生根粉处理对杉木扦插生根和内源激素含量的影响

朱 晗，罗红艳，李 茂，陈齐明，叶义圣，曹光球，林开敏，叶义全

（1.福建农林大学林学院，福建福州 350002；2.国家林业局杉木工程技术研究中心，福建福州 350002；3.福建省鑫闽种业有限公司，福建福清 350301）

杉木是我国特有的优良速生用材树种，主要分布在我国南方16个省份，因其具有速生、丰产等特点被广泛种植，在我国南方乃至全国用材林树种中占据重要地位［1］。目前，杉木育苗主要有实生、扦插和组培等多种手段，但实生育苗存在种子萌芽率低、无法稳定保持亲本优良性状、苗木质量参差不齐等问题，组培育苗存在增殖系数低、生产成本高、组培苗造林萌蘖严重等问题，这都极大地限制了杉木优良材料的应用和推广。扦插繁殖是目前杉木良种繁育采用的主要方式，它能较好地克服实生苗和组培苗的缺点，能继承亲本全部的遗传信息，保持亲本优良的性状［2-4］。此外，研究表明，杉木扦插无性系林的造林效果优于实生苗造林，无论是胸径、树高还是单株材积扦插无性系林的生长量均显著高于同期实生苗林［5-6］。早在20世纪70年代，我国就已经有学者开展杉木扦插繁殖技术的研究［7］。截至目前为止，关于杉木扦插的研究报道已有许多，一些学者围绕扦插基质、穗条来源、激素种类和浓度、扦插季节等对杉木扦插穗条生根的影响因素展开了大量研究［4，8-11］。杨家鸿等通过比较不同扦插基质和穗条长度对杉木扦插生根的影响发现，7～9 cm的杉木穗条在河沙：珍珠岩为1∶1的基质上最有利于生根，可以提高杉木扦插苗的质量［4］。何振革等比较了吲哚丁酸（IBA）、奈乙酸（NAA）、ABT1＃等3种生长激素对杉木扦插生根的影响发现，ABT1＃处理的杉木插穗生根效果优于IBA和NAA［8］。苏治南等分析不同生根剂对杉木扦插生根的影响，结果表明，ABT1＃对杉木扦插生根具有显著的促进作用，100 mg/L ABT1＃生根粉的效果最佳［10］。上述研究结果对于明确不同影响因素在杉木穗条生根过程中的地位和作用具有重要意义。但目前关于杉木扦插技术的研究主要集中在扦插条件优化、扦插苗解剖生理、扦插苗生长和造林效果等方面［12-16］，而对于杉木扦插穗条生根过程中内源激素含量的动态变化与生根机制的研究较少，特别是对于生根差异显著的不同处理之间，它们在不同的生根时期穗条内源激素含量是如何变化的以及它们之间是否存在差异，这种变化和差异与穗条生根率之间存在何种关联尚不完全清楚。因此，开展杉木扦插技术研究，分析生根率差异显著处理在其生根过程中内源激素含量差异及变化规律，阐明内源激素对扦插生根的调控机制，对于建立杉木高效的扦插繁殖技术体系具有重要的指导意义。

本试验以杉木优良无性系020穗条为材料，采用正交试验设计，通过ABT1＃浓度、穗条长度、穗条切口类型等3个因素对杉木优良无性系扦插生根影响的研究，筛选适宜杉木优良无性系020生根的处理条件。在此基础上，分析生根率最高和最低的处理杉木穗条在生根的不同时期内源激素含量的差异和变化规律，探讨内源激素含量与杉木穗条生根率之间的相互关系，初步阐明内源激素介导的杉木穗条扦插生根的调控机制，研究结果对进一步丰富杉木扦插生根调控理论，提高杉木扦插成活率具有一定的借鉴意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

