茶树扦插生根机理研究进展

马林龙，曹丹，龚自明，金孝芳（湖北省农业科学院果树茶叶研究所，湖北 武汉 430064）

茶树扦插生根机理研究进展

马林龙，曹丹，龚自明，金孝芳*
（湖北省农业科学院果树茶叶研究所，湖北 武汉 430064）

茶树扦插的关键是不定根的形成过程，受到多种因素的共同调控，研究茶树生根机理对了解不定根形成及控制具有重要意义。本文介绍了国内外关于茶树不定根形成机理的解剖学、生理生化（植物激素、酶、营养物质）、分子生物学3个方面的研究进展。通过对茶树生根机理的综合研究，可以为加快茶树扦插生根速率和提高其成活率提供理论参考和技术支持。

茶树扦插；生根机理；解剖学；生理生化；分子生物学

茶树扦插是利用茶树的再生机能和极性现象，将离体的枝条再生成一个完整新植株的繁殖方法，具有保持母本的特征特性，品种纯度高，繁殖系数大，取材方便，繁殖季节长等优点。随着茶树栽培面积的增加以及无性系茶树良种的推广，近年来，在茶树扦插生根机理的研究方面也取得了一定的进展。本文结合当前国内外研究，对茶树扦插生根过程解剖学、生理生化、分子生物学等方面进行综述，以期为茶树扦插生根机理的进一步研究提供一定参考，同时也为茶树扦插技术发展提供理论支持。

1 茶树扦插生根解剖学研究

插穗叶片、茎的解剖结构与其生根率及难易程度有着密不可分的关系，其中与皮层中是否存在连续排列成环状的厚壁细胞和茎内有无潜伏根原基有较高的相关性［1，2］。茶树插穗半木质化茎从外至内依次由表皮、皮层、中柱鞘、韧皮部、形成层、木质部和髓等部分组成，其皮层最外层为1～2层厚壁细胞，枝条内没有潜伏根原基存在［3］，这与茶树扦插生根难有着密不可分的关系［4-6］。张泽岑［7］对茶树插穗叶片结构特征观察发现，栅状细胞的细长度、数目和厚度、栅状组织叶绿体数目与茶树扦插发根率呈正相关。

茶树插穗不定根的发生及其发育过程的解剖学观察对扦插生根机理研究有着重要的意义。植物扦插生根的关键是其原基的形成［8］，不定根原基按其形成时间分为潜伏根原始体和诱导根原始体两种。高秀梅［9］研究了插穗发根过程的内部结构，插穗不定根起源于维管形成层，扦插苗侧根起源于中柱鞘。梁月荣等［10］对茶树插穗发根的解剖学观察发现茶树属于诱导生根型，不定根原体所处的位置与茶树插穗枝条发育程度有关，红棕色枝的不定根原基起源于木栓形成层，绿色枝的不定根原基起源于中柱鞘内侧的韧皮薄壁细胞，但其起源是共同的。茶树扦插时愈伤组织的形成和不定根的分化是两个独立的过程，但对茶树扦插生根有着重要作用，一方面愈伤组织防止水分的散失和微生物的侵袭，促进扦插生根；另一方面愈伤组织的形成及发育消耗枝条内的生根物质，对不定根的产生存在较强的抑制作用［10-12］。

2 茶树扦插生根的生理生化研究

近年来，茶树扦插生根的生理生化研究主要集中在与生根关系比较密切的几种生理生化物质（如植物激素、酶活性、营养物质等）等方面。

2.1 植物激素与生根

植物激素是一类具有调控植物生长发育的生物活性物质，它不仅对植物的生理活动起着重要的调节作用，同时还在植物扦插生根过程中起着关键调节作用［13，14］。其中生长素类（auxins）、细胞分裂素（CTK）、脱落酸（ABA）和赤霉素类（GA）等在茶树不定根形成中起着较为重要作用。姚永宏等［15］研究发现不同品种茶树插穗生根过程中IAA、ABA、ZR 3种主要激素的变化趋势基本一致，但其含量在扦插生根过程中均有一定差异，同时发现在生根过程中IAA、ZR 起促进生根的作用，ABA起抑制生根的作用，不同生根率茶树品种间IAA /ABA存在显著差异。梁月荣等［10］研究发现在剪穗前2周用80 mg·kg-1的IBA喷洒黄叶早母树，枝条在离开母树时已形成“原发性”根原体。李永欣等［16］认为插穗IAA、ZR、ABA、GA 4 种内源激素的初始含量与生根率表现出不同的相关性，IAA、ZR的初始含量与生根率呈正相关，而ABA、GA的初始含量与生根率呈负相关，其中IAA与生根率关系最密切。

