机械损伤处理杉木无性系萌蘖及内源激素含量差异

张吉玲，李明阳，李 勇，刘 丽，费裕翀，曹光球,4*

(1.福建农林大学林学院，福建 福州 350002；2.福建农林大学植物保护学院，福建 福州 350002；3.福建省洋口国有林场，福建 顺昌 353200;4.国家林业和草原局杉木工程技术研究中心，福建 福州 350002)

杉木(Cunninghamialanceolata)是我国南方最重要且萌芽能力较强的速生用材树种[1]。随着现代林业的发展，无性系林业成为当今社会林业发展的一个主要方向。近十几年来，随着杉木苗木繁育技术的不断突破，杉木无性繁殖取得了较大的突破，无性系造林面积越来越大[2]。组培和扦插是杉木无性繁育的两个主要途径。由于杉木组培工厂化育苗过程中还普遍存在增殖系数低、生根率低等问题，杉木扦插繁殖仍是杉木无性繁育的最主要途径[3]。因此，提高杉木穗条产量及质量是杉木无性系造林的关键技术环节之一。

机械损伤是植物生长过程中最常见的胁迫之一，动物踩踏、狂风、冰雹以及经营措施均易便植物受到损伤。植物会对这些损伤刺激做出相应的反应，以适应环境的变化[4-5]。机械损伤后，植物会产生一系列次生代谢产物，如酚类、黄酮类、萜类、生物碱等，这些物质集中在伤口及其附近，参与伤口愈合反应[6]。损伤反应通常需要不同的信号物质和调节因子同时作用，不同的植物种类信号转导途径不同[7]。去顶、压弯、埋干是杉木采穗圃常用的技术措施。除此之外，为了获取杉木优树基部萌芽穗条，基部损伤(即在基部人为切出一定面积伤口)也是常用的技术措施。以往，针对杉木采穗圃的研究，主要集中在不同技术措施对杉木采穗圃穗条产量及质量的影响[8]，而针对去顶及基部损伤促进杉木萌蘖的机理尚不清楚。

植物内源激素是存在于植物体内的一种天然有机化合物，它对植物细胞的分裂、分化[9-10]、植物器官建成[11]以及植物的休眠[12]、萌发和形态反应[13]等都有直接或间接的调节控制作用。植物内源激素作为植物体内的一种微信号分子，它对植物的生长发育和对环境的响应起着重要的调节作用，成为植物生理学研究的热点[14-15]。生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯、水杨酸等，参与植物的胁迫信号传导[16]。研究表明，在胁迫或者机械损伤条件下，植物除了形态特征、生理指标发生变化外，其激素水平也会产生明显响应[17]。针对杉木内源激素的研究，程淑婉等[18]初步检出杉木萌芽中存在较多的赤霉素和细胞分裂素；高健等[19]发现杉木伐桩萌芽能力与内源激素的种类及数量关系密切。林业生产实践证明，杉木组培苗萌蘖能力强于实生苗及扦插苗。本研究以经国家良种审定过的不同繁殖方式生产的020组培苗及020扦插苗为研究对象，测定杉木枝叶、基部韧皮部及根尖内源激素含量，从内源激素代谢途径探讨杉木无性系萌蘖机理，以期为杉木优质苗木培育奠定理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的材料为福建省洋口国有林场提供且经国家良种审定过的1年生杉木020扦插苗和020组培苗。试验地点在福建农林大学国家林业和草原局杉木工程技术研究中心田间实验室(119°13′E，26°5′N)。选择生长旺盛、长势一致、无病虫害的苗木为试验材料：020扦插苗平均苗高30.23 cm，平均地径5.01 mm；020组培苗平均苗高18.41 cm，平均地径2.62 mm。

1.2 试验设计

2018年4月13日将1年生无性系种植于花盆中，每盆种植3株，花盆规格为27 cm×21 cm×21.5 cm。培养基质为黄心土，黄心土有机质含量49.00 g/kg，营养及矿质元素含量为全氮1.09 g/kg，水解性氮1.32 mg/kg，速效磷2.30 mg/kg，速效钾151.30 mg/kg。种植后每天18：00定期给苗浇自来水，保持水壤含水率在30%左右。种植14 d后，对苗木分别进行去顶(剪去顶梢)及基部损伤(在基部韧皮部纵切1 cm×0.5 cm左右的伤口)两种处理，每个处理种植30盆，共60盆。

