珍稀濒危植物蒜头果扦插繁殖技术1)

卯吉华 卯梅华 贾代顺 景跃波 李勇鹏 李荣波 陈海云 朱代博

(云南省林业和草原科学院,昆明,650201) (云南省林业高级技工学校) (云南省林业和草原科学院) (陕西周至国家级自然保护区管理局)

蒜头果(MalaniaoleiferaChun et S. K. Lee)是铁青树科(Olacaceae)蒜头果属(Malania)常绿高大乔木[1],仅零星分布于滇东南和桂西北狭窄的喀斯特石灰岩山区,是我国特有的珍稀濒危植物[2],被列为国家Ⅱ级重点保护植物[3]。蒜头果种子富含油脂,其种仁油脂中存在质量分数高达40%～67%的顺-15-二十四碳烯酸(俗称神经酸)[4],是目前发现的神经酸质量分数最高、提取工艺较为简单的资源植物[5]。神经酸在促进神经细胞生长、恢复神经末梢活性、防治脑神经衰弱等方面有很好的疗效,经济价值非常高[6]。由于蒜头果特殊的生态习性,自然生长于喀斯特石灰岩溶山地,根系发达,扎根于岩缝石隙,枝繁叶茂,四季常青,是石漠化治理与植被恢复的优良生态树种[7]。因此,蒜头果已成为喀斯特石漠化山区乡村振兴与植被修复重建最理想的经济、生态型树种,具有较高的开发利用价值和生态价值。现已在滇东南及桂西北的喀斯特岩溶山区掀起了发展种植蒜头果的热潮,开始人工大面积种植。但因蒜头果属濒危保护物种,野生结实植株少、结实量低、种子产量极其有限,造成能用于繁育蒜头果苗木的种子资源极度匮乏,不能满足规模化生产的需求。因此,种苗缺乏已严重制约了蒜头果产业的发展壮大。鉴于发展蒜头果产业急需大量优良蒜头果苗木的现状,以及扦插具有繁殖系数高、繁殖速度快、成本低、操作简单、保持母本优良遗传性状等优点,开展蒜头果扦插繁殖技术方面的研究显得尤为迫切和重要。

目前,鲜见蒜头果扦插繁殖方面的报道,尚缺乏蒜头果扦插快繁技术系统的研究。前期本课题组曾开展过蒜头果的扦插繁殖试验,但生根率和成活率尚不理想,为提高蒜头果育苗效率,亟需在扦插繁殖技术方面做出大的突破。因此,本试验在前期研究的基础上,采用正交试验设计,探究不同基质类型、生长调节剂种类、质量浓度及处理时间对濒危植物蒜头果扦插生根的影响,并运用隶属函数法对各处理扦插效果进行综合评价,旨在筛选出适宜蒜头果扦插繁殖最佳扦插基质、生长调节剂种类、质量浓度与处理时间的组合,以期优化濒危植物蒜头果的扦插快繁技术,培育出大量优良的蒜头果苗木,以满足濒危植物蒜头果保护、产业发展及石漠化植被恢复与种群重建的需要。

1 材料与方法

试验材料:试验于2019年7月5日在云南省林业和草原科学院温室内进行。试验用扦插容器为8 cm×10 cm的无纺布袋。生长调节剂萘乙酸(NAA)和吲哚丁酸(IBA)购自生物科技有限公司,艾比蒂1号(ABT-1)购自北京艾比蒂生物科技有限公司。扦插穗条来源于云南省广南县旧莫乡安勒村30年生蒜头果母树,剪取树冠外围中上部生长健壮、无病虫害、芽饱满的1年生半木质化枝条,剪成长度为8～10 cm、留2～3个饱满芽、保留2个1/2叶片的插穗,插穗上切口距芽上方0.5～1.0 cm处平切,下切口在芽下方2～3 cm处以45°角斜切,剪成单斜面,并保证切口平滑,制备好的插穗置于质量分数为0.1%的多菌灵水溶液中浸泡消毒5 min,然后根据试验设计进行扦插。扦插后随即浇透水,再搭建小拱棚并覆盖塑料薄膜和遮阴网,之后每隔7～8 d用高锰酸钾和多菌灵水溶液进行交替消毒,隔15～20 d喷施质量分数为0.2%的磷酸二氢钾叶面肥,同时补充水分以保证棚内相对湿度保持在75%～80%。

