南方红豆杉雌株叶片碳氮营养对喷施生长调节剂的响应

2020-11-03

中南林业科技大学学报 2020年10期

（中国林业科学研究院亚热带林业实验中心，江西分宜 336600）

南方红豆杉Taxus chinensisvar.mairei，为红豆杉科红豆杉属国家一级保护植物，其材质坚硬，刀斧难入，是上等的珍贵用材，且具有重要的药用和观赏价值，市场和产业化前景广阔[1]。南方红豆杉树形优美、肉质假种皮成熟时色泽鲜红，具有节日吉祥、健康长寿的象征意义[2]。然而南方红豆杉结实期较晚，种子产量低，制约了其大规模地推广应用。目前关于南方红豆杉人工林的研究，主要围绕遗传改良、优化栽培等方面进行[3-5]，而基于南方红豆杉花果等生殖生长的研究较少[2,6]。促进其开花结果、提高产量不仅是开展杂交育种等遗传改良工作的基础，也是培育高价值景观盆景的关键。因此，开展生殖生长调控技术研究，人工促进南方红豆杉开花结实，对于其种质保育、遗传改良和优良种质推广应用具有重要意义。

植物生长调节剂能够促进树体开花结果和提高产量，且具有简单、高效的优点，在农林生产实践中广为应用[7-8]。外施植物生长调节剂通过改变内源激素的平衡，控制着可溶性糖、蛋白等物质的代谢，从而对植物的生殖生长进行调控[9-10]。比如：合适的外源激素可以改变植物体内 ABA、ZR、GA3、IAA 含量和比值，从而有效促进妃子笑荔枝Litchi chinensis的花芽分化和孕育，或显著抑制油桐Vernicia fordii的花芽分化，推迟花期[8,11]。合适浓度的多效唑(PP333)处理后，叶片中可溶性总糖和淀粉含量得到显著积累，碳氮比显著增加，从而有效促进了红肉蜜柚Honey pomelo和东魁杨梅Myrica rubra的成花[12-13]。

前期研究表明，叶面喷施1 500 mg·L-1多效唑、450 mg·L-1矮壮素（CCC）和2 000 mg·L-1复硝酚钠（CSN）改变了内源激素的含量和比值，增加了ZR 含量和ABA/IAA、ABA/GA3、ZR/IAA、ZR/GA3比值，降低了IAA 和GA3含量，进而提高了南方红豆杉的大孢子叶球数量[14]。本研究拟探讨不同生长调节剂对南方红豆杉叶片碳氮营养的动态影响，旨在明晰生长调节剂对生殖生长的调控机制，以期研发适宜的促花促果技术，为南方红豆杉遗传改良和定向培育奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况及试验材料

试验地位于江西省新余市分宜县操场乡衡陂村速丰林场，属典型的亚热带季风型湿润气候，年均气温18.5 ℃，年均降水量1 643.6 mm，全年无霜期310 d[14]。土壤为黄红壤，含水解氮78.67 mg·kg-1，有效磷8.61 mg·kg-1，速效钾63.55 mg·kg-1，有机质23.53 g·kg-1，pH 值为5.4。

供试材料为13年生南方红豆杉雌株，株高约为3.5 m，地径约为9.3 cm。该批南方红豆杉种源为江西全南县，2007年12月于苗圃内种植2年生实生苗，2013年4月移栽于试验盆内（径85 cm），每年进行常规管理。2017年12月，参照供试材料当年结果状况，选择生长良好、挂果均匀的南方红豆杉植株进行挂牌标记。

1.2 试验处理

2018年7月24日、8月9日、8月23日，选用多效唑（PP333）、矮壮素（CCC）和复硝酚钠（1.8%，CSN）3 种植物生长调节剂，各设置3 个浓度梯度，连续3 次[15-16]对挂牌南方红豆杉幼树进行叶面喷施处理。其中，PP333的浓度梯度为500（P1）、1 000（P2）和1 500 mg·L-1（P3）；CCC 为150（C1）、300（C2）和450 mg·L-1（C3）；CSN 为2 000（S1）、4 000（S2）和6 000 mg·L-1（S3），以清水作为对照（CK），共10 个处理。试验采用随机区组试验设计，每个处理设3 个重复，每个重复6 株。喷施量以树冠滴水为止，且处理后3 d 内未遇阴雨天气。各处理具体喷施方法和注意事项参见前文[14]。

