ABT-1处理对树头菜扦插生根及生理生化特性的影响

李世民，郑鑫华，段华超，董 琼

（西南林业大学 林学院/西南地区生物多样性保育国家林业局重点实验室，云南 昆明 650224）

【研究意义】树头菜（Crateva unilocalaris）是山柑科鱼木属的一种乔木，主要分布于东南亚及我国的广东、广西、云南等地区。云南石屏、建水等地取嫩叶盐渍食用，故有树头菜之名[1]。树头菜营养丰富，含有丰富的蛋白质、胡萝卜素、维生素及各种矿物盐类，且含量均高于常见栽培蔬菜[2-3]，还具清热解毒、健胃以及舒筋活络之功效[4]，并可做良好的行道绿化树种，其生态效益显著[4]。近年来由于生态环境的破坏，野生树头菜植物资源正在逐渐减少[5]。因此，亟需加大对树头菜繁育技术的研究，实现树头菜资源的扩大和推广利用，从而真正实现其资源的有效保护和合理利用。【前人研究进展】扦插生根过程中可溶性糖、可溶性蛋白含量在整个过程中都发生各自的变化[6]。研究发现，当植物体内可溶性糖含量相对提高时，可显著利于插穗生根[7-8]。生根剂处理能明显提高马尾松插穗基部可溶性糖的积累，促进不定根的形成[9]。曹凡[10]和沈琪[11]认为插穗不定根形成过程中，需要消耗大量的可溶性糖和可溶性蛋白，因此当两者含量提高时，有助于扦插生根。许多研究表明，过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶CAT、超氧化物歧化酶（SOD）的活性变化与不定根的形成与发展有着密切的关系，但说法各异。POD 可以消除插穗体内过多的内源IAA，进而影响插穗生根[12]。SOD 能有效清除超氧阴离子自由基，减轻对细胞膜的伤害，从而促进不定根的诱导，以及降低扦插后期插穗内POD 活性，利于不定根的增多与伸长，从而使插穗形成完整的植株[13]。MDA 是膜脂过氧化作用的最终分解产物，对植物细胞具有毒害作用，其含量过高时导致植物插穗生根不良甚至萎蔫枯死[14-15]。因此，通过调控植物体内营养物质含量及抗氧化酶保护系统活性变化来抑制插穗体内毒害物质水平，是提高插穗生根的有效途径之一[16]。【本研究切入点】目前，树头菜扦插繁殖方面的报道多集中于基质筛选、激素处理等对插穗生根的技术研究[17-19]，其插穗扦插生根与生理生化指标的关系尚不清楚。【拟解决的关键问题】为此，本研究探讨了ABT-1 对树头菜扦插生根的影响，以及生根过程中插穗生理生化指标的变化，分析树头菜插穗生根过程，探寻树头菜的生根机制，为建立高效的树头菜扦插繁殖体系提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于云南省昆明市西南林业大学树木园（25°03'N，102°45'E），地处云贵高原中部。昆明属山原地貌，海拔为1 954 m，年平均气温16.5 ℃，年均降雨量700～1 100 mm，降雨集中在6—9 月，无霜期278 d，属于北亚热带低纬度半湿润高原山地季风性气候。试验地土壤理化指标，pH 5.45，总质量1.26 g/cm3，总氮1.44 g/kg，总磷0.83 g/kg，总钾8.82 g/kg，总钙0.56 g/kg，镁0.12 g/kg，铁41.10 g/kg。

1.2 试验材料

插穗来自云南省建水县健壮无病虫害株上一年生枝条，插穗上端切成表面光滑的平口，下端切成斜口，以株行距20 cm×20 cm直插，入土5 cm，外露1～2个芽眼。

ABT-1（1号生根粉），是作物的一种外源性生长调节剂，其有效成分为吲哚乙酸和萘乙酸，生根粉对于促进作物的生根有着显著的效果，因此，有着广泛的应用[20]。

1.3 试验设计

试验采用单因素设计，参考郑鑫华等[19]研究结果，用ABT-1 质量浓度分别为50，100，150，0 mg/L（清水对照，CK）溶液浸泡插穗基部3 h，分别记为T1、T2、T3、T4 处理。每个处理90 株，重复3 次，共计360 株。树头菜插穗扦插生根生长过程中，测定其新梢部位超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶CAT 的活性及丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白等的含量。扦插前一天用3%的高锰酸钾浇淋土壤进行消毒。

