腐胺对枫桦和欧洲白桦嫩枝扦插生根及根茎养分含量的影响

周思雨，申方圆，常雪薇，李春明，初 冬，杨立学

（1.东北林业大学 a.林学院；b.森林生态系统可持续经营教育部重点实验室；c.国家林业草原东北乡土树种工程技术研究中心，黑龙江 哈尔滨 150040；2.黑龙江库恩环境修复开发有限公司，黑龙江 哈尔滨 150090）

枫桦Betula costata和欧洲白桦Betula pendula均为桦木科Betulaceae桦木属Birch阔叶乔木。枫桦主要分布于我国东北地区，常散生于小兴安岭、长白山林区的红松Pinus koraiensis、鱼鳞云杉Picea jezoensis组成的针阔混交林中，喜湿冷耐阴，树叶颜色随季节更替变化明显，常作为珍贵的绿化树种。此外，其心材黄褐色，边材白色，纹理通直，树高可达30 m，是我国重要的阔叶用材树种[1]。欧洲白桦原产于欧洲和亚洲北部，由于其适应性强、耐寒易活等优点，为增加我国寒冷地区树种资源，在我国东北地区较早引种并相继开展繁育试验，并在土壤污染修复和园林绿化中发挥了重要作用[2-3]。

无性繁殖是树木良种推广的重要途径，其中，扦插繁殖具有取材容易、方法简单和成本较低等特点，并且扦插获得的子代可以保持母本优良性状[4]，通过从优树取材扦插繁殖，能扩大上述树种的繁殖系数。扦插能否生根是决定扦插成活的关键因素之一[5-6]，枫桦和欧洲白桦扦插过程中以皮部生根型为主，兼具愈伤组织生根型和混合生根型。与插穗生根特性密切相关的外源活性物质，如外源激素、营养成分含量、多胺等，一直以来都是扦插生根的生理生化研究的热点问题之一[4]。

多胺是一类含有多个氨基的化合物[7]，具有促进多种植物插穗不定根的形成和提高根系对无机离子的吸收等生理作用[8-10]，多胺种类交错，腐胺是其中具有重要生理功能的一类[10]。多胺类物质中只有腐胺处理对橄榄扦插生根具有显著的促进作用，而亚精胺和精胺则对橄榄扦插生根没有显著影响[9]。腐胺处理显著提高了沼泽小叶桦Betula microphylla硬枝扦插生根率，但对苗木地径、苗高、根长和各器官生物量没有显著影响[10]。腐胺对扦插生根的促进作用可能源于其显著提高了插穗中的吲哚乙酸（IAA）的含量[8]。此外，有关外源腐胺处理对植物生长生理影响的研究多集中在蔬菜和水果类植物方面[8-9]。国内有关腐胺处理对于枫桦和欧洲白桦扦插生根特性影响的研究未见报道。鉴于此，本研究以2年生枫桦和欧洲白桦健壮嫩枝为扦插材料，采用不同浓度腐胺（500、1 000、1 500 mg·L-1）和生根粉（ABT）、吲哚丁酸（IBA）溶液浸泡处理，通过比较插穗的生根率、不定根数、根长等生长指标以及根、茎中的非结构性碳水化合物（NSC）含量变化，探讨腐胺对枫桦和欧洲白桦扦插生根特性和根、茎NSC含量的影响以及腐胺处理的最适浓度，为完善枫桦和欧洲白桦扦插育苗技术体系提供理论与实践指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于黑龙江省牡丹江市阳明区茂森苗木种植专业合作社（129°49′19″E，44°32′30″N），气候类型为温带大陆性季风气候。春季干燥风大，夏季高温多雨，秋季降温迅速，冬季寒冷漫长。年平均气温3.9℃，无霜期约为156 d，年平均降水量为692.5 mm。本试验插床规格为1 m×12 m，插床上设有拱棚，可布设大棚膜和遮阴网。