1.3 测定项目与方法

2018年8月8日、8月22日、9月5日和9月28日分别采集各处理叶片样品。随机选取各处理3 株南方红豆杉作为固定采样植株，用高枝剪剪取树冠阳面、中层、外围的标准枝，摘取一年生枝上饱满、无病虫害的叶片均匀混合、锡纸包装、液氮速冻、干冰保温带回实验室，-70℃冰箱内储藏。叶片可溶性糖和淀粉含量采用蒽酮比色法测定，叶片可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250 染色法测定，具体测量和计算方法参照《植物生理学实验指导》[17]。

1.4 数据分析

采用SPSS 21.0 软件进行方差分析，Duncan’s进行多重比较，采用Microsoft Excel 2016 软件制图。

2 结果与分析

2.1 生长调节剂对南方红豆杉淀粉含量的影响

南方红豆杉叶片淀粉含量随着时间的推移总体上呈现先降后升的趋势，3 种生长调节剂及其各浓度处理不同程度地提高了淀粉含量（图1）。淀粉含量在同一时间10 个处理间和同一处理4 个采样日期的差异均达极显著水平（P＜0.01，图1）。PP333的3 个浓度处理中，淀粉含量在8月上旬以P3 处理最高，在8月下旬、9月上旬和下旬则以P2 最高，其次是P3 处理；CCC 的3 个浓度处理中，淀粉含量以C1 处理为最高，其次是C3 处理；CSN 的3 个浓度处理中，S1 的效果最优。与对照相比，P3 处理的淀粉含量在8月上旬、9月上旬和下旬分别比对照显著增加46.86%、48.71%和25.18%；C1 处理的淀粉含量在8月上旬、9月上旬和下旬显著增加38.01%、46.09%和22.24%，C3 处理则在8月上旬和9月上旬显著增加13.65%和26.26%；S1 处理的淀粉含量在4 个采样日期显著增加28.75%～59.57%（图1）。

2.2 生长调节剂对南方红豆杉可溶性糖含量的影响

生长调节剂处理减缓了叶片中可溶性糖含量随时间的变化幅度，总体上表现为先升后降（图2）。同一时间10 个处理间可溶性糖含量均达极显著差异（P＜0.01，图2）。同一处理在4 个采样日期的可溶性糖含量均达极显著或显著差异，其中S3处理差异显著（P＜0.05），其余处理差异极显著（P＜0.01，图2）。与对照相比，P3、C3 和S1处理的南方红豆杉叶片中可溶性糖含量在8月下旬达到最高峰，分别比对照显著增加56.42%、14.01%和23.75%（图2）。

2.3 生长调节剂对对南方红豆杉蛋白含量的影响

不同处理可溶性蛋白含量随着时间的推移变化幅度较小，总体上变化趋势较平稳（图3）。10个处理间蛋白含量在8月上、下旬和9月下旬均差异极显著（P＜0.01）。对照处理的蛋白含量在4 个采样日期差异不显著（P＞0.05），C1 和C3处理的蛋白含量均差异显著（P＜0.05），P1、P3 和S2 处理的蛋白含量均差异极显著（P＜0.01，图3）。与对照相比，P3 处理的蛋白含量先升后降，在8月下旬达到最高峰，比对照显著增加12.29%（图3A）。C3 处理的变化趋势类似对照（图3B）。S1 处理则表现为先降后升，在9月下旬时比对照显著增加8.07%（图3C）。

图1 南方红豆杉叶片淀粉含量对不同生长调节剂的响应Fig.1 Effects of different plant growth regulators on starch content in Taxus chinensis leaves

图2 南方红豆杉叶片可溶性糖含量对不同生长调节剂的响应Fig.2 Effects of different plant growth regulators on soluble sugar content in Taxus chinensis leaves

2.4 生长调节剂对南方红豆杉C/N 比的影响

不同处理叶片中C/N 比随着时间的推进先降后升，各生长调节剂处理不同程度地提升了叶片中C/N 比值，变化趋势类似淀粉含量的变化（图4）。C/N 比在同一时间10 个处理间差异均达极显著水平（P＜0.01）；对照处理C/N 比在4 个采样日期达显著水平（P＜0.05），其余各生长调节剂处理的C/N 比在4 个采样日期均达极显著差异（P＜0.01，图4）。PP333处理中，C/N 比在8月上旬以P3 处理最好，在8月下旬、9月上旬和下旬以P2 处理最好；CCC 处理中，C/N 比总体以C1 处理最高，其次是C3 处理；CSN 处理中，S1处理C/N 比最好（图4）。与对照相比，P2 处理的C/N 比在4 个采样日期均显著高于对照处理，分别增加24.78%、47.02%、99.09% 和62.12%；而P3 处理的C/N 比在8月上旬、9月上旬和下旬，依次显著增加了57.03%、48.42%和30.19%（图4A）。C1 处理在8月上旬和9月上旬比对照显著增加82.01%和42.65%，而C3 处理则在9月上旬显著增加19.37%（图4B）。S1 处理的C/N 比在4 个采样日期均显著高于对照处理，分别增加了36.22%～60.03%（图4C）。