试验设计:以基质类型(A)、生长调节剂种类(B)、生长调节剂质量浓度(C)、生长调节剂处理时间(D)4个因素,每因素设4个梯度。正交试验设计的试验因素和梯度见表1,共16个处理,每个处理30根插穗,重复3次。

表1 正交试验时蒜头果扦插条件的梯度设计

扦插基质处理试验:采用草炭、珍珠岩、蛭石设置4种配比(体积比)的扦插基质(表1),制备好的插穗用ABT-1(1 g·L-1)生根粉速蘸10 s,扦插于4种基质中,置于拱棚进行统一管理。

生长调节剂种类处理试验:将制备好的插穗分别在NAA(1 g·L-1)、IBA(1 g·L-1)、ABT-1(1 g·L-1)和m(NAA)∶m(IBA)=1∶1(1 g·L-1)4种生长调节剂中速蘸10 s,扦插于V(草炭)∶V(珍珠岩)=5∶1的基质中,置于拱棚进行统一管理。

生长调节剂质量浓度处理试验:将ABT-1生长调节剂配制成质量浓度为0.4、0.6、0.8、1.0 g·L-1,将削好的插穗置于各处理中速蘸10 s,扦插于V(草炭)∶V(珍珠岩)=5∶1的基质中,置于拱棚进行统一管理。

不同生长调节剂处理时间试验:将制备好的插穗置于质量浓度为1 g·L-1的ABT-1生长调节剂中分别速蘸10 s、浸泡10 min、浸泡30 min、浸泡60 min后,扦插于V(草炭)∶V(珍珠岩)=5∶1的基质中,置于拱棚进行统一管理。

指标测定:扦插150 d后,参照王志敏等[8]的方法测量并统计各处理插穗的平均根长、最长根长、根平均直径、生根率、平均生根数量、根系效果指数等各生根指标。

数据处理:运用DPS7.05分析软件对各处理的指标进行统计分析,用Duncan检验法进行多重比较。参考陈春桦等[9]方法,利用隶属函数法,对所有处理扦插生根指标进行计算,取各处理不同指标隶属函数值进行平均,平均隶属函数值越大,说明扦插效果越好,综合评价各处理的扦插效果。

2 结果与分析

2.1 蒜头果扦插生根类型及生根过程

观察蒜头果扦插的生根进程发现,蒜头果不定根主要从皮部和愈伤组织2个部位长出,插穗生根属于混合生根类型,但主要以皮部生根为主,试验生根插穗共有677株,从皮部产生不定根的有444株,占总生根插穗的65.58%;兼具皮部和愈伤组织产生不定根的有165株,占总生根插穗的24.37%;从愈伤组织产生不定根的有68株,占总生根插穗的10.04%。扦插30 d,插穗基部切口处开始形成少量愈伤组织(图1A);扦插45 d,在插穗基部周围形成大量的愈伤组织,愈伤组织膨大,部分插穗开始生根(图1B);扦插80 d,插穗长出不定根(图1C);扦插100 d,插穗已形成完整的根系(图1D)。