1.2 试验设计

试验于2021年7月中下旬进行。首先使用不同浓度的腐胺（T1：500 mg·L-1、T2：1 000 mg·L-1、T3：1 500 mg·L-1）浸泡插穗30 min，再 用500 mg·L-1的ABT（或IBA）溶液浸泡60 min后进行扦插。对照分2组，其中CK1先用清水浸泡30 min，再用ABT（或IBA）浸泡60 min，CK2前后均为清水浸泡90 min。每组处理3次重复，每个重复含有50根插穗（表1）。

表1 枫桦与欧洲白桦插穗处理Table 1 Cutting treatments of Betula costata and Betula pendula mg·L-1

1.3 基质选择

依据前期2个树种3因素3水平的正交试验（基质类型、插穗部位和激素种类）结果，本研究选择2个树种最优的基质和激素类型，即枫桦扦插基质选用蛭石+细河沙+泥炭土（1∶4∶1），欧洲白桦扦插基质选用蛭石+粗河沙+泥炭土（1∶4∶1），其中，细河沙粒径范围为0.5～1.0 mm，粗河沙粒径范围为1～3 mm。扦插前48 h用0.5%的高锰酸钾溶液对各基质进行淋灌消毒。

1.4 插穗采集及制备

扦插材料来自于上述合作社培育的同一家系生长健壮的2年生优良母株，均采用枝条梢部无病虫害、无机械损伤的健壮嫩枝插穗。插穗长度保持在4～5 cm，保留1叶1芽，芽距上切口1 cm左右，用封口胶密封插穗上切口，50个插穗成捆保湿备用，然后按照试验设计（表1）进行浸泡处理。

1.5 扦插后管理

扦插后浇足水，保证插穗与基质充分接触，于插床上方拱棚搭盖大棚膜并加盖透光率为50%的遮阴网。试验期间，大棚内温度控制在20～30℃，空气相对湿度保持在90%以上。在扦插后第2天喷施0.1%多菌灵溶液1次，第7天喷1 000倍森锰锌1次，之后2种杀菌药每隔7天交替使用一次，并及时清理基质上的枯枝落叶等杂物。扦插10 d后白天不覆盖大棚膜，15 d后视天气情况可全天不覆盖大棚膜。

1.6 数据统计与分析

扦插60 d后，将插穗连同基质一同小心取出，放入清水中将附着于根系上的基质冲洗干净，记录每个插穗不定根个数和根长等数据，并计算生根数、平均根长、最大根长（公式1）和根系发育指标等数据，其中，根系发育指标通过隶属函数值计算（公式2）[11-13]，隶属函数值越大，代表插穗生根效果越好。

式（2）中：Xj为不同处理组的某一指标值，Xmin和Xmax分别为所有处理在该指标中的最小值和最大值。

根和茎可溶性糖和淀粉含量测定参照庞晓瑜等[14]和李合生[15]的方法：将干燥的植物材料研磨以通过0.25 mm孔径筛。称取样品0.1 g置于10 mL离心管中加入5 mL 80%乙醇，将混合物沸水浴30 min，然后在4 000 r·min-1下离心5 min，提取上清液，往复3次，合并上清液于25 mL容量瓶定容，作为可溶性糖含量待测液。使用可溶性糖含量测定的沉淀进行淀粉含量测定。

所有数据采用Excel 2013软件整理后，在SPSS 25.0软件中对同一树种不同处理组之间进行单因素方差分析、多重比较（Turkey检验法）和相关性分析（Spearman法）等分析，采用Origin 2020软件实现数据可视化。采用隶属函数分析法将测得指标进行综合对比，取相关指标的平均值作为评价标准，值越大则代表综合效果越好。

