata and Betula pendula mg·L-1

1.3 基質(zhì)選擇

依據(jù)前期2個樹種3因素3水平的正交試驗（基質(zhì)類型、插穗部位和激素種類）結(jié)果，本研究選擇2個樹種最優(yōu)的基質(zhì)和激素類型，即楓樺扦插基質(zhì)選用蛭石+細河沙+泥炭土（1∶4∶1），歐洲白樺扦插基質(zhì)選用蛭石+粗河沙+泥炭土（1∶4∶1），其中，細河沙粒徑范圍為0.5～1.0 mm，粗河沙粒徑范圍為1～3 mm。扦插前48 h用0.5%的高錳酸鉀溶液對各基質(zhì)進行淋灌消毒。

1.4 插穗采集及制備

扦插材料來自于上述合作社培育的同一家系生長健壯的2年生優(yōu)良母株，均采用枝條梢部無病蟲害、無機械損傷的健壯嫩枝插穗。插穗長度保持在4～5 cm，保留1葉1芽，芽距上切口1 cm左右，用封口膠密封插穗上切口，50個插穗成捆保濕備用，然后按照試驗設計（表1）進行浸泡處理。

1.5 扦插后管理

扦插后澆足水，保證插穗與基質(zhì)充分接觸，于插床上方拱棚搭蓋大棚膜并加蓋透光率為50%的遮陰網(wǎng)。試驗期間，大棚內(nèi)溫度控制在20～30℃，空氣相對濕度保持在90%以上。在扦插后第2天噴施0.1%多菌靈溶液1次，第7天噴1 000倍森錳鋅1次，之后2種殺菌藥每隔7天交替使用一次，并及時清理基質(zhì)上的枯枝落葉等雜物。扦插10 d后白天不覆蓋大棚膜，15 d后視天氣情況可全天不覆蓋大棚膜。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

扦插60 d后，將插穗連同基質(zhì)一同小心取出，放入清水中將附著于根系上的基質(zhì)沖洗干凈，記錄每個插穗不定根個數(shù)和根長等數(shù)據(jù)，并計算生根數(shù)、平均根長、最大根長（公式1）和根系發(fā)育指標等數(shù)據(jù)，其中，根系發(fā)育指標通過隸屬函數(shù)值計算（公式2）[11-13]，隸屬函數(shù)值越大，代表插穗生根效果越好。

式（2）中：Xj為不同處理組的某一指標值，Xmin和Xmax分別為所有處理在該指標中的最小值和最大值。

根和莖可溶性糖和淀粉含量測定參照龐曉瑜等[14]和李合生[15]的方法：將干燥的植物材料研磨以通過0.25 mm孔徑篩。稱取樣品0.1 g置于10 mL離心管中加入5 mL 80%乙醇，將混合物沸水浴30 min，然后在4 000 r·min-1下離心5 min，提取上清液，往復3次，合并上清液于25 mL容量瓶定容，作為可溶性糖含量待測液。使用可溶性糖含量測定的沉淀進行淀粉含量測定。

所有數(shù)據(jù)采用Excel 2013軟件整理后，在SPSS 25.0軟件中對同一樹種不同處理組之間進行單因素方差分析、多重比較（Turkey檢驗法）和相關性分析（Spearman法）等分析，采用Origin 2020軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。采用隸屬函數(shù)分析法將測得指標進行綜合對比，取相關指標的平均值作為評價標準，值越大則代表綜合效果越好。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對2個樹種插穗根系指標的影響