2.2 扦插试验结果方差分析

蒜头果扦插正交试验生根指标方差分析结果(表2)表明,扦插的基质类型对蒜头果扦插生根率、平均生根数、平均根长、最长根长和根系效果指数有显著影响(P<0.05),对根平均直径影响不显著;生长调节剂种类对蒜头果扦插生根率有极显著影响(P<0.01),对平均生根数、平均根长、最长根长及根系效果指数影响显著(P<0.05),对根平均直径无显著影响;生长调节剂质量浓度对蒜头果扦插生根率、平均生根数、平均根长及根系效果指数有显著影响(P<0.05),对根系最长根长和根平均直径的影响不显著;生长调节剂处理时间对蒜头果扦插生根率和平均生根数有显著影响(P<0.05),对平均根长、最长根长、根平均直径及根系效果指数的影响不显著。从F值的大小可知,扦插的基质类型、生长调节剂种类和质量浓度、生长调节剂处理时间4个因素对蒜头果扦插生根率的影响从大到小依次为生长调节剂种类、生长调节剂质量浓度、处理时间、基质类型,即生长调节剂种类对蒜头果扦插生根率影响最大,基质种类对扦插生根率影响最小;对蒜头果扦插平均生根数、根平均直径和根系效果指数的影响顺序从大到小依次为生长调节剂种类、生长调节剂质量浓度、基质类型、生长调节剂处理时间,即生长调节剂种类对蒜头果扦插生根数、根平均直径和根系效果指数的影响最大,处理时间影响最小;对蒜头果扦插平均根长的影响从大到小依次为基质类型、生长调节剂种类、生长调节剂质量浓度、处理时间,即基质类型对蒜头果扦插平均根长的影响最大,处理时间影响最小;对蒜头果扦插最长根长的影响从大到小依次为生长调节剂种类、基质类型、生长调节剂质量浓度、处理时间,即生长调节剂种类对蒜头果扦插最长根长的影响最大,处理时间影响最小。

表2 不同扦插条件对蒜头果扦插生根影响的方差分析结果

2.3 扦插基质对蒜头果扦插生根能力的影响

不同扦插基质中,蒜头果插穗生根情况见表3,4种扦插基质对蒜头果插穗的生根率、平均生根数、平均根长、最长根长、根系效果指数均有较大影响,但对根系平均直径的影响相对较小。A2处理中,蒜头果插穗的生根率(68.12%)、平均生根数(9.00条)、平均根长(6.81 cm)、最长根长(7.69 cm)、根系效果指数(0.46)均最高,显著高于A1、A3和A4处理(P<0.05);其次是A4处理,平均生根数量显著高于A1、A3处理,生根率、平均根长、最长根长、根系效果指数显著高于A1处理(P<0.05),但与A3处理间差异不显著;A1处理扦插效果最差,生根率仅为32.35%,平均生根数(5.10条)、平均根长(4.56 cm)、最长根长(6.35 cm)、根系效果指数(0.08)均最低。扦插基质类型对蒜头果根平均直径的影响较小,4种不同的扦插基质间根平均直径的差异均不显著。对各项插穗生根指标综合分析得出,适宜蒜头果扦插生根的基质为A2处理(草炭与珍珠岩体积比为5∶1)。

表3 不同基质类型的蒜头果插穗生根结果

2.4 不同生长调节剂处理对蒜头果扦插生根能力的影响

不同生长调节剂处理蒜头果插穗生根情况见表4,不同生长调节剂种类对蒜头果插穗的生根率、平均生根数、平均根长、最长根长、根平均直径、根系效果指数产生较大影响。B3处理插穗,其生根率(70.16%)、平均根长(6.86 cm)、最长根长(8.87 cm)、根平均直径(0.37 mm)、根系效果指数(0.52)均达到最大值,显著高于B1、B2和B4处理(P<0.05);B4处理对插穗平均生根数的促进效果最好,其值最大,为10.20条,显著高于B1和B2处理(P<0.05),但与B3处理之间的差异不显著,B4处理对根系的平均根长、最长根长、根平均直径、根系效果指数的促进效果较好,显著高于B1和B2处理(P<0.05);B1处理能诱导插穗生根,但其生根率、平均生根数、平均根长、最长根长、根平均直径和根系效果指数各项指标值普遍较小,对蒜头果插穗生根的促进作用较差;B2处理诱导插穗生根效果不好,表现最差。通过对各个插穗生根指标综合分析得出,B3处理(添加ABT-1)对蒜头果扦插生根的影响最大、促进效果最好,最有利于蒜头果扦插繁殖。

