论文推荐 || 江苏省农业科学院副研究员马秋月团队开展元宝枫嫩枝扦插技术及生根过程的生理生化分析研究

元宝枫嫩枝扦插生根过程插穗的变化情况见图1。扦插第10天,插穗基部开始膨大，产生愈伤组织(图1b)；扦插后第20天，插穗基部切口处的愈伤组织处出现白色芽状不定根(图1c)。扦插60 d后，不定根由白色转为褐色，生根率不再增加，插穗生根基本结束。生根进程观察还发现，元宝枫存在愈伤组织生根(图1e)和皮部生根(图1f)，为混合生根型树种。

本试验插穗在生长调节剂、生根液中处理的时间不同，故设置了2个CK组。由生长调节剂对元宝枫插穗生根的影响结果(表2)可知，当插穗在清水中分别浸泡10 s(CK1)、30 min(CK2)时，除后者的愈伤率显著高于前者处理外，其他各项测定指标均无显著差异，表明插穗在清水中浸泡时间的长短对插穗生根不会有较大影响。生长调节剂种类和浓度对元宝枫扦插生根有重要影响，处理后的插穗各生根指标均优于CK，说明生长调节剂处理促进了插穗生根，提高了生根率：采用NAA处理后，其生根率均在44.0%以上，显著高于CK对照组的32.2%。3个NAA处理中，当质量浓度为800 mg/L时生根率最高，达到52.7%，显著高于另外2个处理；而愈伤率、平均根数、根系指数3个指标，均是1 000 mg/L处理显著高于另外2个浓度的处理。不同浓度的IBA处理中，当质量浓度为500 mg/L时生根率最高，达到59.3%，显著高于对照和其他2个浓度的处理，平均根长、平均根数、根系指数3个测定指标均是在低质量浓度300 mg/L下处理效果最好，而愈伤率则是3个处理间差异不显著。生根液处理在低浓度(体积分数1.43%，稀释70倍)时生根率最高，为43.9%，显著高于对照和其他两个浓度；平均根长在高浓度(30倍)时达到最大，其他指标均是低浓度(70倍)高于其他浓度的处理。以上结果说明，生长调节剂的种类、浓度对生根率的影响不尽相同：从生根率指标来看，500 mg/L是IBA处理的最适浓度，生根率为59.3%；800 mg/L是NAA处理的最适浓度，生根率为52.7%，并且这两个处理间差异显著，这2个处理的生根效果优于生根液处理组，后者的最高生根率仅为43.9%。

分别在6、9月两个不同时间，以3年生元宝枫母树剪取的枝条为材料，采用500 mg/L的IBA处理10 s后的扦插结果见表3。6月插穗生根率为65.3%，比9月的生根率(47.7%)提高了17.6%，二者之间差异显著；6月扦插的愈伤率、平均根长、平均根数、根系指数均高于9月，且达到显著水平。

由幼化处理及采穗部位对元宝枫插穗生根的影响结果(表4)可知，幼化处理和采穗部位对元宝枫插穗生根有较大影响：幼化后的平均生根率为76.8%，相比较3年生母树的平均生根率(55.0%)提高了39.6%，幼化材料各生根指标也优于3年生母树。本试验还发现上部插穗的生根效果优于下部插穗，幼化元宝枫的上部插穗各生根指标均达到最高，生根率为81.3%，与下部的生根率72.3%间差异显著；幼化上部插穗愈伤率、平均根数、根系指数均显著高于幼化下部插穗，但平均根长指标间差异不显著；3年生母树，上部、下部插穗各指标变化规律与幼化相同。综合比较，从两个不同年龄母树采集的插穗经过IBA 500 mg/L处理后，各个处理之间差异显著，生根率由高到低依次是：幼化上部(81.3%)>幼化下部(72.3%)>3年生上部(64.3%)>3年生下部(45.7%)，并且处理之间差异显著。

2.5.1 可溶性糖含量的变化

 以经过500 mg/L IBA 处理的3年生元宝枫母树上部插穗为研究对象，测定其生根过程中可溶性糖含量的变化，结果表明，其含量整体呈现先下降后上升再下降的变化趋势(图2a)。扦插10 d时，处理组可溶性糖含量到达生根过程的最低值，较0 d时下降了32.9%；10 d后含量逐渐上升，扦插40 d时达到峰值，可溶性糖含量为23.7 mg/g；扦插40~60 d阶段，可溶性糖含量略有下降，但结果间差异不显著。CK在扦插60 d时达到最大值，峰值出现时间比处理组推迟了20 d，并且该最大值较处理组低了3.6 mg/g。