2 结果与分析

2.1 不同处理对2个树种插穗根系指标的影响

腐胺和ABT（或IBA）浸泡处理对2个树种插穗的生根率、不定根数量和平均根长均具有显著的促进作用（图1）。对于插穗生根率而言，不同浓度腐胺处理对2个树种扦插生根的影响并不一致。腐胺浓度在500 mg·L-1时，对枫桦插穗生根率的促进作用显著优于其他组，而欧洲白桦插穗的生根率则在腐胺浓度为1 000 mg·L-1时表现最好（图1A）。对于2个树种不定根个数而言，腐胺和ABT（或IBA）处理相较于对照处理（CK2）均具有显著促进作用（图1B），但相较于仅ABT（或IBA）处理（CK1），腐胺处理对2个树种扦插不定根个数均没有显著影响，且随着腐胺浓度的升高，2个树种扦插不定根个数均表现为逐渐下降的趋势（图1B）。至于插穗不定根的平均根长，2个树种表现不同，500 mg·L-1腐胺浸泡处理显著增加了枫桦插穗不定根的平均根长，但却显著抑制了欧洲白桦插穗不定根的平均根长，而当腐胺浓度为1 000 mg·L-1时对欧洲白桦插穗不定根平均根长的显著促进作用达到最大（图1C）。此外，对比CK1和CK2发现，仅ABT（或IBA）处理对2个树种插穗的生根率、不定根数量和不定根平均根长具有显著的促进作用（图1A）。对2个树种的扦插生根特性指标而言，对照处理组CK2均表现为最差，腐胺和ABT（或IBA）处理组均显著高于对照处理组CK2，且500 mg·L-1+ABT处理组（T1）时，枫桦扦插苗的3种生根特性指标达到最大。

图1 不同处理对枫桦和欧洲白桦插穗生根率、不定根个数和平均根长的影响Fig.1 The effects of different treatments on the rooting rate, roots number, and average root length of Betula costata and Betula pendula cuttings

腐胺和ABT（或IBA）浸泡处理均对2个树种插穗不定根的最长根长和根质量（鲜质量和干质量）具有显著的促进作用（表2）。腐胺浸泡处理浓度为500 mg·L-1时，枫桦插穗不定根的最长根长达到最大（12.20±0.87 cm），显著大于其他组，而腐胺浓度在1 000 mg·L-1和1 500 mg·L-1时对欧洲白桦插穗不定根的最长根长促进效果显著大于其他处理组。对插穗不定根质量（鲜质量+干质量）而言，当腐胺浓度为500 mg·L-1时，2个树种不定根鲜质量和干质量均显著高于其他处理组。此外，对比CK1和CK2发现，仅ABT（或IBA）处理对2个树种插穗的最大根长均具有显著促进作用，但对根系质量（鲜质量+干质量）的影响并不一致。ABT处理显著提高了枫桦插穗不定根的鲜质量，对根干质量没有显著影响，IBA处理对欧洲白桦插穗不定根的鲜质量和干质量均没有显著影响（表2）。

表2 不同浓度腐胺和ABT（或IBA）激素处理下枫桦和欧洲白桦根系生长指标差异†Table 2 The root growth indexes of Betula costata and Betula pendula under different concentrations of putrescine and ABT (or IBA) solutions

2.2 不同处理对2个树种插穗根、茎NSC含量的影响

不同浓度腐胺处理显著提高了2个树种插穗不定根的可溶性糖含量，其中，腐胺浓度为500 mg·L-1时对2个树种扦插苗根系的可溶性糖含量的促进效果最大。相较于CK2，仅ABT（或IBA）处理（CK1）对2个树种扦插苗根系的可溶性糖含量均没有显著影响（图2A）。对于枫桦扦插苗根可溶性糖含量而言，所有腐胺浓度+ABT处理组（T1、T2、T3）均高于CK1，其中，500 mg·L-1腐胺浓度的根可溶性糖含量显著高于1 000 mg·L-1。欧洲白桦扦插苗根可溶性糖含量变化规律与枫桦相类似（图2A）。对于2个树种扦插苗的茎可溶性糖含量，当腐胺浓度为1 000 mg·L-1时枫桦扦插苗可溶性糖含量最大，显著高于其他处理组，而对于欧洲白桦而言，腐胺处理浓度为500 mg·L-1时茎可溶性糖含量显著高于其他处理组（图2B）。与CK2相比，CK1显著降低了枫桦扦插苗的茎可溶性糖含量，却显著提高了欧洲白桦扦插苗的茎可溶性糖含量（图2B）。相较于CK1，T1、T2和T3对2个树种扦插苗根淀粉含量均没有显著促进作用（图2C），但相较于CK2，显著提高了欧洲白桦扦插苗的根淀粉含量，而对枫桦扦插苗的根淀粉含量没有显著影响（图2C）。与CK2相比，CK1只显著提高了欧洲白桦的根淀粉含量（图2C）。腐胺浓度在1 000 mg·L-1时，枫桦扦插苗的茎淀粉含量显著高于其他处理组，在1 500 mg·L-1时含量最低（图2D）。相较于CK1，T1、T2和T3对欧洲白桦扦插苗的茎淀粉含量没有显著影响，但相较于CK2，却显著提高了欧洲白桦扦插苗的茎淀粉含量。与CK2相比，CK1只显著提高了欧洲白桦的茎淀粉含量（图2D）。