1.4 插后管理

扦插后将插穗按紧，均匀浇一次水至墒面似有水非水，并加盖塑料薄膜和70%遮荫网。保持土壤潮湿，初期每隔一天浇一次水，后期插穗生根之后5～10 d浇一次水，保持湿度在75%～90%，温度过高时，揭开两边塑料薄膜及时通风透气，保持温度20～25 ℃，有蚜虫时用40%乐果1 000～1 500 倍液进行喷雾防治。采用多菌灵溶液进行喷洒预防树头菜插穗顶部病菌感染产生霉变。

1.5 生根性状与指标测定方法

1.5.1 生根指标 扦插6个月后，对扦插苗生根性状进行测定与获取，每处理选取6株树头菜幼苗，将整株挖出并保持其根系完整，用清水冲洗根系泥土后将其放置阴凉处风干外部水分，测其生根率（大于1 mm）、生根量、根粗、根长、生根指数、根系效果指数[21-22]。

1.5.2 营养物质含量、MDA及酶活性测定 扦插成活后，每隔30 d取样1次，共5次，取插穗新梢，将样品剪碎混合均匀，放入-80 ℃低温冰箱保存，等待检测。参照路文静《植物生理学实验教程第二版》[23]，可溶性蛋白测定用考马斯亮蓝G-250染色法，可溶性糖测定用蒽酮比色法，丙二醛（MDA）测定用硫代巴比妥酸（TBA）法，超氧化物歧化酶（SOD）活性用NBT光还原法，过氧化氢酶（CAT）活性用碘量滴定法，过氧化物酶（POD）活性测定用愈创木酚比色法。

1.6 数据统计与分析

采用Excel 2016整理数据，oringin8.0绘图；利用SPSS26.0统计分析软件对插穗生根指标进行单因素方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 树头菜扦插生根进程

本次试验中，树头菜插穗不定根多在愈伤组织和皮部中形成，愈伤组织生根在95%以上，少部分是皮孔生根。另外树头菜插穗生根较慢，插后约30 d才开始有愈伤组织形成，45 d左右后开始生根，90 d后生长稳定。

2.2 ABT-1对树头菜扦插生根的影响

由表1、表2可知，各处理间8项生根指标存在显著性差异（P＜0.05）。从表1可知，生根率以T2最高，达86.7%，T1、T3分别为82.2%和80%，CK 处理最低；平均根数以T3处理最多，12.11 条，T1处理次之，达11.67条，且T2处理大于对照组；最长根长以T3处理最长（40.55 cm），CK处理最短（15.57 cm）；平均根长以T3处理最长（17.96 cm）；由表2 可知，平均根粗、最大根系直径、生根指数以及根系效果指数以T3处理最大，T1、T2处理显著（P＜0.01）大于CK。

表1 树头菜扦插生根各项指标LSD多重比较Tab.1 Multiple comparison of LSD of various rooting indexes in cuttings of Crateva unilocularis

表2 树头菜扦插生根各项指标LSD多重比较Tab.2 Multiple comparison of LSD of various rooting indexes in cuttings of Crateva unilocularis

2.3 扦插过程中新枝生长节律分析

由图1可知，树头菜扦插后的生长以一定斜率快速生长，不同处理间生长速度各不相同，整个过程中处理组的生长速度始终高于对照组，这与上述各生根指标生长趋势相似。

2.4 扦插过程中营养物质含量的变化

2.4.1 可溶性蛋白含量的变化 由图2 可知，树头菜扦插生长过程中处理组和对照组可溶性蛋白质含量变化总体呈上升—下降—再上升的变化趋势。初始30～60 d 内，可溶性蛋白含量快速增长，且明显高于120～150 d 内，并在第60 天达到峰值，推测其为愈伤组织的形成及不定根诱导形成提供营养物质基础。中期60～120 d 内，可溶性蛋白的含量开始急速下降，这是因为不定根诱导形成过程中消耗了大量的蛋白质。120 d 以后又开始增长，说明后期随着树头菜插穗新枝的生长，叶的光合作用和根吸收的营养物质也在不断地转化为蛋白质，所以可溶性蛋白的含量缓慢上升。从图2 还可看出，各ABT-1 处理组前期、中期以及后期的含量明显高于空白组（清水处理），高蛋白质有利于早期扦插幼苗的生长。