腐胺和ABT（或IBA）浸泡處理對2個樹種插穗的生根率、不定根數(shù)量和平均根長均具有顯著的促進作用（圖1）。對于插穗生根率而言，不同濃度腐胺處理對2個樹種扦插生根的影響并不一致。腐胺濃度在500 mg·L-1時，對楓樺插穗生根率的促進作用顯著優(yōu)于其他組，而歐洲白樺插穗的生根率則在腐胺濃度為1 000 mg·L-1時表現(xiàn)最好（圖1A）。對于2個樹種不定根個數(shù)而言，腐胺和ABT（或IBA）處理相較于對照處理（CK2）均具有顯著促進作用（圖1B），但相較于僅ABT（或IBA）處理（CK1），腐胺處理對2個樹種扦插不定根個數(shù)均沒有顯著影響，且隨著腐胺濃度的升高，2個樹種扦插不定根個數(shù)均表現(xiàn)為逐漸下降的趨勢（圖1B）。至于插穗不定根的平均根長，2個樹種表現(xiàn)不同，500 mg·L-1腐胺浸泡處理顯著增加了楓樺插穗不定根的平均根長，但卻顯著抑制了歐洲白樺插穗不定根的平均根長，而當腐胺濃度為1 000 mg·L-1時對歐洲白樺插穗不定根平均根長的顯著促進作用達到最大（圖1C）。此外，對比CK1和CK2發(fā)現(xiàn)，僅ABT（或IBA）處理對2個樹種插穗的生根率、不定根數(shù)量和不定根平均根長具有顯著的促進作用（圖1A）。對2個樹種的扦插生根特性指標而言，對照處理組CK2均表現(xiàn)為最差，腐胺和ABT（或IBA）處理組均顯著高于對照處理組CK2，且500 mg·L-1+ABT處理組（T1）時，楓樺扦插苗的3種生根特性指標達到最大。

圖1 不同處理對楓樺和歐洲白樺插穗生根率、不定根個數(shù)和平均根長的影響Fig.1 The effects of different treatments on the rooting rate, roots number, and average root length of Betula costata and Betula pendula cuttings

腐胺和ABT（或IBA）浸泡處理均對2個樹種插穗不定根的最長根長和根質(zhì)量（鮮質(zhì)量和干質(zhì)量）具有顯著的促進作用（表2）。腐胺浸泡處理濃度為500 mg·L-1時，楓樺插穗不定根的最長根長達到最大（12.20±0.87 cm），顯著大于其他組，而腐胺濃度在1 000 mg·L-1和1 500 mg·L-1時對歐洲白樺插穗不定根的最長根長促進效果顯著大于其他處理組。對插穗不定根質(zhì)量（鮮質(zhì)量+干質(zhì)量）而言，當腐胺濃度為500 mg·L-1時，2個樹種不定根鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均顯著高于其他處理組。此外，對比CK1和CK2發(fā)現(xiàn)，僅ABT（或IBA）處理對2個樹種插穗的最大根長均具有顯著促進作用，但對根系質(zhì)量（鮮質(zhì)量+干質(zhì)量）的影響并不一致。ABT處理顯著提高了楓樺插穗不定根的鮮質(zhì)量，對根干質(zhì)量沒有顯著影響，IBA處理對歐洲白樺插穗不定根的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均沒有顯著影響（表2）。

表2 不同濃度腐胺和ABT（或IBA）激素處理下楓樺和歐洲白樺根系生長指標差異?Table 2 The root growth indexes of Betula costata and Betula pendula under different concentrations of putrescine and ABT (or IBA) solutions

2.2 不同處理對2個樹種插穗根、莖NSC含量的影響

不同濃度腐胺處理顯著提高了2個樹種插穗不定根的可溶性糖含量，其中，腐胺濃度為500 mg·L-1時對2個樹種扦插苗根系的可溶性糖含量的促進效果最大。相較于CK2，僅ABT（或IBA）處理（CK1）對2個樹種扦插苗根系的可溶性糖含量均沒有顯著影響（圖2A）。對于楓樺扦插苗根可溶性糖含量而言，所有腐胺濃度+ABT處理組（T1、T2、T3）均高于CK1，其中，500 mg·L-1腐胺濃度的根可溶性糖含量顯著高于1 000 mg·L-1。歐洲白樺扦插苗根可溶性糖含量變化規(guī)律與楓樺相類似（圖2A）。對于2個樹種扦插苗的莖可溶性糖含量，當腐胺濃度為1 000 mg·L-1時楓樺扦插苗可溶性糖含量最大，顯著高于其他處理組，而對于歐洲白樺而言，腐胺處理濃度為500 mg·L-1時莖可溶性糖含量顯著高于其他處理組（圖2B）。與CK2相比，CK1顯著降低了楓樺扦插苗的莖可溶性糖含量，卻顯著提高了歐洲白樺扦插苗的莖可溶性糖含量（圖2B）。相較于CK1，T1、T2和T3對2個樹種扦插苗根淀粉含量均沒有顯著促進作用（圖2C），但相較于CK2，顯著提高了歐洲白樺扦插苗的根淀粉含量，而對楓樺扦插苗的根淀粉含量沒有顯著影響（圖2C）。與CK2相比，CK1只顯著提高了歐洲白樺的根淀粉含量（圖2C）。腐胺濃度在1 000 mg·L-1時，楓樺扦插苗的莖淀粉含量顯著高于其他處理組，在1 500 mg·L-1時含量最低（圖2D）。相較于CK1，T1、T2和T3對歐洲白樺扦插苗的莖淀粉含量沒有顯著影響，但相較于CK2，卻顯著提高了歐洲白樺扦插苗的莖淀粉含量。與CK2相比，CK1只顯著提高了歐洲白樺的莖淀粉含量（圖2D）。

