短枝木麻黄不同种源及家系的水培生根能力差异分析*

魏 龙 周 毅 张 勇 魏永成 孟景祥

（1.广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院，广东 广州 510520；2.中国林业科学研究院 热带林业研究所，广东 广州510520 ）

全球气候变化是当前被关注的热点，碳达峰碳中和是我国现阶段经济发展和生态建设协调发展国家战略。木麻黄是适合我国华南地区沿海防护林和碳汇林工程的主要树种之一[1]。木麻黄科植物含有4 个属96 个种，天然分布于东南亚、澳大利亚北部和太平洋群岛地区。木麻黄植物具有速生、抗风、抗沙埋、耐干旱、耐瘠薄和耐盐碱等优良生物特性，还具有与微生物（内外生菌根菌和Frankia固氮菌）共生固氮等特点，已广泛引种栽培于世界各地的热带、亚热带地区[2-5]。在国外和我国华南和东南沿海地区，以短枝木麻黄Casuarina equisetifolia和粗枝木麻黄C. glauca为主的木麻黄属植物被广泛应用于困难立地生态修复和农林复合系统的固氮改土，如海岸带和海岛防护林构建、水土流失区的防风和固土、重金属污染土壤治理等用途[6-11]。目前，我国浙江、福建、广东、海南和广西沿海地区的木麻黄沿海防护林面积已达2.64 万hm2，是我国重要的林业生态工程之一[12]。木麻黄天然分布区域环境的巨大差异是其遗传多样性形成的主要原因，也是其生理生态适应性和生态功能发挥的基础[13-15]。木麻黄水培生根技术被发明以后，幼枝水培扦插生根技术大大降低了木麻黄无性繁殖的成本，具有速生、抗性和干形好的优良无性系可快速大规模生产和推广，使得我国木麻黄人工林的生产力和抗性得到迅速提高[16]。但研究表明，木麻黄的水培生根能力在不同种、种源、家系和无性系间的遗传变异很大[17-18]，如短枝木麻黄、粗枝木麻黄和细枝木麻黄C. cunninghamiana的生根率分别为50%～99.8%、10%～60%和0～40%[19]。水培生根能力的差异限制了一些种和优良无性系的规模化应用，因此水培生根能力是短枝木麻黄优良无性系选育的关键指标。本研究以短枝木麻黄的不同地理种源为研究对象，开展区域间、国家间、种源间和家系间嫩枝水培生根能力差异的分析，以期为后续的种质资源引进、培育以及海岸带生态修复和碳汇造林等生产应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试的短枝木麻黄21 个种源种子由澳大利亚林木种子中心（Australian Tree Seed Centre）提供，来自大洋洲、亚洲和非洲的10 个国家，可划分为大洋洲天然种源、亚洲天然种源、非洲次生种源和亚洲次生种源4 个来源区域（表1），每个种源包含3～4 个家系，共70 个家系。温室育苗于2020年7 月开始，芽苗长到10 cm 左右移栽到宽8 cm高15 cm 的营养杯中培育。每个家系移栽10 株，共移栽700 株。2021 年7 月苗高达到1 m 左右，采集苗木侧枝上半木质化嫩枝用于水培生根试验。

1.2 试验设计和处理

每株苗木采集10 根嫩枝，每家系共采集100根。每根嫩枝长约15 cm，剥除嫩枝主干中下部的小侧枝，仅留顶部3～4 根小侧枝用于水培生根过程中的光合作用。处理好的嫩枝用40 mg·kg-1的吲哚丁酸溶液浸泡基部2～3 cm 12 h 后，流水冲洗干净后再浸入清水5 cm 左右，置于50%太阳光照的温室内水培生根，每天更换清水1 次。

每家系的100 根嫩枝分成4 次重复，25 根/重复。水培生根40 天后，观察到水培的嫩枝已全部生根或已干枯时，测定嫩枝生根的以下数据：

（1）生根率（%），已生根嫩枝数量/参试嫩枝总数×100 ＝生根率。

（2）各种源家系中每根嫩枝长出的根数量。

（3）每根嫩枝上最长的5 条根的长度，取平均值作为该嫩枝的根长，如果不足5 条根则取所有根长度的平均值。

1.3 数据统计分析

采用SAS 8.1 统计软件[20]对不同区域间、国家间、种源间和家系间4 个层次的短枝木麻黄嫩枝水培生根数据进行方差分析，生根率百分数在方差分析前进行反正弦变换，采用Duncan 多重比较法对不同区域间、国家间、种源间和家系间短枝木麻黄嫩枝的生根率、生根数和根长均值进行比较。