杉木基部损伤处理示意图见图1。每月中旬调查萌芽数并测定植株和萌芽条地径及苗高。萌蘖高峰期，在晴朗的上午进行取样，分别取植株第2轮枝叶、萌芽处韧皮部及根尖等样品装入自封袋并迅速放入液氮中。取样后，将液氮速冻样品放置于-80 ℃的超低温冰箱中保存，以备内源激素含量测定。每个样品取样3个重复。

图1 杉木基部损伤处理示意图Fig.1 Damage treatments of Chinese fir base

1.3 测定方法

1.3.1 萌蘖数调查

2018年4—8月期间，每月中旬调查不同处理的萌蘖数。

1.3.2 内源激素含量测定

采用酶联免疫吸附法分析法(enzyme linked immunosorbent assay，简称ELISA)测定杉木枝叶、萌芽韧皮部和根尖吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)、细胞分裂素(CTK)和脱落酸(ABA)的含量[20]。各激素试剂盒由上海科兴生物有限公司提供。

1.4 数据处理

用Excel 2010和SPSS 22.0软件对测试数据进行相关分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 机械损伤处理杉木无性系萌蘖差异

机械损伤处理对020杉木无性系萌蘖数生长具有不同的影响(表1)。随着幼苗培养时间的延长，机械损伤处理杉木无性系萌蘖数均呈上升的趋势，但不同测试时间段无性系萌蘖能力有所差异。总体而言，组培苗萌蘖能力明显高于扦插苗萌蘖能力，且萌蘖高峰期均在7月。在6、7和8月，020扦插苗基部损伤处理的萌蘖能力比去顶处理分别降低了28.33%、48.57%和29.41%，020组培苗基部损伤处理的萌蘖数比去顶处理分别降低了34.36%、43.26%和12.80%。在6月和8月，机械损伤处理下020扦插苗和020组培苗萌蘖数达到显著水平(P<0.05)；在7月，机械损伤处理下020扦插苗和020组培苗萌蘖达到显著水平(P<0.05)。

表1 机械损伤处理杉木020无性系萌蘖差异Table 1 Differences of sprouting and tillering of 020 clone of Chinese fir by mechanical damage treatment

2.2 机械损伤处理杉木无性系内源激素含量

2.2.1 杉木无性系020扦插苗

通过对杉木020扦插苗无性系内源激素含量的测定，结果表明在去顶条件下杉木器官枝叶、基部韧皮部IAA含量呈下降趋势，枝叶和根尖中CTK含量也呈下降趋势，根尖和基部韧皮部IAA和CTK含量呈上升趋势。杉木器官枝叶和根中GA3含量呈上升趋势，基部韧皮部中GA3含量呈下降趋势；杉木器官枝叶、基部韧皮部和根尖中ABA含量均呈下降趋势。基部损伤处理杉木器官枝叶、基部韧皮部和根尖中IAA含量呈上升趋势，GA3含量呈下降趋势，在杉木器官枝叶和根尖中ABA和CTK含量呈下降趋势，而基部韧皮部ABA和CTK含量呈下降趋势。

就不同器官内源激素含量差异而言，处理不同各器官内源激素含量呈现出不同的变化规律(图2)。

020扦插苗在去顶处理条件下，IAA、GA3、ABA含量均体现为枝叶>根尖>基部韧皮部，而CTK含量体现为基部韧皮部>枝叶>根尖。在基部损伤处理条件下，IAA和CTK含量体现为基部韧皮部>枝叶>根尖，GA3体现为枝叶>根尖>基部韧皮部，CTK体现为基部韧皮部>枝叶>根尖。

T1表示去顶处理；T2表示基部损伤处理；不同小写字母表示机械损伤条件下不同器官内源激素含量达到显著差异(P <0.05)。下同。T1 represents apical removal,T2 represents basal damage,and different lowercase letters indicate significant difference in endogenous hormone content in different organs under mechanical damage (P <0.05).The below same.图2 机械损伤处理 020扦插苗不同器官内源激素含量Fig.2 Endogenous hormone content in different organs of 020 cuttings with mechanical damage treatment

2.2.2 萌蘖高峰期下杉木无性系020组培苗

通过对杉木020组培苗无性系品种有无萌蘖内源激素含量的测定(图3)，去顶处理杉木器官枝叶和根尖中IAA和CTK含量呈下降趋势，ABA呈上升趋势；而基部韧皮部IAA和CTK含量呈上升趋势，ABA含量呈下降趋势。基部韧皮部和根尖中GA3含量呈下降趋势，而枝叶中GA3含量呈上升趋势。在基部损伤条件下杉木器官枝叶、基部韧皮部和根尖中IAA和CTK 含量呈上升趋势，枝叶和根尖中ABA和GA3含量呈下降趋势。而基部韧皮部中ABA和GA3含量呈上升趋势。