圖2 不同處理對楓樺和歐洲白樺根可溶性糖含量和淀粉含量和莖可溶性糖含量和淀粉含量的影響Fig.2 Effects of different treatments on the soluble sugar and starch contents of roots and stems from Betula costata and Betula pendula cuttings

2.3 2個樹種插穗多指標相關性分析與綜合評價

楓樺插穗所測各項指標之間均為正相關關系（根淀粉含量除外），其中，根淀粉含量與生根率、根可溶性糖含量顯著負相關（表3）。歐洲白樺扦插苗所測指標之間均為正相關關系（表4）。

表3 楓樺扦插苗主要生長指標相關性分析Table 3 Correlation analysis among each main growth index of Betula costata cuttings

表4 歐洲白樺扦插苗主要生長指標相關性分析Table 4 Correlation analysis among each main growth index of Betula costata cuttings

鑒于同一處理組內(nèi)2個樹種扦插生根特性和根莖NSC含量指標表現(xiàn)并不一致，同時，同一測定指標在不同處理組也差異顯著，通過隸屬函數(shù)分析將不同處理的扦插苗所測指標進行了綜合對比。500 mg·L-1濃度腐胺+ABT處理對楓樺插穗整體生長指標促進效果最好，但CK1處理對插穗整體指標的隸屬函數(shù)分值要高于T2和T3處理，隸屬函數(shù)值從大到小依次為T1＞CK1＞T2＞T3＞CK2。而對歐洲白樺而言，1 000 mg·L-1濃度腐胺+IBA處理對插穗整體生長指標的促進效果最好，CK1與T3處理相差不大，但優(yōu)于T1處理，隸屬函數(shù)值從大到小依次為T2＞T3＞CK1＞T1＞CK2（表5）。

表5 楓樺和歐洲白樺扦插苗不同處理多指標隸屬函數(shù)值綜合評價Table 5 Membership function values and comprehensive evaluation of multiple indicators in different treatments

3 結(jié)論與討論

總體來看，腐胺處理對楓樺和歐洲白樺扦插生根具有一定的促進作用，但是受其濃度影響。500 mg·L-1濃度腐胺處理對楓樺扦插苗生根率、根長（最大根長和平均根長）和根質(zhì)量（鮮質(zhì)量和干質(zhì)量）具有顯著促進作用，但促進作用隨腐胺濃度增加而降低。就歐洲白樺而言，腐胺處理的最適濃度則為1 000 mg·L-1。

腐胺作為所有生物體中低分子聚陽離子化合物—多胺中的關鍵活性物質(zhì)，在胚胎發(fā)生、細胞分裂、發(fā)育和根形成等生理過程中發(fā)揮著重要作用[16]。研究表明，腐胺較其他多胺類型對植物根系發(fā)育的促進效果更好[17]，腐胺處理對桃Prunus persica和扁桃Prunus dulcis雜交種扦插苗插穗的不定根數(shù)量、最大根長的促進效果顯著高于IBA（1 500 mg·L-1）處理[18]。1 600 mg·L-1腐胺+1 000 mg·Kg-1IBA處理下歐洲榛Corylus avellana插穗生根率達到最大（76.6%）[19]，腐胺與IBA協(xié)同促進作用是扦插生根過程中的關鍵因子[20]，此外，以上研究也表明，扦插生根受腐胺濃度影響，并且同屬不同種之間的植物也存在較大差異[10,19]。

