剪根和植物生长调节剂对杉木幼苗生长的影响

张家君, 吕蒙蒙, 武忆寒, 谢亚聪, 陈 宇, 林思祖

(福建农林大学林学院/国家林业局杉木工程技术研究中心，福建 福州 350002)

根系是植物的三大营养器官之一，也是植株信息传递与物质交换的重要部位[1-2]，其通过各种逆境生理反应对地上部分产生影响，是维持植物正常生命活动的根本保障[3-4]。方燕等[5]研究表明，干旱胁迫下根系可调控植物与土壤的水分，其发育程度直接影响地上部生长状况及籽粒产量；曾巧英等[6]认为，铝胁迫首先抑制根的生长，并通过根的生理反应影响植株地上部组织；根系对植物生长发育及产量具有至关重要的作用，各生育期根重量与地上部重量、总重量呈显著或极显著正相关[7-8]，根活力与成熟期产量呈正相关[9]。植物根系研究一直是当前研究的热点，但该研究受到根系生物量的限制，特别是幼苗根系，使有关生理、代谢、基因与蛋白表达等多层面研究无法顺利开展。目前主要采取多株混样的方法替代单株取样，但该方法不利于植物根系的进一步深入研究，尤其是需要精确测定单株个体相关指标的遗传学研究。

杉木(Cunninghamialanceolata)是我国南方重要的速生用材树种之一，因其品质优良、生长速度快和经济价值高而被广泛种植，在我国林业生产中占据重要地位[10-14]。根系与杉木生产力密切相关，而根尖是杉木逆境胁迫的主要位点，于姣妲等[15]通过根尖染色说明磷素能缓解铝对杉木苗根尖的毒害作用；汪凤林等[16]取白色根尖(长度6～9 mm)研究缺镁对杉木根系活力以及抗氧化酶的影响；李琦[17]以杉木根尖为试材，探讨根系有机酸对不同供磷水平的适应性。有关杉木逆境胁迫的研究多选用1～2 cm处的根尖[18-19]，目前一般采取多株混样的方法，以解决根尖需求量较大的难题，但该方法加大了试验误差。因此，本研究拟以杉木实生幼苗为材料，采用L9(34)正交设计，探讨剪根和植物生长调节剂对杉木幼苗侧根生长的影响，以期为解决根尖需求量大、多株混样易造成误差等难题提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

杉木种子来源于福建省尤溪县国有林场三代种子园。于2017年11月种子成熟期，混系采集外形饱满、品质好、无病虫害的种子，晾干后置于4 ℃冰箱保存。用去离子水清洗3遍后，将种子置于初始温度为45 ℃的超纯水中浸泡24 h，期间用玻璃棒翻搅。去掉漂浮于液面的空粒和涩粒，用3 g·L-1KMnO4消毒0.5 h，再用去离子水清洗干净，静置3 h，待用。植物生长调节剂为细胞分裂素(6-BA)、萘乙酸(NAA)和吲哚丁酸(IBA)。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 将浸泡好的种子放在滤纸板上，置于光照14 h(25 ℃)、黑暗10 h(22 ℃)，光强110 μmol·m-2·s-1，相对湿度为75%的气候箱中。萌发15 d后，挑选肥硕、长势良好的幼苗移栽至盛有8 L霍格兰营养液(pH为5.5±0.1)[20]的培养框中，置于温室进行水培。控制温度25 ℃，光照时间12 h·d-1，光照强度为12 000 lx。每7天更换1次营养液，培养2个月后选取根长一致的幼苗，从根尖开始剪根，分别剪去总根长的2/3、1/2和1/3。将剪根后的幼苗根部置于各生长调节剂中浸泡30 min，以不作任何处理为对照(CK)。

将浸泡后的幼苗转入高为21.6 cm、内径为30 cm的塑料盆培育，每盆10株，每个处理3次重复，共30盆。利用佳能照相机进行拍照记录，每7天记录1次侧根数(肉眼观察)、侧根长(采用Image pro plus软件测量)，共测5个周期，总计35 d，以便观察幼苗整个生根过程。取3次重复的平均值，最后一个周期的测量值与初始值的差即为侧根数及侧根长的差值。

表1 正交设计因素与水平1)

1)A.根长，为剪去总根长的2/3、1/2、1/3；B.6-BA浓度；C.NAA浓度；D.IBA浓度。

1.2.2 正交试验 以侧根生长量和侧根长为指标，采用L9(34)正交设计，分析杉木剪根及植物生长调节剂对试验结果的影响。正交设计的因素与水平见表1。

1.3 统计与分析

采用DPS数据处理系统、Excel 2007、SPSS 19.0软件对数据进行处理与分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理下杉木幼苗水培生根的基本情况