表4 不同生长调节剂处理的蒜头果插穗生根结果

2.5 生长调节剂质量浓度对蒜头果扦插生根能力的影响

不同质量浓度的生长调节剂处理蒜头果插穗生根情况见表5,不同生长调节剂质量浓度对蒜头果插穗的生根率、平均生根数量、平均根长和根系效果指数均有较大影响,对最长根长和根平均直径的影响较小。随着生长调节剂质量浓度的增加,生根率、平均生根数、平均根长、最长根长、根平均直径和根系效果指数均不断增大。C4处理插穗的生根率(69.38%)、平均生根数(10.40条)、平均根长(6.79 cm)、最长根长(7.08 cm)、根平均直径(0.35 mm)和根系效果指数(0.54)均为最大值,除最长根长和根平均直径与其他3个处理之间的差异不显著外,对其他4个生根指标的影响均显著高于C1、C2和C3处理(P<0.05);其次是C3处理,对插穗生根率、平均生根数、平均根长和根系效果指数的影响显著高于C1和C2处理(P<0.05);C1处理插穗各生根指标值最小,效果最差。通过对各个插穗生根指标综合分析得出,C4处理(生长调节剂质量浓度为1.0 g·L-1)对蒜头果扦插生根的影响最大、促进效果最好,最有利于蒜头果扦插繁殖。

表5 不同生长调节剂质量浓度处理的蒜头果插穗生根结果

2.6 生长调节剂处理时间对蒜头果扦插生根能力的影响

生长调节剂不同处理时间蒜头果插穗生根情况见表6,不同处理时间对蒜头果插穗的生根率、平均生根数和根系效果指数有较大影响,对平均根长、最长根长、根平均直径影响较小。在生根率方面,表现最好的是D1处理,生根率为70.08%,显著高于D3和D4处理(P<0.05),与D2处理间生根率无显著差异,D4处理的表现最差,生根率仅为7.34%;在平均生根数方面,D1处理表现最好,平均生根数为10.20条,显著高于D3和D4处理(P<0.05),与D2处理间平均生根数无显著差异,D4处理的表现最差,平均生根数仅为3.30条;在平均根长和最长根长方面,表现最好的是D2处理,平均根长为5.87 cm,最长根长为6.14 cm,D1处理次之,表现最差的是D4处理,各处理之间平均根长和最长根长表现差异均不显著;在根平均直径方面,D1处理表现最好,为0.33 mm,D2处理(0.29 mm)次之,D4处理表现最差,为0.25 mm,各处理间根平均直径差异不显著;在根系效果指数方面,表现最好的是D1处理,为0.46,显著高于D3和D4处理(P<0.05),与D2处理间根系效果指数无显著差异,D4处理的表现最差,根系效果指数仅为0.01。综合插穗生根各指标来看,随着生长调节剂处理时间的延长,蒜头果插穗的生根效果呈下降趋势,D1处理(速蘸10 s)的生根效果最好,D4处理(浸泡60 min)的生根效果最差。