植物插穗生根既是一個復雜的生理過程，也是一個高耗能過程，營養(yǎng)物質(zhì)為插穗生根提供所需的基本物質(zhì)與能量保障，是插穗生根的必要條件。NSC作為植物體內(nèi)光合作用和生長利用間的關鍵中間轉(zhuǎn)化物和短期代謝活動庫，其含量多少與扦插苗的存活、生長和代謝密切相關[21]，其中，植物直接運輸和利用以可溶性糖為主，而淀粉則作為主要的物質(zhì)和能量貯存物[22]。研究發(fā)現(xiàn)，插穗生根過程中所消耗的營養(yǎng)物質(zhì)主要為碳水化合物和氮素化合物，不僅為插穗生根和生長提供養(yǎng)分，同時也為插穗基部愈合和新根生長提供能源物質(zhì)[23-24]，此外，碳水化合物還可作為插穗生根的輔助因子或生長素運輸過程中的調(diào)節(jié)劑[25]。在本研究中，腐胺處理是2個樹種插穗根、莖NSC含量提高的主導因子，僅ABT（或IBA）處理的促進作用并不明顯，這與徐東花等[26]關于多胺對菊科植物Dendranthema morifolium扦插生根過程中NSC含量的研究結(jié)果相一致，即外源型多胺物質(zhì)（亞精胺）在促進植物扦插生根過程中營養(yǎng)物質(zhì)的合成和積累方面發(fā)揮主要作用，而精胺、亞精胺、腐胺作為最常見的3種多胺類物質(zhì)，往往具有相似或相近的生理作用[8-9]。本研究中，ABT（或IBA）在2個樹種扦插生根過程中只對生根率、生根數(shù)和平均根長的促進效果顯著。然而，適宜濃度的腐胺+ABT（或IBA）處理不僅增加了插穗生根率、生根數(shù)、平均根長，并且還有助于根質(zhì)量和根、莖NSC含量的積累，這可能是由于ABT、IBA、IAA等激素與植物插穗根原基形成關系密切，這些激素通過植物體內(nèi)的受體蛋白TIR1和ABP1選擇從而刺激蛋白水解和細胞壁松弛[27]，進而促進插穗基部韌皮部的細胞分裂[28]，達到誘導促進根原基的形成與生長效果[29]。而外源性多胺類物質(zhì)處理不僅利于插穗生根提高其生根率，還能夠促進插穗生根過程中可溶性糖、可溶性蛋白和淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)的合成和積累[26]。

腐胺為2個樹種扦插生根過程中的關鍵因子，但通過隸屬函數(shù)法對所有測定指標綜合評價來看，腐胺浸泡處理與只進行ABT（或IBA）處理效果差異并不顯著，這與朱佳等[10]關于腐胺對同科同屬的沼澤小葉樺Betula microphylla扦插生根生長研究結(jié)果一致。一方面，本研究中測定的根莖指標間相關性差異顯著，可能會對隸屬函數(shù)綜合評價結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，若需全面評價腐胺影響效果還得納入插穗更多的生理生化指標；另一方面，扦插繁殖受諸多因素影響[30-31]，從母樹材料到基質(zhì)[32]，從激素種類[33]到處理時間，每一種因素都可能對插穗生理生化特性產(chǎn)生較大影響。本試驗所選的基質(zhì)、處理濃度和時間以及插后管理等雖然由前期多因素多水平正交試驗獲取的最優(yōu)組合，但未必是楓樺和歐洲白樺扦插生根生長的最佳配置，增加處理組合也是接下來2個樹種扦插技術探索需要考慮的重要因素。

本試驗針對腐胺對楓樺和歐洲白樺扦插苗生根特性和根莖NSC含量的初步探討，明確了腐胺對2個樹種扦插生根的促進效果受其濃度影響，腐胺對楓樺和歐洲白樺扦插生根最適濃度分別為500和1 000 mg·L-1，但綜合所有指標評價結(jié)果看，腐胺處理較傳統(tǒng)處理（ABT或IBA）的優(yōu)勢并不明顯。本研究主要關注了2個樹種嫩枝扦插擴繁過程中插穗的生根特性，而忽略了在扦插過程中發(fā)揮關鍵作用的一些內(nèi)源性激素含量和生理生化酶活性變化，下一步仍需在插穗生理生化方面進行相關研究，有助于揭示腐胺在扦插生根機制中的關鍵作用。