 2.5.2 可溶性蛋白含量的变化

 处理组生根过程中插穗基部可溶性蛋白含量呈先上升后下降再缓慢变化的趋势(图2b)：扦插20 d时，可溶性蛋白含量达到峰值(2.9 mg/g)，较0 d(2.4 mg/g)增加了26.9%；20~30 d的不定根形成阶段，可溶性蛋白消耗加快，含量下降，30 d时可溶性蛋白含量略有下降，说明插穗内可溶性蛋白的消耗和形成达到一种相对平衡状态。CK可溶性蛋白含量变化趋势与处理组基本相同，也是在扦插后20 d到达峰值(2.8 mg/g)，但略低于处理组的峰值。在随后的下降过程中，CK组的下降幅度更大，扦插60 d时，对照组的含量较处理组低了41.1%。

2.6.1 POD活性的变化

 生根过程中，处理组插穗基部POD活性整体呈先上升后下降再略微升高的变化趋势(图3a)。扦插10 d时POD活性急剧上升并达到峰值398.7 U/(g·min)，较0 d时的70.0 U/(g·min)增加了5.69倍；之后POD活性持续下降；50 d后略有上升。CK组变化趋势同处理组，但整个扦插生根过程中，处理组的POD活性整体高于CK，处理组最大值较CK增加了40.6%，且比CK提前10 d达到峰值。由此可知，IBA处理有利于提高插穗体内POD活性来增强扦插过程的抗逆性，促进插穗不定根的形成。

 2.6.2 PPO活性的变化

 生根过程中插穗基部PPO活性处理组呈先上升后下降再缓慢变化的趋势(图3b)。处理组在扦插0~10 d，PPO活性先急剧上升，从4.6 U/(g·min)上升到5.8 U/(g·min)，上升了26.1%；10~20 d时PPO活性急剧下降，较最高值下降了38.5%；随后各测定时间点PPO活性差异不显著，趋于缓慢变化中。CK组的变化趋势略有不同，0~10 d先呈下降趋势，10 d时PPO活性下降了15.2%；10~20 d上升到峰值5.2 U/(g·min)，较10 d时上升了33.3%；20~30 d又急剧下降，随后趋于平缓。整个扦插生根过程中，处理组扦插初期插穗内PPO活性上升速度比CK快，提前10 d达到峰值，且处理组峰值[5.8 U/(g·min)]高于CK峰值[5.2 U/(g·min)]，这可能正是激素处理利于插穗生根的原因之一。

2.6.3 IAAO活性的变化

 扦插生根过程中处理组插穗内部IAAO活性呈“下降—上升—下降”的变化趋势(图3c)：扦插后0~10 d，处理组IAAO活性下降至最低值，较0 d时下降了30.9%；10~30 d，插穗内IAAO活性快速上升，较最低值上升了3倍；40~60 d时IAAO活性再次下降，较峰值降低了40.8%。CK组IAAO活性的变化趋势与处理组有较大差异，整体呈“上升—下降—上升—下降”的“M”形变化趋势。扦插后0~20 d，IAAO活性快速上升，较0 d上升了159%；20~30 d期间，IAAO活性显著性下降；30~50 d再次上升，并达到峰值731.6 U/(g·min)；60 d时再次快速下降至496.3 U/(g·min)。处理组IAAO活性在扦插10 d后开始上升，CK组则是在30 d后才开始再次上升，比处理组延迟了20 d。整个扦插生根过程中，处理组IAAO活性的变化幅度均高于CK。

插穗不定根形成是扦插成活的关键。生长调节剂对插穗不定根的形成具有重要作用，采用适当生长调节剂处理后插穗愈伤率、生根率、根长、根数等指标都会有显著提高，从而缩短育苗周期，降低生产成本。本研究中生根率最高的处理为：IBA 500 mg/L速蘸10 s，生根率为59.3%；其次是NAA 800 mg/L处理，生根率为52.7%。生长调节剂处理生根率均显著高于对照的清水处理，说明生长调节剂处理可以显著提高元宝枫的生根效果。王艺等在武当玉兰(Magnolia sprengeri)的扦插研究中同样发现，NAA、IBA处理可以显著提高插穗的生根率。