表6 生长调节剂不同处理时间的蒜头果插穗生根结果

2.7 各处理组合蒜头果扦插生根能力的综合评价

采用隶属函数法,根据隶属函数公式,分别计算出各处理生根指标的隶属函数值,再将生根率等6个生根指标的隶属函数值进行平均,得到各处理的平均隶属函数值,平均隶属函数值越大,表明该处理扦插生根效果越好,据此对16个处理组合的扦插生根效果进行综合评价。由表7可知,A2B3C4D1处理组合的生根效果最好,平均隶属函数值最大,为0.74,生根率(70.81%)、平均生根数(11.32条)、根平均直径(0.42 mm)、根系效果指数(0.62)在16个处理组合中均最大,平均根长(6.94 cm)和最长根长(8.82 cm)也位列第二;A2B4C3D2处理组合的生根效果次之,平均隶属函数值为0.62,平均根长(7.02 cm)和最长根长(8.91 cm)在所有处理组合中排名第一,生根率(60.13%)、平均生根数(9.81条)、根平均直径(0.38 mm)和根系效果指数(0.46)的表现也较好;另外,A1B3C3D3处理组合的生根效果也较好,平均隶属函数值为0.56,生根率、平均生根数、根平均直径、根系效果指数、平均根长和最长根长各指标都表现较好,均位列第三;A1B1C1D1处理组合的生根效果最差,平均隶属函数值最小,仅为0.10,生根率(6.62%)、平均生根数(3.34条)、平均根长(2.85 cm)、最长根长(3.41 cm)、根平均直径(0.11 mm)在所有处理组合中均最小,综合表现最差。因此,蒜头果扦插生根的最优组合为A2B3C4D1处理组合,即采用质量浓度为1.0 g·L-1的ABT-1生长调节剂速蘸10 s,扦插于草炭和珍珠岩体积比为5∶1的基质中,蒜头果的扦插生根效果最好。

表7 各处理组合时蒜头果插穗生根指标及隶属函数评价结果

3 讨论

植物扦插能否形成不定根决定扦插的成功与否,根据不定根的发生部位,可将扦插生根类型分为皮部生根型、愈伤组织生根型和混合生根型3种[10]。一般情况,具有多种生根类型的树种较单一生根类型的树种有更多的生根部位,在其他条件相同时,更容易形成不定根,扦插生根率也会随生根类型的增多而提高[11]。本研究发现,蒜头果插穗3种生根类型都有,但主要以皮部生根型为主,兼具皮部和愈伤组织生根。生根类型的多样化,为进一步优化蒜头果扦插繁殖技术及蒜头果无性系规模化繁殖奠定了良好的基础。蒜头果扦插生根速度较慢、周期长,从开始扦插到得到完整根系的植株需要100 d左右。郑均宝等[12]和张晓平等[13]的研究表明,难生根树种插穗的不定根,常常发生在插穗下部距离切口3 cm以内的部位。本研究中,蒜头果生根插穗的不定根多从距插穗基部3 cm范围以内的皮部长出,与红花玉兰(Magnoliawufengensis)[14]、杂种鹅掌楸[Liriodendron.chinense(Hemsl.) Sarg.×L.tulipiferaL.][13]等难生根树种生根情况类似,因此蒜头果也属于扦插难生根树种。插穗容易产生愈伤组织,但在愈伤组织上难以分化形成不定根,这可能是蒜头果难生根的主要原因之一,需进一步探究影响愈伤组织分化不定根的关键因素,以促进愈伤组织分化更多的不定根,从而提高扦插效果。

植物扦插生根过程是一个涉及多种因素、复杂的生理生态学过程,其生根成活除受树种特性等内部因素影响外,还受生长调节剂类型和质量浓度、插穗类型、扦插时间、扦插基质、温湿度等多种外部因子的综合影响[15-18]。在影响植物扦插成活的这些外部因素中,生长调节剂是最关键的因素之一,能诱导产生根原基,促进形成更多不定根,从而促进许多难生根树种插穗生根[19]。本研究结果表明,生长调节剂种类对蒜头果扦插成活率、生根数量等生根指标影响最大,4种生长调节剂中,ABT-1和NAA与IBA质量比1∶1处理对蒜头果扦插生根效果最好,其次是IBA处理,NAA处理效果最差。一般来说,几种不同生长调节剂混合处理比单一生长调节剂处理的生根效果要好[20]。陈春桦等[9]研究了4种外源激素处理对落羽杉(Taxodiumdistichum)扦插的影响,结果表明,NAA与IBA质量比1∶1处理对落羽杉扦插的促进效果最好,优于NAA和IBA单独处理效果,这在魏黔春[21]和孙旭东等[22]的研究中也得到类似的结果。本研究中,NAA与IBA质量比1∶1处理的扦插效果也比单独的NAA和IBA处理效果好,但是总体扦插效果不如ABT-1处理,虽然2个处理都是由2种不同的生长调节剂混合而成,(ABT-1生长调节剂的主要成分是吲哚乙酸和萘乙酸),但这2个处理中有效成分不完全相同,加之其有效成分的比例也不相同,导致这2个处理的生根效果存在一定的差异,后续试验可以通过调节NAA和IBA比例,进一步探索对蒜头果扦插生根更有利的生长调剂种类。