扦插试验于2017年4—6月开展，试验地位于福建农林大学科技园实验室2号楼后院沙地苗圃，地处119°19′E，26°07′N，属亚热带季风性气候，全年冬短夏长，雨热同期，温暖湿润，无霜期达326 d，日照时数为1 700～1 980 h，年平均降水量为900～2 100 mm，年均温为20～26℃。

1.2 试验设计

供试杉木穗条来源于福建洋口林场020优良无性系。所用生根粉ABT为ABT1＃，由中国林业科学研究院提供。采用4因素3水平L9（34）正交试验设计，设置穗条长度、ABT1＃生根粉浓度、切口类型等3个因素。按照正交表L9（34）安排试验（表1），共设置9个处理，每1处理重复3次，每次重复30个插穗，共810个插穗。试验时提前在圃地上方搭建塑料薄膜并盖上遮阳网，同时将圃地床面整平，并提前1 d用高锰酸钾1 000倍液对沙地进行浇灌消毒。在试验当天9 h前采集杉木无性系无机械损伤和病虫害的健康、半木质化的穗条进行扦插试验，将采集的穗条按照试验设计剪取相应的长度、切口角度，并浸泡对应的生根粉的浓度，将杉木穗条基部在生根粉溶液中浸泡10 min，然后在圃地中打孔将杉木直插并压紧周围的沙土，株行距为6 cm×10 cm，扦插深度为3 cm左右，生根期间进行正常的喷水管理，同时每隔1周就用多菌灵和波尔多液800倍液轮流进行消毒，防止病虫害发生。扦插试验开始时，首先对新采来的穗条进行取样，取样时将距离顶芽末端3 cm内的全部嫩叶剪下，用液氮速冻，随后放入-80℃冰箱保存，用于后续内源激素含量测定。扦插试验开始后，分别在扦插初期（5 d）、扦插穗条不定根形成时期（20 d）和穗条大量生根时期（30 d）分别取样3次，取样部位和方法与第1次一样，每个重复每次取2株穗条，用剪刀剪取穗条顶芽2 cm的嫩叶，混合后作为1个生物学重复样品，取样后样品用液氮速冻，保存于-80℃冰箱，用于内源激素含量的测定。

表1 正交试验设计因素水平

1.3 内源激素含量测定

内源激素含量测定参照唐尚格等的方法［17］，采用酶联免疫吸附分析法分别测定杉木顶芽末端嫩叶中的吲哚乙酸（IAA）、脱落酸（ABA）和玉米素（ZT）的含量。每次取样随机抽取6株穗条，两两混合作为1个重复，每个处理共设3个生物学重复。

1.4 根长和生根数量测定

处理结束时，将全部处理的扦插苗整株挖起，用清水洗净，吸水纸吸干，随后用直尺直接测量每个扦插条上所有的根长度并目测生根数量，同时统计生根率，生根率即每种组合处理扦插杉木生根的枝条数占该组合处理扦插杉木总枝条数的百分比。

1.5 数据处理

试验数据使用SPSS 19.0进行方差分析和LSD多重比较法分析，用Excel 2010整理数据并绘制图表，试验数据均以3次重复的平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同处理对杉木扦插穗条生根率的影响

由表2可知，不同处理对杉木穗条扦插生根率有明显影响。生根率最高的为T5处理，平均生根率达86.68%，而生根率最低的为T9处理，其平均生根率仅为16.38%。根据极差的大小可以得出影响杉木穗条扦插生根率的3个因素主次关系表现为ABT1＃浓度＞穗条长度＞切口类型。方差分析结果（表3）表明，ABT1＃浓度对杉木穗条扦插生根率有极显著影响（P＜0.01），而穗条长度和切口类型对穗条生根率并无显著影响（P＞0.05），表明ABT1＃浓度对杉木穗条的生根具有决定性的作用。此外，不同因素的不同水平对杉木穗条生根的影响同样存在差异，就穗条长度而言，以k2水平最佳；就ABT1＃浓度而言，同样以k2为最佳；而在切口类型中，平切口的生根率优于其他2种类型切口。因此，杉木穗条扦插生根率优化组合方案：穗条长度为10 cm，ABT1＃浓度为250 mg/L，切口类型为平切口。

