氧化石墨烯對山杏組培苗生根率的影響*

呂躍東 盧慧穎 張妍妍

（黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150081）

近年來炭材料在農(nóng)林業(yè)方面的應(yīng)用研究火熱，它既可以促進(jìn)種子萌發(fā)，又可以促進(jìn)植物的根部生長發(fā)育。而石墨烯作為炭材料中的佼佼者，已成為這其中主要的研究對象。石墨烯嚴(yán)格來說是只有一個碳原子厚度的六邊形二維（2D）原子晶體材料。但由于它在強(qiáng)度、硬度、彈性、電子遷移率和熱導(dǎo)率等方面的性能優(yōu)于一般材料，因此引起了科學(xué)界的普遍關(guān)注，目前主要應(yīng)用于傳感器、電容器、納米電子和復(fù)合材料等技術(shù)領(lǐng)域。

石墨烯及其衍生物對植物生長發(fā)育的影響也是顯著的，但相關(guān)研究報道均為農(nóng)作物方面，而在林業(yè)研究方面涉獵較少，國內(nèi)鮮有關(guān)于石墨烯在林木生長過程中對其生長發(fā)育各階段是否存在促進(jìn)作用的相關(guān)研究。

山杏（Armeniaca sibirica），薔薇科，是亞洲地區(qū)特有的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型樹種，因其根系發(fā)達(dá)，喜光，抗逆性強(qiáng)，具有優(yōu)良的防風(fēng)固沙、保持水土、改良土壤功能和重要的觀賞價值，同時山杏具有極高的經(jīng)濟(jì)價值，山杏油、杏仁蛋白、苦杏仁等廣泛應(yīng)用于食品、藥品、化妝品及航空航天等領(lǐng)域。綜上，山杏是不可多得的集生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益于一體的重要生態(tài)經(jīng)濟(jì)樹種。

本研究采用山杏組培苗為試驗材料，研究不同濃度梯度氧化石墨烯處理后，與生長素IBA 之間的交互作用下，對山杏生根率的影響，以期篩選出山杏組培最適生根培養(yǎng)基組合，為山杏組織培養(yǎng)技術(shù)體系的建立提供技術(shù)支撐，為氧化石墨烯在植物生長應(yīng)用方面奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采用黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究所速生林木培育重點實驗室保存的山杏組培苗作為試驗材料，組培苗來自黑龍江省齊齊哈爾龍江縣1~2 年生無病蟲害生長健壯的山杏枝條，采集其帶腋芽莖段作為外植體。氧化石墨烯由山西大同大學(xué)提供。

1.2 試驗方法

將不同質(zhì)量濃度的氧化石墨烯分別添加到山杏生根培養(yǎng)基(MS)中并高溫滅菌，與未添加氧化石墨烯的生根培養(yǎng)基為對照組。

剪取高約2.0 cm 左右的山杏繼代苗，分別接種于MS+NAA0.02 mg/L+IBA（0.1、0.5、1.0、1.5、2.0）mg/L+石墨烯（0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0）mg/L 的培養(yǎng)基中，進(jìn)行生根培養(yǎng)。

以上培養(yǎng)基均加蔗糖20g/L、瓊脂5.5 g/L，pH5.8。每個處理接種10 瓶，每瓶5 個單株，3 次重復(fù)，培養(yǎng)溫度為24~28℃，光源采用日光燈，光強(qiáng)為3 000 lx，光照時間10 h/黑暗14 h，培養(yǎng)50 d 后調(diào)查生根狀況。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所得數(shù)據(jù)采用Excel 軟件和SPSS13.0 分析軟件，進(jìn)行方差分析及多重比較分析。

2 結(jié)果與討論

山杏試管苗經(jīng)過生根培養(yǎng)，50 d 后調(diào)查其生根率。由表1 可以看出，添加氧化石墨烯時，山杏的生根率明顯高于未添加石墨烯的生根率，另外生長素類型與生長素濃度交互效應(yīng)是顯著的。當(dāng)石墨烯濃度低于2 mg/L 時，山杏不定根的生根率高于對照組，但由于氧化石墨烯釋放的營養(yǎng)離子較少，植物表現(xiàn)為生長較遲緩；當(dāng)氧化石墨烯濃度高于2 mg/L時，山杏不定根的生根率呈現(xiàn)隨石墨烯濃度的增加而降低的趨勢，并且組培苗粗壯，葉片較綠，長勢較好；當(dāng)氧化石墨烯濃度高于4 mg/L 時，氧化石墨烯濃度過高導(dǎo)致其釋放的營養(yǎng)離子較多，以致山杏不定根表面離子濃度過大，造成了山杏不定根的細(xì)胞失水過大，反而嚴(yán)重抑制了山杏不定根的發(fā)育，此時，山杏不定根生根率明顯下降，甚至低于對照。綜上，從試驗結(jié)果可以直觀得出，山杏最適生根培養(yǎng)基為MS+IBA0.5mg/L+NAA0.02mg/L+石墨烯2.0 mg/L，此時生根率最高，可達(dá)94.5%。

表1 不同激素組合及石墨烯濃度對山杏生根率影響

表2 不同激素組合及石墨烯濃度方差分析

表3 不同激素對山杏生根率影響多重比較

表4 不同石墨烯濃度對山杏生根率影響多重比較

方差分析結(jié)果：不同IBA 濃度和石墨烯濃度對山杏生根率影響差異顯著（Sig.＜0.05），二者交互作用對生根率的影響差異不顯著（Sig.＞0.05）。經(jīng)多重比較得知，IBA 濃度為0.1 mg/L 和1.5 mg/L 下，生根率差異不顯著；石墨烯濃度為1 mg/L 和3 mg/L下生根率差異不顯著。

3 討論與結(jié)論

本試驗設(shè)定的氧化石墨烯處理濃度范圍內(nèi)，氧化石墨烯處理后與生長素IBA 產(chǎn)生交互效應(yīng)，在添加氧化石墨烯的試驗組生根率均明顯高于未添加石墨烯的對照組生根率。原因可能是，氧化石墨烯可以吸附組織培養(yǎng)基中游離的無機(jī)鹽離子，在培養(yǎng)基的內(nèi)部就形成了一定的電勢差。這種電勢差導(dǎo)致植物表面細(xì)胞內(nèi)部的電勢比較低，而氧化石墨烯表面的電勢卻較高。電勢能因遵循由高到低的規(guī)律，從而氧化石墨烯有效地促進(jìn)了山杏不定根對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，有助于山杏組培苗的生長發(fā)育。

選擇適宜的氧化石墨烯和生長素IBA 濃度，可以有效地促進(jìn)山杏組培苗生根生長。結(jié)果表明，氧化石墨烯濃度為2 mg/L 、IBA 濃度為0.5 mg/L時，為最適生根濃度，山杏最適生根培養(yǎng)基組合為MS+IBA0.5 mg/L+NAA0.02 mg/L+石墨烯2.0 mg/L，生根率為94.5%，此時，山杏組培苗生根較快，根系較粗壯，不定根數(shù)明顯增加，同時，組培苗葉片顏色較綠，苗高參照于對照組也有顯著變化。