不同因素对墨脱花椒扦插生根的影响

荣 辉，李叶芳，关文灵，杜文军，周恒苍

（1.云南农业大学，云南 昆明 650201；2.云南省芳香生物工程技术研究中心，云南 昆明 650201）

花椒属植物在我国分布范围大，栽培历史悠久[1]。现代研究结果显示，花椒各部位含有多种类型的资源性化学成分，在食品、医疗和工业等多个领域应用广泛。目前，市场上的一些食用花椒主要包括花椒Zanthoxylum bungeanum及花椒原变种Z.bungeanumvar.bungeanum（又名川椒、大红袍等）、青花椒Z.schinifolium、两面针Z.nitidumvar.nitidum、竹叶花椒Z.armatum和顶坛花椒Z.planispinumvar.dingtanensis等[2]。花椒属植物含有挥发油、生物碱和香豆素等多种生物活性物质，这些物质在抑菌、抗虫和抗肿瘤等方面均有较大作用，药用价值较高[3]。花椒挥发油在食品和农产品贮藏保鲜方面潜力较大[4]。此外，花椒还具有保持水土、防风固沙和改善小气候等功能，有着重要的生态价值[5-7]。

墨脱花椒Z.motuoense为落叶小乔木，仅产于西藏墨脱，常见于海拔1 100 m 的山地杂林中[8]。墨脱花椒香味独特，具有木姜子的香味，深受藏区人民喜爱，主要用作烹饪调料，具有较高的经济价值，目前已被列为墨脱县乡村精准扶贫的经济林木树种之一。然而长期以来，当地人主要采集野生墨脱花椒出售或自己食用，仅见零星人工种植（对野生植株的移植）。缺乏种苗已成为制约墨脱花椒产业发展的主要瓶颈。花椒主要的繁殖方式有播种[9]、扦插[10]、嫁接[11]和组培快繁等[12]。经前期调查发现，墨脱花椒种子产量低，空壳率高，且有休眠习性，因此种子繁殖较为困难。扦插繁殖具有技术操作简便、能够保持母本优良性状、结实早的优点，是发展经济林木的主要繁殖途径之一。目前，关于墨脱花椒繁殖方面的研究鲜见报道。本研究中以1年生墨脱花椒实生苗为试材，探究插穗木质化程度、扦插季节、植物生长调节剂种类及浓度和扦插基质等因素对墨脱花椒扦插生根的影响，旨在为墨脱花椒扦插育苗体系的建立提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

在云南农业大学园林园艺学院温室大棚内，选取高1.2 ～1.5 m 的1年生健壮墨脱花椒实生苗为试材。将实生苗茎段修剪成长5 ～8 cm 的带芽插穗，每个插穗保留半片叶子，上端剪成平口，下端剪成斜口。根据实生苗茎段木质化程度，可将插穗分为上部未木质化软枝、中下部半木质化半硬枝、基部木质化硬枝，整株植株中以中下部半木质化半硬枝数量为最多，约占75%。选择整齐度基本一致的插穗备用。

1.2 试验设计

1.2.1 插穗木质化程度对插穗生根的影响

在2019年3月10 日—4月10 日进行试验。插穗木质化程度处理分别标记为A1（未木质化）、A2（半木质化）、A3（木质化），扦插基质选用细草炭土+珍珠岩（体积比1∶1）。扦插前选用500 mg/L IBA 处理插穗10 min。

1.2.2 扦插季节对插穗生根的影响

在2019年3月10 日—4月10 日和5月15 日—6月15 日进行试验，分别标记为B1（春季）和B2（夏季）处理。选取花椒苗植株基部插穗为试材，扦插基质选用细草炭土+珍珠岩（体积比1∶1）。扦插前选用500 mg/L NAA 处理插穗10 min。

1.2.3 植物生长调节剂种类及其浓度和基质对插穗生根的影响

在2019年5月15 日—6月15 日进行试验。选取花椒苗植株中下部插穗为试材。植物生长调节剂种类（D）设置3 个处理，分别为D1（IBA）、D2（NAA）、D3（IBA+NAA）。植物生长调节剂浓度（C）设置5 个处理，分别为C1（0 mg/L）、C2 （250 mg/L）、C3（500 mg/L）、C4（1 000 mg/L）、 C5（1 500 mg/L）。基质（E）设置2 个处理，分别为E1（细草炭土+珍珠岩，体积比1∶1）和E2 （细椰糠）。生长调节剂处理时间均为10 min。采用5×3×2 的析因设计，共计30 个处理。

