外施植物生长调节剂对山荆子扦插生根的影响

喻振宇，范俊俊*，马敬泽，邓 梦，李奇阳，陆 影，蔡军火，宰学明

(1. 金陵科技学院 园艺园林学院，江苏 南京 210038； 2. 江西农业大学 园林与艺术学院，江西 南昌 330045 )

海棠(Malusspp.)是蔷薇科(Rosaceae)苹果属(Malus)中果实直径较小(≤5cm)的一类植物的总称，是优良的观花、观叶和观果树种。我国是世界苹果属的基因中心，种质资源丰富，欧美原产海棠种质较少，但经200多年的育种，培育了数百种优秀观赏品种[1-2]。目前园林上广泛应用的种质主要局限于西府海棠(M.micromalus)、垂丝海棠(M.halliana)、湖北海棠(M.hupehensis)等少数传统海棠原种及欧美的优秀观赏品种，国内新育成的新优品种还并未进行推广与种植，而且所引的欧美海棠品种因原砧木‘道格’海棠(M. ‘Dolgo’)的生态适应性等问题，导致其观赏效果表现远不如种源地[3-5]。因此，挖掘具优良适应性的乡土海棠种质作为砧木，对新优海棠品种的推广以及对欧美海棠原砧木进行改劣换优，具有重要的意义。

山荆子(M.baccata)是我国东北地区苹果常用的砧用树种，具有极强的耐寒能力[6]。同时，山荆子也具有观赏及药用价值，具有极大的经济效益。研究山荆子无性繁殖技术对观赏海棠品种的推广具有现实意义，尤其对推进观赏海棠品种在我国北方地区的应用具有极佳的市场前景。但目前国内外对于山荆子的研究主要围绕其经济价值(医用价值、食用价值等)与种质遗传展开[7-10]，而对山荆子的无性繁殖研究报道较少[11]。史莉等利用ABT1号和“根太阳”生根剂对山荆子插穗进行处理，但生根成活率不到52%，且未研究其生根促进的内在机理[11]。有研究报道萘乙酸(Naphthylacetic acid，NAA)可加快淀粉水解为还原性糖，为扦插生根供能[12]，从而促进根的形成[13]。3-吲哚丁酸(Indot-3-ylbutyric acid，IBA)处理可促进皮层生根，显著提高扦插生根效率，节省生根时间[14-15]。双吉尔(Shuang jier，GGR)是一种继ABT生根粉之后新研制的无公害非激素型植物生理活性物质，可提高植物体内相关代谢酶的活性，缩短不定根出现到大量形成的时间，从而促进插穗生根[16-17]。目前这些植物生长调节剂已广泛用于苹果属[18-20]、银杏(Ginkgo)[21]、金缕梅科(Hamamelidaceae)[22]、木兰科(Magnoliaceae)[23]等植物扦插繁殖技术中，表现出良好的促进生根效果。

因此，本研究采用了NAA、IBA、GGR三种植物生长调节剂处理，比较不同植物生长调节剂处理山荆子扦插生根效果的差异，分析扦插生根进程中可溶性碳水化合物、蛋白质及抗氧化酶的含量动态变化规律。本研究拟达到以下目的：(1)寻找用于山荆子扦插生根的适宜植物生长调节剂配方；(2)探讨植物生长调节剂促进山荆子生根的生理机制。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

山荆子海棠插穗取材于江苏省扬州市江都区仙女镇苗圃基地(东经119°27′～119°54′，北纬32°18′～32°48′)。在1 a生山荆子实生苗中，选取生长健壮、无病虫害的苗干(硬枝)作为扦插材料。采集下来后立即放入盛有河水的桶中，水高度约为5 cm，带回学校后进行枝条修剪。选用枝条中部制穗，长度为10～12 cm。切口上平下斜，保证平滑，上切口在芽上方1～1.5 cm处。每根插穗具有2～4个芽，且保证最上端的芽饱满、健壮。

试验所用扦插池位于金陵科技学院园艺站内，阳光充足，南北向，上方配置全光自动间歇式喷雾装置。插床基质为珍珠岩：泥炭土=1∶1的均匀混合物，厚度约为10 cm。在扦插前1 d深翻基质，喷洒稀释500倍的多菌灵溶液于基质上进行消毒。

1.2 试验设计

共设2个试验，试验1用于扦插生根效果调查。采用NAA(国药集团化学试剂有限公司，上海)、IBA(国药集团化学试剂有限公司，上海)、GGR(20.0%氨基酸，2.0%微量元素；复合型植物生长调节剂；艾比蒂生物科技有限公司，北京)三种植物生长调节剂、四种浓度(150、300、500和800 mg·L-1)的12个处理及清水对照处理(CK)，于试验终止后进行扦插生根率和生根数统计，每个处理3个重复，每个重复样本数为30株。试验2采用300 mg·L-1NAA与CK两种处理，用于扦插过程中生理指标动态测定，每个处理3个重复，每个重复样本数为150株。