表2 L9（34）正交试验分析结果

表3 不同处理对杉木扦插苗生根率方差分析结果

2.2 不同处理对杉木扦插穗条平均生根数和平均根长的影响

由表4可知，不同组合处理对杉木扦插苗平均生根数量的影响具有明显差异。其中，T5处理的穗条平均生根数量最多，平均每个穗条根数达13.5条，而T9处理的生根数量最低，平均每个穗条数量仅有6.5条。不同处理的平均生根数量表现为T5＞T8＞T4＞T1＞T7＞T2＞T3＞T6＞T9。方差分析结果（表5）表明，不同组合处理对穗条平均生根数量存在极显著影响（P＜0.01）。T5组合处理对杉木扦插穗条生根数量具有良好的促进作用。

除了生根数量外，根长也是衡量植物扦插效果的一个关键指标。穗条不定根长度分析结果表明，不同组合处理对杉木扦插穗条平均根长具有不同影响。由表4可知，T4处理下杉木扦插穗条平均根长最长，达1.05 cm，T5处理次之，平均根长为0.97 cm，多重比较结果表明，二者之间不存在显著差异。与平均生根数量结果类似，T9处理下杉木扦插穗条平均根长最短，仅为0.30 cm。不同处理平均根长表现为T4＞T5＞T8＞T7＞T2＞T1＞T6＞T3＞T9。方差分析结果（表5）显示，不同组合处理对杉木穗条平均生根长度具有极显著的影响（P＜0.01）。T4、T5组合处理对杉木扦插穗条生根数量具有良好的促进作用。

表4 不同处理对杉木扦插苗平均根数和平均根长的影响

表5 不同处理杉木扦插苗平均生根数和根长方差分析结果

2.3 不同处理对杉木穗条生根过程中内源激素含量变化的影响

由于植物内源激素含量对扦插穗条的生根具有重要影响，于是比较了生根率最高的T5处理和生根率最低的T9处理下杉木穗条在不同的生根时期（扦插初期、不定根形成时期和大量生根时期）植物内源激素含量的差异和变化规律。由图1可知，不同处理下杉木穗条内源生长素IAA含量在整个生根过程中均表现为先增加后降低的变化趋势。在扦插初期（5 d），内源IAA含量明显增加；而在扦插穗条不定根形成时期（20 d），其IAA含量进一步增加并达到峰值；随后在穗条大量生根期（30 d），IAA含量明显下降。而且在不同生根时期，T9处理IAA含量均明显高于T5处理；在扦插初期、不定根形成时期和大量生根时期，T9处理穗条IAA含量分别是T5处理的1.85、1.71、2.56倍。不同处理下穗条脱落酸含量在整个生根过程中表现为逐渐下降的变化趋势（除T9处理在30 d略有增加），而且在不同生根时期T5处理穗条ABA含量降幅均大于T9处理，在大量生根时期二者差异达到最大，后者ABA的含量是前者的1.47倍。此外，在不同时期T5处理内源ABA含量均低于T9处理。与ABA变化趋势类似的是，不同处理下杉木穗条内源玉米素含量在整个生根过程中均表现为逐渐下降的变化趋势，而且在整个生根过程中，不同时期T5处理下杉木扦插穗条内源ZT含量均低于T9处理，其中在不定根形成时期和大量生根时期这2个时间点二者内源ZT含量差异最为明显。