就同一处理条件下020组培苗不同器官内源激素含量差异而言，不同器官内源激素分配随不同处理条件呈现较复杂的分配规律(图3)。去顶处理条件下，IAA含量大小顺序为基部韧皮部>根尖>枝叶，GA3含量大小顺序为枝叶>根尖>基部韧皮部；ABA含量大小顺序为根尖>枝叶>基部韧皮部，CTK含量大小顺序为基部韧皮部>枝叶>根尖。在基部损伤条件下，IAA含量大小顺序为基部韧皮部>枝叶>根尖；GA3和ABA含量大小顺序为根尖>枝叶>基部韧皮部；CTK含量大小顺序为根尖>基部韧皮部>枝叶。

图3 机械损伤处理020组培苗不同器官内源激素含量Fig.3 Endogenous hormones content in different organs of 020 clone with mechanical damage treatment

2.3 杉木无性系内源激素与萌蘖相关性

机械损伤处理杉木无性系内源激素含量与萌蘖能力相关性见表2。从表2可以看出：萌蘖数与不同处理呈显著正相关(P<0.01)；IAA含量与不同处理、器官部位和萌蘖数呈显著负相关(P<0.01)；GA3含量与萌蘖数呈显著正相关(P<0.05)；GA3含量与IAA含量呈显著负相关(P<0.01)；ABA含量与无性系繁殖方式显著正相关(P<0.05)；ABA含量与萌蘖数呈显著负相关(P<0.01)。

表2 机械损伤处理杉木无性系内源激素含量与萌蘖能力相关性Table 2 Correlation of endogenous hormone contents with sprouting ability of Chinese fir clones under mechanical damage

3 讨 论

在长期进化过程中，植物可通过改变细胞代谢和诱导各种防御机制来启动植株对机械损伤的反应[21]。在机械损伤逆境下植物能否正常生长，关键在于植物对机械损伤的感知、信号的发出和转导以及诱发各种生理和化学反应的能力[22]。ABA作为一种具有应激倾向的内源激素，通过自身代谢积累改变膜系统，迅速调节植物对胁迫的各种应激反应，从而使植物更好地适应胁迫环境[23-24]。本研究结果表明，去顶处理杉木020无性系不同器官ABA含量普遍高于基部损伤处理，说明杉木去顶损伤后的应激反应能力强于基部损伤处理。

植物激素是植物自身合成的一类痕量的化合物，在某种器官里的一个组织机构中发生，传输到其他的部位并且发挥一定的作用，控制着某一生理变化的过程[25]。尽管各种植物激素含量较低，但它对植物生长及发育却起着十分重要的调控作用。植物激素运转输送的速度及方向也会因激素种类的不同而存在一些差异。玉米素核苷(ZR)、IAA、ABA对萌蘖发生具有抑制作用，GA3具有促进作用。沙棘(HippophaerhamnoidesL.)萌蘖数量、分株生长、克隆扩散能力与 IAA、ZR、GA3含量显著或极显著正相关，与 ABA 含量极显著负相关[26-27]。本研究结果也表明，杉木萌蘖数与IAA和ABA显著负相关，与GA3显著正相关，这与前人的研究结果类似[18-19]。

机械损伤条件下，去顶处理020无性系苗萌蘖能力强于基部损伤处理，且不同处理会影响植物的内源激素的合成。在机械损伤条件下，杉木幼苗枝叶中IAA含量增加，GA3含量下降；去顶处理有利于枝叶及根尖ABA的积累；基部损伤处理有利于韧皮部及根尖CTK的积累。机械损伤条件下杉木无性系萌蘖的生理应答机制与杉木幼苗不同器官植物内源激素的含量差异有关[28-29]。组培苗萌蘖数明显高于扦插苗萌蘖数。因此，在林业生产实践过程中，为降低幼抚育成本，在杉木无性造林时建议使用扦插苗进行造林。由于扦插苗萌蘖能力相对较强，在幼林抚育时，应适时进行除萌处理，从而保障杉木无性林分的速生丰产。本研究结果只能在一定程度上反映机械损伤处理杉木无性系内源激素IAA、GA3、ABA、CTK的含量变化，至于在杉木萌芽过程中内源激素之间如何维持平衡，以及如何通过协同作用调控杉木萌蘖等的机制尚不清楚，这需要今后更深入的研究。