 本研究还发现：6月扦插生根各项指标均高于9月，这是由于6月植物细胞的分生能力强，插穗生理代谢旺盛，且6月降水充沛，插穗体内水分较多，更有利于插穗生根。其他学者在大埔杜鹃(Rhododendron taipaoense)和侧柏(Platycladus orientalias)扦插研究中得出与本研究一致的结论。还有，插穗年龄越小，细胞全能性越高，分裂、分化能力越强，生根也比较容易。本研究从幼化的母树剪取的插穗生根率均高于3年生母树，可见母树年龄对元宝枫扦插生根有较大影响。郑先波等也发现，采用主干平埋法幼化榛(Corylus heterophylla)，嫩枝扦插成活率可以提高到90%以上。此外，由于插条不同部位的营养物质含量及木质化程度不同，其对生根也有较大影响。袁利利在对元宝枫的研究中也发现，不同部位插穗生根率由大到小的顺序为中段>上段>下段。本研究表明，上部插穗各处理生根率显著大于下部插穗，幼化母树的上部插穗采用IBA 500 mg/L处理后，生根率达到81.3%，其他各项生根指标均是上部插穗高于下部插穗，可见采穗部位对元宝枫扦插生根有较大影响，这与美国白梣(Fraxinus americana)的研究结果一致。

过氧化物酶(POD)主要参与生长素代谢和酚类物质的合成，在适应逆境环境以及根原基形成过程中起重要作用，是酶促防御系统的关键酶之一。吕庚鑫等认为扦插初期植物感知到受伤信号，POD酶活性上升，以利于清除伤口处产生的活性氧与自由基，进而促进根原基的诱导与愈伤组织的形成。这与本研究愈伤组织形成期(0~10 d)元宝枫 POD的活性迅速增加至峰值相一致。在插穗切口愈合、基部膨大和愈伤组织形成阶段，需要消耗大量碳水化合物、含氮化合物以维持插穗旺盛的代谢活动。该阶段插穗自身的应急机制会产生大量的蛋白酶类物质，参与大分子营养物质的水解代谢，可溶性蛋白含量增加，这与本研究扦插初期元宝枫插穗内可溶性糖、可溶性蛋白含量的变化趋势相吻合。

 随后的不定根形成阶段，元宝枫插穗的代谢活动进一步增强，插穗内其他储存物质(如淀粉等)分解为可被插穗直接利用的可溶性糖，此外插穗保留叶片的光合作用，也会使可溶性糖含量持续增加。随着不定根的伸长，插穗内可溶性糖和可溶性蛋白的消耗和积累逐渐达到了一种平衡状态。此外，本研究处理组插穗体内的营养物质质量分数高于清水对照组，说明IBA处理能加快元宝枫插穗生根过程中各营养物质的活性，促进其根系形成。

 以往的研究表明，IAA在扦插生根过程中起着重要作用。插穗内较高浓度的IAA有利于愈伤组织的产生，低浓度的IAA可加快根系伸长区细胞的分化。酚类物质的产生对生根有抑制作用，而多酚氧化酶(PPO)能够催化酚类物质与IAA结合，形成生根辅助因子“IAA-酚酸复合物”，因此高活性PPO有利于促进伤口愈合和不定根形成，本研究元宝枫扦插初期PPO活性增长至峰值再次证明PPO在愈伤组织形成阶段起到了重要作用。吲哚乙酸氧化酶(IAAO)可以分解植物体内IAA，因此IAAO也可以调节插穗内IAA水平，对生根进程起着重要调控作用。扦插初期元宝枫插穗IAAO活性的降低，也可以从另一个方面使IAA得以积累。扦插后30 d时IAAO活性达到峰值，前期积累过量的IAA快速分解，有利于不定根的形成。扦插后30~60 d，插穗内IAAO酶活性逐渐下降并趋于稳定，IAA含量升高到一定适宜的水平，使得根系更好地伸长生长，促进根系形态建成。总的来说，元宝枫插穗生根与营养物质和酶活性密切相关，在扦插不同时期均呈现一定的规律性，而不同树种生根过程中营养物质和酶活性的变化规律呈现出一定的差异，表明生根过程中激素与营养物质的关系是既独立又相互联系，并通过相互作用来影响生根。

 综上所述，本研究对元宝枫的扦插繁殖技术进行了探究，结果表明扦插时间、幼化处理、生长调节剂处理均对元宝枫扦插繁殖有显著影响，为元宝枫无性繁殖提供理论依据。但元宝枫生根机制较为复杂，影响插穗生根的其他生理生化因素以及生根过程中插穗体内激素含量变化还有待进一步研究。本研究还发现，元宝枫扦插生根数量较少，根系质量不是太理想，故仍需要大量实践探索，并且还需要结合分子手段，进一步深入研究元宝枫扦插繁殖的生根机制。