插穗制作完成后，将插穗下端(约插穗长度的1/3)浸泡在相应的植物生长调节剂溶液(或清水)下2 h开始扦插。扦插深度约为插穗长度的1/2，扦插的行距为5 cm，株距为5 cm。扦插后立即用水浇透基质。

采用全光自动间歇式喷雾装置，喷雾时间长度及间隔根据当日气温、光照强度及风力大小而定。扦插初期插穗需水较多，喷雾采取少量多次的原则。扦插后每隔20 d喷施稀释500倍的多菌灵溶液进行消毒，防止病虫害对插穗造成伤害。

1.3 指标测定

生根性状调查：于扦插后80 d对供试的13个处理的插穗进行生根调查，统计生根率和生根数。

生理指标的测定，在扦插后的第0、10、20、30、40、50、60、70、80 d，对300 mg·L-1NAA与CK两种处理插穗中的可溶性蛋白、淀粉、可溶性糖含量及超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(Peroxidase, POD)和多酚氧化酶(Polyphenoloxiolase, PPO)的活性进行测定。每处理每次随机选取3组(每组10株)，清水洗净后立即保存于冰盒中。1 h内带回实验室，迅速将插穗基部2 cm处的韧皮部剥下剪碎后放入-70℃的超低温冰箱中保存。

营养物质测定：分别称取插穗基部韧皮部组织0.2 g，用于可溶性蛋白、淀粉和可溶性糖含量测定。用李合生[24]的方法进行提取，用考马斯蓝法[25]测定可溶性蛋白，用蒽酮比色法[26]测定可溶性糖和淀粉。

SOD、POD和PPO活性测定方法：分别称取插穗基部韧皮部组织0.2 g，用于SOD、POD和PPO的活性测定，每指标测定均为3个重复。SOD、POD和PPO测定方法分别按照李合生[24]、张志良等[27]和郝再彬等[28]方法进行。

1.4 数据分析

采用SPSS 19.0进行数据分析，采用Microsoft Excel 2019程序作图。

2 结果与分析

2.1 植物生长调节剂对山荆子海棠插穗生根性状的影响

植物生长调节剂种类和浓度对山荆子海棠插穗生根性状均有显著影响(P<0.05)(表1)。从表1可以看出，GGR的适宜质量浓度是300 mg·L-1，其生根率、生根数分别是CK的2.3倍、3.5倍；IBA的适宜质量浓度是500 mg·L-1，其生根率、生根数分别是CK的2.6倍、3.2倍；NAA的适宜质量浓度是300 mg·L-1，其生根率、生根数分别是CK的3.6倍、6.2倍。即300 mg·L-1NAA处理下，山荆子插穗生根效果最优。

表1 不同植物生长调节剂处理对山荆子海棠插穗生根性状的影响Table 1 Effects of different exogenous hormones on rooting of M. baccata cuttings

2.2 山荆子海棠扦插生根过程中插穗内营养物质含量的变化

在山荆子海棠扦插生根过程中，300 mg·L-1NAA处理与CK插穗韧皮部的营养物质各指标含量变化趋势相似，可溶性蛋白质、淀粉及可溶性糖含量分别呈“上升—下降—下降”、“下降—下降—上升”、“上升—下降—上升”变化趋势(图1)。

图1 山荆子插穗生根过程中营养物质含量的变化Fig. 1 Changes in nutrient content of M. baccata cuttings during rooting process注：*和**分别表示淹水处理与对照在P<0.05和P<0.01水平下的差异显著性，下同。

从图1可以看出，处理极显著地提高了可溶性蛋白的合成速度(P<0.01)，其峰值出现时间比CK提前了20 d。当处理样本中的可溶性蛋白达到峰值的时候(扦插后第30 d)，其可溶性蛋白含量比CK的同期值提高了35.2%，与CK存在显著差异(P<0.05)。此外还可以看出，300 mg·L-1NAA处理加快了淀粉和可溶性糖的消耗速度，其谷值出现的时间皆比CK提前了20 d。处理样本中的淀粉和可溶性糖达到谷值时(扦插后第30 d)，其含量分别比CK同期值降低6.3%和降低了5.4%。

2.3 扦插生根过程中插穗内抗氧化酶活性的变化

从图2可以看出，在观赏扦插生根过程中，处理与CK插穗韧皮部的各相关氧化酶活性变化趋势相似，SOD、POD及PPO活性分别呈“上升—上升—下降”、“上升—下降—上升—下降”及“上升—上升—下降”的变化趋势。300 mg·L-1NAA处理极显著提高了山荆子海棠扦插生根过程中相关氧化酶的活性(P<0.05)，其峰值出现时间均比CK提前了20 d。当处理样本中的SOD活性达到峰值时(扦插后第30 d)，比CK的同期值提高了52.4%；处理样本中的PPO活性达到峰值时(扦插后第50 d)，比CK的同期值提高了61.2%。从图2还可以看出，处理样本中的POD活性具有两个峰值，达到第一个峰值时(扦插后第20 d)，其POD活性比CK的同期值提高了56.5%(P<0.05)，达到第二个峰值时(扦插后第60 d)，其POD活性比CK的同期值提高了16.4%。