1.3 扦插和管理方法

在温室大棚的5 m×4 m×1.7 m 小拱棚中进行试验。采用平插法，将插穗均匀插入650 mm× 410 mm×155 mm 的扦插框，插入深度为1/3 ～ 1/2 插穗长。扦插完成后浇透水并在2 d 内盖好塑料薄膜和75%透光率的遮阳网，保留少量通气孔。后期根据拱棚内温度和湿度情况进行管理，小拱棚内温度控制在25 ℃左右，空气湿度在80%以上，基质湿度以用手捏成团感觉微微湿润为标准。温湿度差异较大时，掀开薄膜和遮阳网通风，或向小拱棚空气中喷洒少许清水加湿。

1.4 数据统计与分析

均采用完全随机区组设计，对每个处理进行独立随机分配，每个处理30 株插穗，重复3 次。1 个月后统计插穗生根情况，以根系长度≥0.5 cm为有效根长。

成活率=成活插穗数/总插穗数×100%；

生根率=生根插穗数/总插穗数×100%；

单株生根数=插穗生根总数/生根插穗数× 100%；

平均不定根长=插穗生根总长/生根插穗数× 100%；

平均最长不定根长=插穗最长不定根长之和/插穗最长不定根长总数×100%[13]；

根系效果指数=(根系数量×根系长度)/总插穗数[14]。

试验获得数据用“平均值±标准误”表示，采用Excel2003 和SPSS25.0 软件进行数据统计与分析。在数据分析前对成活率和生根率进行反正弦数据转换对单株生根数、平均不定根长、最长不定根长和根系效果指数进行平方根数据转换。

采用模糊数学法隶属函数，根据各指标隶属函数值，计算各因素处理组合的平均隶属函数值对各因素处理组合进行综合评价[15]。各指标的隶属函数值（Ui）计算公式为

Ui=(xi-xmin)/(xmax-xmin)。

式中：xi为指标i的测定值，xmax为全部处理指标i的最大值，xmin为全部处理指标i的最小值。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 插穗木质化程度对插穗生根的影响

扦插1 个月后，不同木质化程度插穗的扦插生根指标及其多重比较结果见表1。由表1 可知，不同木质化程度插穗的6 项生根指标变化规律一致，即木质化插穗（A3）各项指标最高，半木质化插穗（A2）次之，未木质化插穗（A1）最低，三者之间均存在显著差异（P＜0.05）。生根插穗的状态如图1 所示。在扦插过程中，由于扦插初期基质湿度和空气湿度过大，上部未木质化插穗全部腐烂死亡，导致其各项指标均为0。综合各项指标来看，木质化插穗生根效果最好，其原因可能是下部插穗木质化程度较高，不易腐烂，内部储存营养物质较多，更有利于生根。

表1 不同木质化程度墨脱花椒插穗的生根指标†Table 1 Rooting indexes in Z.motuoense cuttings at different lignification levels

2.1.2 扦插季节对插穗生根的影响

在不同季节进行扦插的插穗生根指标及其多重比较结果见表2。由表2可知，春季（B1）和夏季（B2）扦插的插穗成活率间和生根率间不存在显著差异，说明扦插季节对插穗的成活率和生根率影响不大。而夏季扦插插穗的其他4 项指标均高于春季扦插，单株生根数在两者间存在显著差异，平均不定根长、最长不定根长和根系效果指数在两者间存在极显著差异（P＜0.01）。与春季扦插插穗相比，夏季扦插插穗的成活率提高2.22 百分点，生根率提高3.34百分点，单株生根数多0.7 条，平均不定根长提高0.34 cm，最长不定根长提高0.5 cm，根系效果指数提高0.035 7。综合来看，夏季较春季更适合墨脱花椒扦插，这可能与夏季温度更高有关，较高的温度有利于生根，此外，夏季插穗营养物质更多，生长更加旺盛也可能是原因之一。

图1 墨脱花椒插穗生根状态Fig.1 Rooting status in Z.motuoense cutting

表2 不同季节扦插墨脱花椒插穗的生根指标Table 2 Rooting indexes in Z.motuoense cuttings in different seasons