2 结果与分析

2.1 地理种源间生根率差异

表2 表明，生根率在不同种源间和家系间都有极显著差异（P＜0.01），在区域间间和国家间达到了显著差异（分别为P=0.044 和P=0.088）。在不同区域比较中，亚洲天然种源和非洲次生种源的生根率（分别为89.3%和87.4%）较高，显著高于大洋洲天然种源和亚洲次生种源的生根率（分别为75.4%和72.1%），但亚洲天然种源和非洲次生种源之间，大洋洲天然种源和亚洲次生种源之间的生根率差异不显著；在不同国家间比较中，以肯尼亚3 个种源的生根率最高，平均值达到95.0%，以澳大利亚1 个种源的平均生根率最低（59.9%），除了澳大利亚外，其他9 个国家间种源的生根率均达不到统计学上的显著差异；在种源间的比较中，以肯尼亚的一个次生种源18142的生根率最高（95.2%），极显著高于除了18135（93.6%，肯尼亚次生种源）和18267（92.8%，中国次生种源）两个种源的其他所有种源。生根率最低的种源为18269（46.7%，中国次生种源）；在家系间，生根率也存在着极显著的差异，最高的家系的生根率达到100%，而最低的家系的生根率为0。

2.2 地理种源间生根数的差异

由表2 可知，生根数在不同国家间、种源间和家系间都有极显著差异（P＜0.01），但在区域间没有显著差异（P＝0.227）。不同国家比较（表3），中国次生种源的生根数最多（8.6 根），非洲贝宁次生种源的最少（4.3 根）；在不同种源比较中，种源18268（11.3 根）的生根数最多，极显著高于其他所有种源的生根数。种源18355（4.2 根）的生根数最少；在不同家系中，生根数最多的达到17 根（种源18268），最少的只有1 根（种源18355）。

2.3 地理种源间根长的差异

不同地理种源短枝木麻黄嫩枝水培生根的根长在不同区域间（P＝0.57）、种源间（P＝0.85）和家系间（P＝0.19）差异不显著，仅在不同国家间有极显著差异（P＜0.01）。在不同国家的比较中，来源于非洲国家贝宁的嫩枝水培生根的根长（1.8 cm），显著高于一些国家如马来西亚（1.1 cm）、澳大利亚（1.2 cm）等国家种源的根长；不同区域间、种源间和家系间的根长达不到统计学意义上的显著程度。

2.4 生根参数间的相关分析

短枝木麻黄嫩枝水培生根的3 个参数间的相关分析结果表明（表4），生根率、生根数和根长两两之间的相关系数R值都很小，且P值都较大，说明这3 个参数间都没有呈现出显著的相关关系。

3 结论与讨论

扦插是林木扩繁中应用最广的一种无性繁殖方法，它与嫁接、压条等无性繁殖方法相比具有简单易行、繁殖系数高和速度快、成本低廉等优点。木麻黄的嫩枝水培生根是一种无土的扦插繁殖方法，且其繁殖系数更高，更有利于优良无性系苗木的大规模生产和推广，是我国木麻黄苗木的主要生产方法。扦插生根的类型主要分为皮部生根型、愈伤组织生根型和混合生根型3 种[21]。本试验中，我们观察到短枝木麻黄嫩枝经过激素处理并在清水中培养约15 天后，白色的根从小枝下部高2～4 cm 的节间长出，虽然嫩枝的切口处也会形成一些愈伤组织，但未发现这些愈伤组织能长出根系，因此可以推断短枝木麻黄属于典型的皮部生根型植物。

已有的研究表明，同种植物的不同种源或家系的扦插生根能力存在着显著差异，如樟树Cinnamomum camphora不同种源家系在相同扦插条件下的生根率最高可达80.7%，最低的只有33.3%[22]，落羽杉Taxodium distichum不同种源家系在相同条件下的生根率最高为75.0%，最低只有10.0%[23]。短枝木麻黄水培生根能力的差异主要表现在种源和家系的水平上，本试验中生根能力最强的种源是肯尼亚次生种源18142，生根率高达95.2%，最弱的种源是中国次生种源18267，生根率仅为46.7%。在区域和国家水平上差异不显著，因此在木麻黄新品种选育过程中，生根能力只需在种源和家系水平上进行选择。

相关性分析表明，评价短枝木麻黄嫩枝生根能力的3 个观测指标（生根率、生根数和根长）无显著相关性，间接说明根生长的这3 个性状可能由不同的基因来调控，例如拟南芥Arabidopsis thaliana、杨树Populustrichocarpa等不定根的形成和伸长都各由不同的基因家族来调控[24-25]，因此生根率作为短枝木麻黄无性系生根能力主要的评价指标，可以更加便捷高效选育优良无性系。