茶树插穗不定根形成中生长素类（auxins）物质起关键的作用。近年来，研究表明生长素的种类、浓度、处理时间对茶树扦插苗生根的效应是不同的。Rout［17］研究表明，IAA，NAA和IBA三种激素对茶树插穗不定根的形成均有促进作用，同时具有明显的浓度效应且IBA优于其它两种激素，浓度为75 mg·kg-1的IBA效果最佳；柴红玲等［18］研究IAA，IBA，NAA 和ABT 1号生根粉4种外源激素对中茶108扦插育苗的影响发现，在适宜的浓度下四种外源激素对中茶108扦插苗均有促进生根作用，NAA对茶树扦插生根率的提高极显著优于其他外源激素；王雪萍等［19］研究发现用50 mg·kg-1ABT1号生根粉溶液浸泡茶树插穗0.5 h后扦插，生根率提高了36.67%，同时生根数多、根系发达；周健等［20］比较了激素种类、浓度和浸蘸处理时间对于诱导茶树组培苗在温室内生根的影响，筛选出最佳的生根诱导条件是采用100 mg·L-1的IBA进行短时浸蘸处理，促进发根，生根率可达60%，小苗的成活率也得到提高，而NAA和2，4-D 处理的茶苗成活率都很低；梁金波等［21］用2，4-D、NAA、速效生根灵3种生根激素对茶树短穗12 h浸根处理发现3种生根剂均能促进茶树短穗生根，其中NAA效果最理想。Sharma等［22］在茶树大田扦插中用500 mg·kg-1IBA处理插穗30 min，生根率达到71.6%，并显著高于对照。

2.2 酶活性与生根

茶树扦插生根过程中酶具有重要的作用，其中过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）和吲哚乙酸氧化酶（IAAO）是目前研究最多的，也是公认的与扦插生根关系最为密切的3种酶类［23］。POD是一种活性较高的酶，参与植物体内的各种生理过程以及木质素的形成，与不定根的诱导和伸长生长密切相关［24］，并在植物扦插生根过程中参与生长素的代谢，起着与IAAO 相同的作用，氧化消除体内过多的IAA，同时还能促使插穗木质化程度提高，抑制生根［25］；PPO广泛存在于植物体内，能够催化IAA与酚类物质形成 “IAA-酚酸复合物”，是不定根形成的辅助因子，对植物生根具有重要作用［26］；IAAO具有降解IAA的作用，调节植物体内IAA含量，IAAO的活性影响着根原始体的启动与不定根的形成，一般容易生根的植物体内IAAO活性较低，难生根的植物体内IAAO活性较高［27］。陈启文等［28］研究表明茶树插穗扦插后叶片中POD活性与扦插生根呈显著负相关，如皖茶91 的POD 活性最低，扦插成活率最高，石佛翠POD活性最高，扦插成活率却最低；认为茶树扦插30 d内，PPO活性高低影响着扦插成活率，二者呈一定正相关，因叶片中高含量的茶多酚有利于插穗成活；同时表明在插穗愈伤组织形成期，IAAO活性提高有利于愈伤生成，而在插穗生根过程中IAAO活性越低则易于发根。Rout［17］将茶树扦插生根分为感应、启动、表达3个阶段，用75 mg·L-1的IBA处理茶树插穗，结果表明，POD的活性显著高于对照，同时在感应、启动阶段活性上升，表达阶段下降，而对照则在3个阶段均缓慢上升；PPO活性处理与对照均在感应、启动阶段上升，在表达阶段缓慢下降，但PPO活性均显著高于对照；IAAO活性均低于对照，变化趋势相似，在感应、启动阶段活性下降，表达阶段上升。

2.3 营养物质与生根

营养物质为插穗在生根过程中提供所需的基本物质和能量，是插穗产生不定根的必要条件。Druege和Rapaka 等［29，30］研究发现，插穗在生根过程中所消耗的营养物质主要是碳水化合物和氮素化合物，它们不仅提供插穗生根和生长的营养物质，同时也是插穗基部愈合和新根生长的能源物质；姚永宏等［31］对茶树扦插生根过程中可溶性糖、总氮、茶多酚等生化成分的含量及比值进行定量分析发现，不同生根率茶树品种间糖/氮比值、糖/酚比值与其插穗生根率成正相关；姜媛媛等［32］研究表明生根能力强的白毫早叶片中可溶性糖、C/N值在不定根生成期含量相对较高，而生根困难的舒茶早叶片中可溶性蛋白含量与C/N 值均较低，同时母叶中营养物质的含量及其比值在不同的生根阶段也发生着变化；梁月荣等［10］研究了插穗碳、氮化合物含量与发根性的关系，认为母叶内的淀粉、非蛋白氮含量和母茎内的碳氮比高，以及母叶内的蛋白氮含量低的品种， 一般都具有较强的发根能力。