剪根长度和调节剂浓度对杉木幼苗侧根生长的影响不同(图1)。从植株表型来看，各处理侧根数和侧根长均大于CK，说明剪根是提高幼苗侧根生根的关键；各处理主根均停止增长，说明剪根可增加侧根数，但抑制主根生长。不同处理侧根长和侧根数明显不同，说明不同浓度的6-BA、NAA和IBA对侧根生长的影响不同，但均可促进侧根生根。图1I侧根长较长,表明促进侧根长生长的最优方案为：A3B2C1D3，即剪根1/3长度+25 mg·L-16-BA+100 mg·L-1NAA+50 mg·L-1IBA；图1J侧根生根数较多，表明促进侧根生根数生长的最优方案为：A3B3C2D1，即剪根1/3长度+50 mg·L-16-BA+200 mg·L-1NAA。

A.CK；B.A1B1C1D1；C.A1B2C2D2；D.A1B3C3D3；E.A2B1C2D3；F.A2B2C3D1；G.A2B3C1D2；H.A3B1C3D2；I.A3B2C1D3；J.A3B3C2D1。

2.2 不同处理对杉木幼苗侧根数生长的影响

按照L9(34)正交设计9种处理，分析剪根及6-BA、NAA、IBA浓度对杉木幼苗侧根数的影响，结果见表2。由表2可知，侧根数正交设计结果中D因素R值最小，故将其作为空白列进行方差分析(表3)。由表3可知，剪根及6-BA、NAA、IBA浓度均对侧根数具有显著影响(sig.<0.05)。侧根数差值最大组合为A3B3C2D1，差值达18.67 cm(表2)。经极差分析比较可知，在选定的范围内，各因素对侧根数影响的主次顺序为：B>C>A>D，优化组合为A3B3C2D1，由于试验设计中包含该组合，则为正交试验结果，即促进侧根数生长的最优方案为：剪根1/3长度+50 mg·L-16-BA+200 mg·L-1NAA。

表2 侧根数正交设计结果1)

1)A.根长；B.6-BA；C.NAA；D.IBA。

表3 侧根数正交设计方差分析

2.3 不同处理对杉木幼苗侧根长生长的影响

按照L9(34)正交设计9种处理，分析剪根及6-BA、NAA、IBA浓度对杉木幼苗侧根长的影响，结果见表4。由表4可知，侧根长正交设计结果中C因素R值最小，故将其作为空白列进行方差分析(表5)。由表5可知，剪根、IBA浓度对侧根长生长具有显著影响(sig.<0.05)，而 6-BA和NAA浓度对侧根长的生长效果影响不显著。侧根长差值最大组合为A3B2C1D3，差值达8.13 cm(表4)。经极差分析比较可知，在选定的范围内，各因素对侧根长影响的主次顺序为：A>D>B>C，最优组合为A3B2C1D1。由于试验设计中不包含该组合，为验证正交设计结果，再次用A3B2C1D1和A3B2C1D3测试侧根长生长效果，重复3次。结果表明，侧根长最优方案为：A3B2C1D3，即剪根1/3长度+25mg·L-16-BA+100 mg·L-1NAA+50 mg·L-1IBA。

表4 侧根长正交设计结果1)

1)A.根长；B.6-BA；C.NAA；D.IBA。

表5 侧根长正交设计方差分析

3 讨论与小结

本研究表明，剪根和植物生长调节剂对杉木幼苗侧根生长存在显著影响。正交设计9种处理根部均出现细小的乳白色颗粒状，并发展成长短不齐的侧根，侧根生根率效果显著。剪根处出现损伤，主根停止生长，这可能由于植物根系是个有机整体，剪根导致侧根数量发生变化，这与前人的研究结果[21-27]一致。本研究发现，剪根是提高侧根生根的关键， 不同浓度6-BA、NAA和IBA对侧根生长的影响不同，但作为生长素信号均可促进植物侧根生根。从植株表型来看，促进侧根生根数生长的最优方案为：剪根1/3长度+50 mg·L-16-BA+200 mg·L-1NAA；促进侧根长生长的最优方案为：剪根1/3长度+25 mg·L-16-BA+100 mg·L-1NAA+50 mg·L-1IBA。IBA浓度对侧根数生长无显著影响，但对侧根长生长效果显著。

除了剪根和植物生长调节剂外，无性系遗传特性(内在因素)及温度、湿度、光照条件等(外在因素)也对杉木幼苗侧根生长有一定影响。目前，杉木幼苗生长技术的研究已经相对成熟，但有关杉木幼苗侧根生长的研究鲜有报道。本研究利用L9(34)正交设计探讨不同剪根长度(剪去总根长的2/3、1/2、1/3)以及不同浓度的6-BA、NAA和IBA等生长调节剂对杉木幼苗侧根生长的影响，筛选出较适宜的方案，即侧根生根数最优方案为：剪根1/3长度+50 mg·L-16-BA+200 mg·L-1NAA；侧根长最优方案为：剪根1/3长度+25 mg·L-16-BA+100 mg·L-1NAA+50 mg·L-1IBA。在今后的研究中需增加试验因素，扩大研究范围，以期筛选出更适宜的方案。