图2 不同处理对枫桦和欧洲白桦根可溶性糖含量和淀粉含量和茎可溶性糖含量和淀粉含量的影响Fig.2 Effects of different treatments on the soluble sugar and starch contents of roots and stems from Betula costata and Betula pendula cuttings

2.3 2个树种插穗多指标相关性分析与综合评价

枫桦插穗所测各项指标之间均为正相关关系（根淀粉含量除外），其中，根淀粉含量与生根率、根可溶性糖含量显著负相关（表3）。欧洲白桦扦插苗所测指标之间均为正相关关系（表4）。

表3 枫桦扦插苗主要生长指标相关性分析Table 3 Correlation analysis among each main growth index of Betula costata cuttings

表4 欧洲白桦扦插苗主要生长指标相关性分析Table 4 Correlation analysis among each main growth index of Betula costata cuttings

鉴于同一处理组内2个树种扦插生根特性和根茎NSC含量指标表现并不一致，同时，同一测定指标在不同处理组也差异显著，通过隶属函数分析将不同处理的扦插苗所测指标进行了综合对比。500 mg·L-1浓度腐胺+ABT处理对枫桦插穗整体生长指标促进效果最好，但CK1处理对插穗整体指标的隶属函数分值要高于T2和T3处理，隶属函数值从大到小依次为T1＞CK1＞T2＞T3＞CK2。而对欧洲白桦而言，1 000 mg·L-1浓度腐胺+IBA处理对插穗整体生长指标的促进效果最好，CK1与T3处理相差不大，但优于T1处理，隶属函数值从大到小依次为T2＞T3＞CK1＞T1＞CK2（表5）。

表5 枫桦和欧洲白桦扦插苗不同处理多指标隶属函数值综合评价Table 5 Membership function values and comprehensive evaluation of multiple indicators in different treatments

3 结论与讨论

总体来看，腐胺处理对枫桦和欧洲白桦扦插生根具有一定的促进作用，但是受其浓度影响。500 mg·L-1浓度腐胺处理对枫桦扦插苗生根率、根长（最大根长和平均根长）和根质量（鲜质量和干质量）具有显著促进作用，但促进作用随腐胺浓度增加而降低。就欧洲白桦而言，腐胺处理的最适浓度则为1 000 mg·L-1。

腐胺作为所有生物体中低分子聚阳离子化合物—多胺中的关键活性物质，在胚胎发生、细胞分裂、发育和根形成等生理过程中发挥着重要作用[16]。研究表明，腐胺较其他多胺类型对植物根系发育的促进效果更好[17]，腐胺处理对桃Prunus persica和扁桃Prunus dulcis杂交种扦插苗插穗的不定根数量、最大根长的促进效果显著高于IBA（1 500 mg·L-1）处理[18]。1 600 mg·L-1腐胺+1 000 mg·Kg-1IBA处理下欧洲榛Corylus avellana插穗生根率达到最大（76.6%）[19]，腐胺与IBA协同促进作用是扦插生根过程中的关键因子[20]，此外，以上研究也表明，扦插生根受腐胺浓度影响，并且同属不同种之间的植物也存在较大差异[10,19]。