图2 山荆子插穗生根过程中抗氧化酶活性变化Fig. 2 Changes of antioxidases activity in the M. baccata cuttings rooting process

3 讨 论

成活率和生根质量是衡量扦插育苗成功的关键指标[21]。本研究使用不同种类及浓度的植物生长调节剂对山荆子插穗进行处理，发现在适宜浓度下，植物生长调节剂显著提高了插穗生根率和生根数目，筛选出最佳配方，即使用300 mg·L-1NAA浸泡插穗2 h，生根率可提高3.6倍，生根数量可增加6.2倍，这与NAA促进苹果属的红缨海棠(M.‘Hongying’)[18]、M.‘Jork 9’[29]、刺槐(Robiniapseudoacacia)[30]、细柄阿丁枫(Altingiagracilipes)[22]、猪笼草(Nepenthes)[31]等植物不定根发生的效果一致。但研究报道，白桦(BetulaplatyphyllaSuks)[32]、银杏(Ginkgobiloba)[21]、天竺葵(Pelargoniumhortorum)[33]等在适宜浓度的IBA处理下生根效果最佳。这可能是由于山荆子与等苹果属树种扦插生根类型以愈伤组织生根为主[18-20]，而IBA处理会抑制愈伤组织生根[34]。适宜浓度的GGR处理可促进红花玉兰(Magnoliawufengensis)[23]、垂花悬铃花(Malvaviscusarboreus)[35]等物种的插穗生根，但效果不是最佳，这与本研究结果一致。

通过分析营养物质指标，我们发现，在300 mg·L-1NAA处理后，海棠插穗中的可溶性蛋白迅速积累，显著快于且含量峰值显著高于CK对照组(同期值提高了35.2%，峰值提前了20 d)，可溶性糖含量谷值含量明显低于同期CK对照组(降低了5.4%，谷值比CK提前了20 d)，淀粉含量迅速下降，谷值比CK对照组提前了20 d，含量比同期CK对照组降低了6.3%。有研究表明，植物生根的过程需要大量的营养物质做支撑。可溶性蛋白作为蛋白质的一部分，它与植物的形态发生有关，为细胞的生长提供了物质基础[19]，研究表明，在扦插生根过程中，可溶性蛋白作为营养物质被吸收利用，高含量的可溶性蛋白有助于根原基产生、愈伤组织和扦插不定根的形成[36-37]。可溶性糖是植物生长的主要营养物质[23]，为大量不定根的形成提供养分，是生根过程中的直接能量来源。插穗内的可溶性总糖积累于插穗基部，用于诱导根原基和不定根形成[37-38]。敖红等[39]认为可溶性糖含量和生根有一定的相关性，可溶性糖含量高有利于生根。淀粉是植物体内最重要的营养贮藏物质之一，淀粉转化为可溶性糖来为生根生长提供物质与能量[22]。因此我们推测，300 mg·L-1NAA处理通过加快了山荆子海棠插穗内营养物质(可溶性蛋白、可溶性糖和淀粉)的合成与代谢过程，从而促进了生根。

抗氧化酶的活性变化表明，在300 mg·L-1NAA处理以后，山荆子海棠插穗内的SOD酶活性在前期迅速提高，达到了峰值(峰值比CK对照组提高了52.4%，提前了20 d)；POD酶活性两次峰值比CK对照组分别提前了20d(分别提高了56.5%，16.4%)；PPO酶活性迅速提高，与CK对照组比，峰值提前了20d，活性提高了61.2%。插穗内SOD活性可反映其抗逆性，高活性的SOD有利于提高插穗抗性，延缓插穗衰老，促进不定根的形成。在插穗不定根发生前,高活性的SOD对插穗生根有促进作用，且能加快插穗不定根发生的时间[22]，POD活性与扦插生根的关系密切，可以促进不定根的形成，较高水平的POD活性可能会促进插穗生根[37,40-41]。PPO是插穗生根有关的重要酶之一，可以催化插穗内酚类物质氧化与IAA合成“IAA-酚酸复合物”，减轻酚类物质对生根诱导的抑制作用，从而促进不定根的形成和生长[42-43]。因此我们推测，300 mg·L-1NAA处理通过提高了山荆子海棠插穗内抗氧化酶(SOD、POD、PPO)的活性，从而促进了生根。

综上所述，在本研究中，300 mg·L-1NAA处理后生根效果最佳，生根率和生根数目分别为CK对照组的3.6倍、6.2倍。外源NAA处理通过加快山荆子海棠插穗内营养物质(可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉)的合成与代谢过程，提高抗氧化酶(SOD、POD、PPO)的活性，从而显著促进了生根效果。