3 结论与讨论

扦插作为植物无性繁殖的重要手段广泛应用于园林、造林和珍贵树种的种苗繁育中［8，18-19］。植物扦插生根除了受自身的生物学特性影响外，还受到众多因素的影响，例如外源激素种类和浓度、扦插基质、插穗类型等均对穗条的生根具有重要的影响［20］。在这些因素中，生长调节剂是最为关键的因素，生长调节剂对不定根形成具有重要的调控作用，它能显著诱导根原基的产生，进而促进不定根的形成［21］。ABT1＃生根粉是目前应用十分广泛的一种生根调节剂，它主要由不同比例萘乙酸（NAA）和吲哚丁酸（IBA）组成，对许多难生根的木本植物的生根均具有良好的促进效果［19］。本研究也发现，ABT1＃浓度对杉木穗条生根具有极为显著的影响（P＜0.01），但浓度过高则不利于杉木穗条的生根。苏治南等也认为ABT1＃浓度越低，杉木扦插根系生长越好，结果表明，100 mg/L的ABT1＃能较好地促进23年生母树收集的穗条生根，生根率达96%以上［10］。而在本研究条件下所得杉木穗条最高生根率仅为86.68%，明显低于苏治南等的研究结果［10］，这可能与插穗来源、穗条年龄、扦插时间等的不同有关。上述结果表明，外源ABT1＃处理可有效促进杉木穗条的生根，而且不同ABT1＃浓度对杉木扦插生根具有不同的影响，过高的浓度对穗条生根具有显著的抑制效应。此外，综合正交试验结果可以得出，020杉木优良无性系穗条扦插生根的优化组合方案为穗条长度为10 cm，ABT1＃浓度为250 mg/L，切口类型为平切口。

研究表明，穗条的生根能力与植物内源激素含量密切相关，外源生根剂可以通过调控内源激素的含量，进而实现对穗条不定根诱导和生长发育的调控［22-23］。的确，本研究也发现在扦插初期高浓度ABT1＃处理（T9）的杉木扦插穗条内源IAA含量明显高于低浓度ABT1＃处理（T5）的穗条IAA含量，而且在整个扦插过程不同时期T9处理的穗条内源IAA含量均明显高于T5处理的穗条IAA含量，进一步证实了关于外源激素处理对内源激素含量调控的作用。IAA是诱导不定根形成的主要激素之一，IAA能显著诱导根原基的启动，增加根原基数量［24-25］。然而，本研究中发现，在生根率较高的T5处理中IAA含量较低，而生根率较低的T9处理中IAA含量较高，这可能是由于杉木穗条对生长素较为敏感，对生长素表现出低促高抑的现象。此外，不同生长时期穗条内源IAA含量动态变化趋势表明，在不定芽形成时期（20 d）须要促进其体内IAA的积累来诱导根原基的启动和发育，而在侧根大量形成时期（30 d）则须要消耗大量的IAA来促进侧根的伸长。ABA通常表现为抑制植物不定根的形成［26］，在杉木扦插生根过程的不同时期，具有较高生根率的T5处理内源ABA含量明显低于具有较低生根率的T9处理，上述结果进一步表明，外源ABT1＃处理不但可以通过影响IAA含量来调控杉木穗条生根数量，而且可以通过降低ABA的合成或促进ABA降解来降低穗条内源ABA的含量，从而提高杉木穗条的生根率，这与前人研究结果［27］一致。除了ABA能抑制植物不定根诱导和发育外，研究表明，细胞分裂素也是抑制不定根根原基形成的主要抑制剂［28］。本研究中发现在杉木扦插生根过程的不同时期，穗条内源ZT含量逐渐降低，而且在不定根形成时期内源ZT下降趋势更为明显，因此，外源ABT1＃处理通过加速ZT的降解，来减轻ZT对不定根形成的抑制，促进根原基的形成和发育，最终提高扦插穗条生根数量。

综上所述，在杉木穗条不定根形成过程中，ABT1＃生根粉通过增加内源IAA含量与降低内源ABA和ZT含量来实现对杉木穗条生根过程的调控。关于低浓度外源生根粉通过何种途径改变内源激素含量以及内源激素通过何种途径对不定根的诱导和发育进行调控的作用机制有待进一步研究。