植物插穗生根既是一个复杂的生理过程，也是一个高耗能过程，营养物质为插穗生根提供所需的基本物质与能量保障，是插穗生根的必要条件。NSC作为植物体内光合作用和生长利用间的关键中间转化物和短期代谢活动库，其含量多少与扦插苗的存活、生长和代谢密切相关[21]，其中，植物直接运输和利用以可溶性糖为主，而淀粉则作为主要的物质和能量贮存物[22]。研究发现，插穗生根过程中所消耗的营养物质主要为碳水化合物和氮素化合物，不仅为插穗生根和生长提供养分，同时也为插穗基部愈合和新根生长提供能源物质[23-24]，此外，碳水化合物还可作为插穗生根的辅助因子或生长素运输过程中的调节剂[25]。在本研究中，腐胺处理是2个树种插穗根、茎NSC含量提高的主导因子，仅ABT（或IBA）处理的促进作用并不明显，这与徐东花等[26]关于多胺对菊科植物Dendranthema morifolium扦插生根过程中NSC含量的研究结果相一致，即外源型多胺物质（亚精胺）在促进植物扦插生根过程中营养物质的合成和积累方面发挥主要作用，而精胺、亚精胺、腐胺作为最常见的3种多胺类物质，往往具有相似或相近的生理作用[8-9]。本研究中，ABT（或IBA）在2个树种扦插生根过程中只对生根率、生根数和平均根长的促进效果显著。然而，适宜浓度的腐胺+ABT（或IBA）处理不仅增加了插穗生根率、生根数、平均根长，并且还有助于根质量和根、茎NSC含量的积累，这可能是由于ABT、IBA、IAA等激素与植物插穗根原基形成关系密切，这些激素通过植物体内的受体蛋白TIR1和ABP1选择从而刺激蛋白水解和细胞壁松弛[27]，进而促进插穗基部韧皮部的细胞分裂[28]，达到诱导促进根原基的形成与生长效果[29]。而外源性多胺类物质处理不仅利于插穗生根提高其生根率，还能够促进插穗生根过程中可溶性糖、可溶性蛋白和淀粉等营养物质的合成和积累[26]。

腐胺为2个树种扦插生根过程中的关键因子，但通过隶属函数法对所有测定指标综合评价来看，腐胺浸泡处理与只进行ABT（或IBA）处理效果差异并不显著，这与朱佳等[10]关于腐胺对同科同属的沼泽小叶桦Betula microphylla扦插生根生长研究结果一致。一方面，本研究中测定的根茎指标间相关性差异显著，可能会对隶属函数综合评价结果产生一定的影响，若需全面评价腐胺影响效果还得纳入插穗更多的生理生化指标；另一方面，扦插繁殖受诸多因素影响[30-31]，从母树材料到基质[32]，从激素种类[33]到处理时间，每一种因素都可能对插穗生理生化特性产生较大影响。本试验所选的基质、处理浓度和时间以及插后管理等虽然由前期多因素多水平正交试验获取的最优组合，但未必是枫桦和欧洲白桦扦插生根生长的最佳配置，增加处理组合也是接下来2个树种扦插技术探索需要考虑的重要因素。

本试验针对腐胺对枫桦和欧洲白桦扦插苗生根特性和根茎NSC含量的初步探讨，明确了腐胺对2个树种扦插生根的促进效果受其浓度影响，腐胺对枫桦和欧洲白桦扦插生根最适浓度分别为500和1 000 mg·L-1，但综合所有指标评价结果看，腐胺处理较传统处理（ABT或IBA）的优势并不明显。本研究主要关注了2个树种嫩枝扦插扩繁过程中插穗的生根特性，而忽略了在扦插过程中发挥关键作用的一些内源性激素含量和生理生化酶活性变化，下一步仍需在插穗生理生化方面进行相关研究，有助于揭示腐胺在扦插生根机制中的关键作用。