受树种遗传特性等影响,不同树种扦插最适宜的生长调节剂质量浓度和处理时间有较大差异[23]。叶梦圆[24]研究发现,不同质量浓度的ABT-1生根粉对大果沙棘(HippophaerhamnoidesL.)插穗生根有显著影响,以质量浓度为0.1 g·L-1的ABT-1生根粉浸泡3 h的效果最好;吴雅琼等[25]研究认为,用质量浓度为0.25 g·L-1的ABT-1处理2 h,喜树(CamptothecaacuminataDecne)插穗生根效果最好,优于其他低质量浓度处理;刘同等[26]对鄂西北秃杉(TaiwaniaflousianaGaussen)进行扦插试验得出,用质量浓度为1.0 g·L-1的ABT-1处理5 min插穗生根效果最好;张博等[27]对楸树(CatalpabungeiC． A． Mey)嫩枝扦插的研究结果表明,用1 g·L-1的ABT-1速蘸较适宜楸树嫩枝扦插。本研究也发现,采用质量浓度为1 g·L-1的ABT-1速蘸10 s,插穗生根效果最好,随着插穗浸泡处理时间的延长,蒜头果插穗生根率逐渐降低,主要是由于生长调节剂质量浓度较高,浸泡时间过长对插穗基部造成了一定的伤害,从而抑制了插穗的生根能力,但浸泡时间还有待进一步优化,今后还需缩小浸泡时间的梯度,并增加梯度数量,筛选最适宜蒜头果扦插的插穗浸泡时间。因此不同植物,适宜扦插的生长调节剂质量浓度和插穗处理时间各不相同,选择合适的生长调节剂质量浓度和插穗处理时间有利于提高扦插效果。

扦插基质作为插穗生根与生长的场所,为插穗提供充足的养分、水分、气体交换等生根条件,对扦插成活影响较大[28]。生产中常用草炭、蛭石和珍珠岩中的一种或几种按一定体积比混合在一起,作为植物扦插的基质,本试验采用这3种材料配置成4种不同的扦插基质进行蒜头果扦插,结果发现,扦插于草炭、珍珠岩体积比为5∶1的基质中效果最好,对平均生根率、生根数量、平均根长和最长根长这4个生根指标影响较大。原因在于草炭中含有大量的腐殖酸等营养元素,而珍珠岩具有通气、透水性好等优点,将2种基质混合作为扦插基质,可以为插穗提供一个通透性良好、营养物质丰富的生根条件,因此有助于提高扦插效果,扦插效果优于单独使用一种基质。但草炭和珍珠岩的最佳配比有待进一步优化,今后还需扩大复配材料种类和配比范围,进一步筛选最适宜蒜头果扦插的基质条件。

4 结论

蒜头果插穗生根以皮部生根为主,兼有愈伤组织生根和混合生根。生长调节剂种类对蒜头果扦插效果的影响较大,其次是生长调节剂质量浓度和处理时间,而基质类型对蒜头果扦插效果的影响较小。利用隶属函数法对16个处理的生根率、生根数量、平均根长、最长根长、根平均直径和根系效果指数进行综合评价,得出A2B3C4D1处理组合(即插穗采用质量浓度为1.0 g·L-1的ABT-1生长调节剂速蘸10 s,扦插于草炭和珍珠岩体积比为5∶1的基质中)的隶属函数值最大,扦插效果最好,是高价值濒危植物蒜头果扦插的最佳处理组合,可以在生产中进行推广应用。