2.2 析因试验

2.2.1 植物生长调节剂浓度对插穗生根的影响

不同植物生长调节剂浓度处理中墨脱花椒插穗的各生根指标及其方差分析和多重比较结果见表3。由方差分析结果可知，单因素效应中，植物生长调节剂浓度（C）对插穗5 项生根指标的影响均达到极显著水平。

由表3 可知，除成活率外的4 项生根指标随着植物生长调节剂浓度的增大呈现先上升、后下降的趋势。在植物生长调节剂质量浓度为1 000 mg/L 时，生根率、单株生根数、平均不定根长和最长不定根长4 项指标均达到最大，显著高于其余4个处理。在植物生长调节剂质量浓度为250、500和1 500 mg/L 时，这4 项指标显著高于对照处理（蒸馏水处理）。对照处理的插穗成活率最高，除了在扦插管理中插穗由于腐烂死亡外，生长调节剂对插穗可能还存在一定毒害作用，导致插穗成活率降低，均显著低于对照处理，且4 个处理间均不存在显著差异。对照处理另外4 项生根指标均为0，可见蒸馏水处理插穗的生根效果并不理想，在1个月内不能诱导墨脱花椒插穗形成不定芽。综合来看，质量浓度250 ～1 500 mg/L 的生长调节剂均能提高插穗生根效果，但质量浓度过高会有一定抑制作用，以1 000 mg/L 为最佳。

表3 不同植物生长调节剂浓度处理中墨脱花椒插穗的生根指标†Table 3 Rooting indexes in Z.motuoense cuttings in treatments of different plant growth regulator concentrations

2.2.2 植物生长调节剂种类对插穗生根的影响

不同植物生长调节剂种类处理中墨脱花椒插穗的各生根指标及其方差分析和多重比较结果见表4。由方差分析结果可知，单因素效应中，植物生长调节剂种类（D）对插穗成活率的影响达到显著水平，对其余4 项指标的影响达到极显著水平。

表4 不同植物生长调节剂种类处理中墨脱花椒插穗的生根指标Table 4 Rooting indexes in Z.motuoense cuttings in treatments of different plant growth regulator types

由表4 可知，以NAA 和IBA+NAA 处理插穗的成活率显著高于IBA 处理，以NAA 处理成活率最高。与NAA 相比，IBA 可能对插穗成活率有一定抑制作用，这可能与其对插穗的毒害作用有关。在各处理中，生根率和单株生根数表现一致，各处理按照其效应由高到低排序依次为IBA+NAA、NAA、IBA，且单株生根数在三者间均存在显著差异。在各处理中，平均不定根长和最长不定根长表现一致，各处理按照其效应由高到低排序依次为IBA+NAA、IBA、NAA，且平均不定根长在三者间均存在显著差异。由此可知，IBA 会降低插穗的成活率，单独使用NAA 处理插穗的生根率和单株生根数高于单独使用IBA 处理，而单独使用IBA 处理插穗的平均不定根长和最长不定根长高于单独使用NAA 处理，说明NAA 更有利于墨脱花椒插穗不定根的形成，IBA 更有利于不定根的伸长生长，二者混合使用产生的效应最大，不定根发生与伸长效果均优于单独使用的处理。可见，以IBA+NAA 处理插穗效果最好。

2.2.3 基质对插穗生根的影响

不同基质处理中墨脱花椒插穗的各生根指标及其方差分析和多重比较结果见表5。由表5 可知，细椰糠处理中插穗的5 项生根指标均高于细草炭土+珍珠岩处理。由方差分析结果可知，单因素效应中，基质（E）对除单株生根数外4 项指标的影响均达到极显著水平。其原因可能是细草炭 土+珍珠岩的保水性较好，透气性较差，水分过多导致成活率低，不定根也不易发生与伸长，而细椰糠保湿效果适宜，透气性较好，更有利于插穗生根。