3 茶树扦插分子生物学研究

现代生物技术的迅猛发展为茶树扦插生根机理的研究提供了重要的技术手段和方法。虽然茶树扦插分子生物学研究起步较晚，但近年来也取得一些重大进展。赵丽萍等［33］构建了茶树幼根cDNA文库并对其表达序列标签特性分析，获得已知功能基因或具推测功能的EST 序列共1376个，943个茶树功能基因，421个EST为未知功能基因，1685个EST为新的表达基因；韦康等［34］运用抑制性消减杂交技术（SSH）手段筛选分离出与IBA处理茶树插穗相关的70个上调和7个下调特异表达基因序列，并对其中7个候选基因进行RT-PCR验证，认为IAA对这些候选基因的响应效果弱于IBA；韦康等［35］基于数字基因表达谱技术研究了温湿度变化对秋插茶苗芽萌发基因表达的影响，比较保温棚与对照芽的基因表达共筛选获得949 个差异表达基因，其中503个基因受保温棚处理诱导上调表达，446个基因下调表达，同时对差异表达基因进行GO分类分析，认为高温高湿条件具有促进光合相关基因表达的作用；韦康等［36］对用IBA处理与未用IBA处理的茶树插穗进行比较转录组分析，共筛选分离656个上调和435个下调差异基因表达序列，并通过RT-PCR对实验数据进一步验证分析，结果表明，其中许多基因参与了植物激素信号转导、次生代谢、细胞壁组织形成。近年来在茶树扦插相关基因的克隆方面也有一定的进展，如茶树生长素响应因子基因CsARF1［37］，茶树赤霉素受体基因CsGID1a［38］，茶树生长素抑制蛋白基因CsARP1［39］，茶树多酚氧化酶基因［40］。

4 小结与展望

综上所述，当前对于茶树扦插生根机理的解剖学、生理生化（植物激素、酶活性、营养物质等）、分子生物学等方面作了一定的研究，基本明确茶树扦插生根过程中不定根的发生、发育的形态解剖构造，阐明了茶树在扦插生根过程植物激素、相关酶活性以及营养物质动态变化规律，系统分析了茶树扦插生根过程中差异基因，并对相关基因进行克隆与表达。这些将为茶树扦插技术发展提供理论参考，同时也为生产上加快茶树扦插生根速率和提高其成活率提供技术支持。但对于茶树不定根的发生与生长这一复杂过程，还有许多机理需要去探讨研究，如茶树扦插生根过程中的信号转导，无机养分、生根辅助因子与茶树扦插生根的关系，生物技术在茶树扦插生根方面的应用，全面系统分析各因子之间的相互关系等。近年来，在一些模式植物中从分子生物学层面研究扦插过程中激素作用机理以及扦插过程中信号转导机制研究取得了可观的进展，这些能够为研究茶树扦插中植物激素作用机理以及信号转导机制提供宝贵经验和借鉴。同时，随着茶树基因组计划的实施，基因工程技术的日趋成熟和各种先进科学技术的应用，茶树扦插生根机理研究将迈上一个崭新的台阶。

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Progress on Study of Rooting Mechanism of Tea Cuttings

MA Lin-long，CAO Dan，GONG Zi-ming，JIN Xiao-fang*
（Fruit and Tea Research Institute，Hubei Academy of Agricultural Sciences，Wuhan，Hubei 430064，China ）

Formation of adventitious roots is crucial for successful tea cutting. It can be affected by a variety of factors. To study the rooting mechanism can help understand， as well as improve， the complex process of tea cutting. This article reviews the reports published in China and abroad relating to the mechanism of the adventitious root formation with respect to the tea anatomy，physiology， biochemistry （i.e.， plant hormones， enzymes and nutrients） and molecular biology. The comprehensive research will hasten the technological and agricultural advancements on the propagation and survival of tea cuttings in practice， as well as for theoretical reference.

tea cutting； rooting mechanism； anatomy； physiology and biochemistry； molecular biology

S339.4+4

A

2015-01-28 初稿；2015-03-15 修改稿

国家农业科技成果转化项目；湖北省农业科技创新中心项目（2011-620-005-003-04）。

马林龙（1988-），男，硕士，研究实习员，主要从事茶树种质资源与遗传育种研究，E-mail: myth1367101@126.com。

金孝芳（1982-），男，助理研究员，主要从事茶树种质资源与遗传育种研究。