图3 南方红豆杉叶片可溶性蛋白含量对不同生长调节剂的响应Fig.3 Effects of different plant growth regulators on soluble protein content in Taxus chinensis leaves

3 讨论

图4 南方红豆杉叶片C/N 比对不同生长调节剂的响应Fig.4 Effects of different plant growth regulators on C/N ratio in Taxus chinensis leaves

本研究结果表明，生长调节剂处理不同程度地提高了叶片中淀粉含量和碳氮比值，使之随着时间的推移呈现先降后升的趋势；减缓了叶片中可溶性糖随时间的变化幅度，总体上表现为先升后降；对可溶性蛋白的影响较小，变化趋势较平稳。这与薄壳山核桃Carya illinoinensis和板栗Castanea mollissima等的研究结果基本一致，适合浓度的植物生长调节剂可以改变树体叶片中的碳氮营养[18-19]，且主要影响叶片中可溶性糖和淀粉含量以及碳氮比值，对可溶性蛋白含量的影响较小。前期研究结果表明[14]，叶面分别喷施1 500 mg·L-1多效唑、450 mg·L-1矮壮素和2 000 mg·L-1复硝酚钠均能有效增加南方红豆杉一年生枝上大孢子叶球的数量，在标准枝上生殖枝比例中也有类似规律。在本研究中，上述处理改变了植物体内碳氮的含量和比值，特别是增加了8月下旬叶片中可溶性糖含量以及8—9月整个时期的淀粉含量和碳氮比值，是促进其生殖生长的内在机制。这与对东魁杨梅、红肉蜜柚和大丽花Dahlia pinnata等树种的研究结果类似，经合适的多效唑处理后，红肉蜜柚和东魁杨梅叶片中可溶性总糖和淀粉含量得到显著积累，碳氮比得到显著增加，从而有效促进植株的成花[12-13]；而叶面喷施矮壮素有效增加大丽花Dahlia pinnata叶片可溶性糖含量，延长花期，提高产量[20]。此外，在本研究中，1 000和1 500 mg·L-1多效唑，150 和450 mg·L-1矮壮素均可以有效改变叶片中碳氮营养，且1 000 mg·L-1多效唑和150 mg·L-1矮壮素整体效果分别优于1 500 mg·L-1多效唑和450 mg·L-1矮壮素，但对生殖生长的促进效果低于后二者[14]，在红肉蜜柚的研究中有类似结果，1 500 mg·L-1多效唑处理红肉蜜柚叶片，碳氮比值最高，而成花质量和坐果率远低于1 125 mg·L-1处理[12]，即最佳改善碳氮营养的处理并不能最好地促进植物的生殖生长。

结合前文[14]和本研究，叶面喷施1 500 mg·L-1多效唑、450 mg·L-1矮壮素和2 000 mg·L-1复硝酚钠增加了南方红豆杉叶片中ZR 含量和ABA/IAA、ABA/GA3、ZR/IAA、ZR/GA3比值，降低了IAA 和GA3含量[14]，同时改变了植物体内碳氮的含量和比值。这与李欢等[12]的研究结果类似，花芽分化期喷施1 125 mg·L-1PP333提高了叶片中内源ABA 和ZR 含量，降低了GA3和IAA 含量，同时促进了叶片中可溶性总糖和淀粉的积累，增加了碳氮比，从而显著提高了成花质量和座果率。合适的植物生长调节剂对妃子笑荔枝、簕杜鹃Bougainvillea spectabilis等的研究也有类似结果[11,21]，这可能是外施植物生长调节通过改变植株体内物质能量的变化，从而调控植物进行生殖生长的原因，但相互之间的内在联系有待进一步研究。此外，考虑到水肥耦合、整形修枝等栽培技术对生殖生长的影响[9]以及南方红豆杉大孢子生长发育的特性[22],目前相关的调控研究尚在进行中。