2.2.4 多因素交互作用对插穗生根的影响

多因素交互作用下墨脱花椒插穗生根指标的方差分析结果见表6。由表6 可知，两因素交互作用中，植物生长调节剂浓度×植物生长调节剂种类（C×D）对插穗生根指标的影响最大，对生根率、单株生根数、平均不定根长和最长不定根长的影响均达到极显著水平；其次为植物生长调节剂浓度×基质（C×E），对生根率、平均不定根长和最长不定根长的影响均达到极显著水平；植物生长调节剂种类×基质（D×E）交互作用最小，对生根率和平均不定根长的影响达到极显著水平，对最长不定根长的影响达到了显著水平。在植物生长调节剂浓度、植物生长调节剂种类、基质三因素的交互作用（C×D×E）中，对生根率、平均不定根长和最长不定根长的影响达到极显著水平。以上分析结果表明，插穗生根指标主要受3个主因素效应和植物生长调节剂浓度×植物生长调节剂种类交互作用的影响。

表5 不同基质处理中墨脱花椒插穗的生根指标Table 5 Rooting indexes in Z.motuoense cuttings in treatments of different substrates

表6 多因素交互作用下墨脱花椒插穗生根指标的方差分析结果（F 值）Table 6 Results of variance analysis on rooting indexes in Z.motuoense cuttings under interaction of various factors (F value)

2.3 各因素组合中插穗生根效果的综合评价

由于不同处理中各项生根指标差异较大，为了全面客观地反映各组合的扦插效果，采用隶属函数法进行综合评价。在30 个处理组合中取平均隶属函数值排名前10 位的处理（表7）。由表7可知，排名前10 的因素组合中，1 000 mg/L 植物生长调节剂处理占5 个，其中3 个占据前3 位，1 500 mg/L 植物生长调节剂处理占3 个，500 mg/L 植物生长调节剂处理占2 个，表明植物生长调节剂质量浓度在500 ～1500 mg/L 时，插穗生根效果均较好。生长调节剂类型中，IBA+NAA 处理占4 个，NAA 处理和IBA 处理各占3 个，综合来看IBA+NAA 处理效果更好。基质中，细椰糠效果明显好于细草炭土+珍珠岩，以细椰糠为基质的处理在前10 名中占8 个。各因素组合中，植物生长调节剂质量浓度为1 000 mg/L、植物生长调节剂种类为IBA+NAA、基质为细椰糠组合的平均隶属函数值最大（0.707 9），各项生根指标的隶属函数值在前10 名中均最大。因此，进行墨脱花椒扦插时，选择1 000 mg/L IBA+NAA 处理插穗，并以细椰糠为基质效果最佳。

表7 各因素组合对墨脱花椒插穗生根效果影响的隶属函数综合评价†Table 7 Comprehensive evaluation of effects of different factor combinations on rooting of cuttings in Z.motuoense by using membership function method

3 结论与讨论

本研究结果表明，以墨脱花椒茎段为试验材料，可建立起高效的扦插繁殖体系，进行无性系育苗。扦插时，选择墨脱花椒植株茎段下部木质化的硬枝为插穗，扦插生根效果最好。在夏季时进行扦插效果好于春季。析因试验结果表明，插穗生根指标主要受植物生长调节剂浓度及其种类和基质3 个主因素效应和植物生长调节剂浓度×植 物生长调节剂种类交互作用的影响。采用隶属函数法综合评价墨脱花椒扦插生根效果，结果显示：以细椰糠为基质，1 000 mg/L 的IBA+NAA 混合液浸泡插穗10 min，最有利于墨脱花椒插穗生根。

植物扦插生根是一个复杂的生理形态变化过程。从插穗的解剖结构来看，其不定根的发育可分为3 个阶段：第1 阶段为不定根诱导阶段，解剖结构表现为细胞脱分化形成根原始体；第2 阶段为不定根形成阶段，即根原始体分化成可见的根原基；第3 阶段为不定根表达阶段，即根原基发育成不定根并突出茎外成裸眼可见的不定根[16-18]。在这3个阶段中，插穗内部营养物质、激素和相关酶均起着重要作用。插穗内部营养物质是其生根的基础，其中糖类和氮素化合物是维持插穗前期生长和后期生根的主要物质，而糖类中的可溶性糖类是生根所必需的物质[19]。总体上，插穗中可溶性糖含量呈现“下降—升高—下降—升高”的趋势[20-22]。在扦插初期，植物需要消耗能量，导致可溶性糖含量下降；不定根诱导阶段，插穗基部呼吸作用增强，淀粉被水解成可溶性糖；不定根形成与伸长阶段，可溶性糖含量提高，供给根系生长发育所需能量；不定根突出茎外后，植株成活进行光合作用，可溶性糖含量增加。在插穗生根过程中，内源激素的作用机制复杂，其中生长素在不定根形成调控过程中起关键作用，是诱导不定根形成的主要激素[23]， 体现在IAA能诱导愈伤组织和根原基的形成[24-25]。 POD、IAAO、PPO 等与插穗不定根的发生有关。POD 调节生长素的合成与代谢，促进细胞壁形成[26]；IAAO 能够降解IAA，从而影响插穗生 根[27]；PPO 主要是能够催化IAA 形成一种生根辅助因子，从而影响生根[28]。

在本试验中，不同木质化程度插穗的生根效果不一致。基部木质化硬枝插穗的生根效果最好，上部尚未木质化插穗，枝条幼嫩，在扦插过程中易腐烂死亡，生根率低。有研究结果显示，植物内源生长素在顶芽合成后运输积累在植株基部，此外，光合作用产生的有机物质合成后也会朝植株基部运输，导致其内源生长素和有机物质含量最高[29-30]，更有利于不定根的发生。本试验结果显示，墨脱花椒基部木质化枝条具有更高的生根率，该现象是否与其内源激素积累有关尚待深入研究。

在进行析因试验时，取中下部茎段为插穗。结果显示，插穗生根指标主要受植物生长调节剂种类及其浓度和基质3 个主因素效应和植物生长调节剂浓度×植物生长调节剂种类交互作用的影响。植物生长调节剂浓度效应呈现“低促高抑”的现象，这在其他植物扦插生根研究中也有体现[31]。 选择植物生长调节剂种类时，单独使用IBA 处理插穗，提高不定根长和最长不定根长的效果好于单独使用NAA 处理，这与陆秀君等[32]经研究得出的美国红枫扦插结果一致；单独使用NAA 处理插穗，提高生根率和生根数的效果好于单独使用IBA 处理。Cristofori 等[33]经分析认为，这是由于在生长素中IBA 对乙烯诱导能力较低，低浓度乙烯能促进根系的伸长，而NAA 能够在植物体内转化成IBA，再与酚类物质结合形成一种酚酸类复合物，这种物质能促进根原基的形成[34]。混合使用IBA 和NAA 处理插穗后，插穗的各项生根指标显著高于单独使用IBA 和NAA 的处理，说明两者混合后可能会互补，不仅可以促进不定根的伸长生长还可能提高生根数量。这2 种植物生长调节剂混合使用的生根效果好于单一使用的现象在其他植物扦插上也得到了验证[35-37]。

基质是插穗成活和生根的重要因素，对于扦插效果的影响主要在于其保湿性、保温性、透气性及pH 等[38]。本研究结果显示，以细椰糠为基质进行扦插，插穗的生根效果优于以细草炭土+珍珠岩为基质，主要体现在插穗的成活率和生根率更高，单株生根数更多，平均不定根长和最长不定根长更长。细椰糠质地疏松，孔隙大，透气性较好，吸水性强，底部保水性好[39-40]；细草炭土有机质丰富，保水性极好，透气性差；珍珠岩具有一定的保水效果，透气性较强。细草炭土和珍珠岩的混合基质不适合墨脱花椒插穗生根，说明需进一步研究二者最佳基质配比。根据隶属函数综合评价结果来看，选择1 000 mg/L IBA+NAA处理墨脱花椒插穗，且以细椰糠为基质，插穗生根效果最佳。

温度是插穗生根的一个重要外部因素。对于大多数植物来说，适宜的温度能促进其生长发育，较低的温度会诱导植物休眠。本研究结果显示，在夏季进行扦插，插穗的各项生根指标显著高于在春季进行扦插，可能是因为较高的温度促进植物体内POD、IAAO、PPO 等酶的活性，加快了插穗中的各种代谢活动，进而影响生根[38,41]。此外，随着植株生长，夏季插穗体内会积累更多的营养物质，能为不定根的形成提供足够的能量。

一般将插穗生根类型分为3 种：皮部生根型、愈伤组织生根型、混合生根型。多数植物为混合生根型，混合生根型植物较单一生根型更容易生根[16]。从试验结果来看，墨脱花椒插穗绝大多数为基部愈伤组织生根，极少数在皮部产生不定根。综合来看，墨脱花椒插穗为混合生根型。