图1 扦插生根过程中新梢长、直径随时间变化Fig.1 The length and diameter of new shoots change with time during the rooting process of cuttings

2.4.2 可溶性糖含量的变化 如图3 所示，树头菜扦插过程中ABT-1 处理组插穗中可溶性糖含量总体上呈现下降—上升趋势。ABT-1处理组在30～60 d内可溶性糖含量逐渐减少，此过程中有愈伤组织和不定根的形成，呼吸作用加强，可溶性糖被大量消耗以保证能量供应，导致含量下降，在60 d 降至最低，随后开始上升，原因是新枝叶片光合作用产生的光合产物和根吸收营养物质增多开始积累可溶性糖；由图1 也可知，新枝生长在60～120 d 内为速生长期，此时段进行的光合作用用以积累可溶性糖，正与此相对应。另外，处理组在第120天达到第1个峰值，而对照组在第90天就已经达到第1个峰值。由图3可知，整个过程中，经激素处理的树头菜插穗中可溶性糖含量始终高于空白处理，可能是激素组的插穗产生愈伤组织较快、生根长度及粗度等皆优于空白处理，即激素对扦插生根具有显著的促进作用，并能够促进插穗吸收外界营养物质。

图2 扦插生根过程中可溶性蛋白含量随时间变化Fig.2 The content of soluble protein changed with time during the rooting process of cuttings

图3 扦插生根过程中可溶性糖含量随时间变化Fig.3 The content of soluble sugar changed with time during the rooting process of cuttings

2.5 扦插过程中酶活性的动态变化

2.5.1 POD 活性的动态变化 由图4 可知，树头菜扦插生根过程中，对照组与不同浓度ABT-1 处理的POD 活性变化趋势相同，均为上升—下降—上升趋势，但经激素处理后的POD 活性显著高于对照组，说明植物生长调节剂的施用能够有效提高植物插穗POD 活性。在扦插初期POD 活性逐渐上升，可能是因为POD 活性升高可促进植物插穗生成根系，随着扦插时间推移，在不定根的表达阶段，POD 活性下降且逐渐处于较低水平，此时有利于不定根的伸长生长，随后，POD 活性又逐渐升高，可能是由于根系细胞壁、维管组织形成、根的木质化等需大量木质素，此时需要高活性的POD 酶参与植株体内酚类物质氧化以保证根系生长对木质素含量的要求。激素组POD 活性的变化速度大于空白组。

图4 扦插生根过程中POD活性随时间的动态变化Fig.4 The dynamic changes of POD activity with time during the rooting process of cuttings

图5 扦插生根过程中SOD活性随时间的动态变化Fig.5 The dynamic changes of SOD activity with time during the rooting process of cuttings

2.5.2 SOD活性的动态变化 由图5可知，30～90 d内处理组SOD活性升高，60 d出现第1个峰值，90 d出现第2个峰值。扦插后，植株插穗内部会产生和聚集对植物造成严重伤害的氧自由基和有害性脂类过氧化物，而当这些物质含量增多时将会刺激SOD 活性，SOD 活性升高以消除对植物有害的自由基，有利于对树头菜扦插前期插穗新枝的生长、愈伤组织的产生和不定根的形成。90 d 后随着大量不定根的形成以及新枝的光合能力的增强，插穗内各种生命活动恢复正常水平，SOD 活性开始持续下降。对照组SOD活性在30 d 并开始持续降低，60 d 降至最低点，随后其变化趋势与处理组相同，但其活性无论是增量还是减量都小于处理组，可见植物生长调节剂处理不仅可以使生根时间提前，对于保护离体插穗免受外界胁迫也有着重要作用。

2.5.3 CAT 活性的动态变化 过氧化氢酶（CAT）是植物在逆境条件下酶促防御系统的关键酶之一，它通过与其他氧化酶类协同作用，提高植物对外界环境的适应性。试验中对树头菜插穗内CAT 活性测定表明（图6），处理组新枝内CAT 活性先升高再下降再升高。60 d 出现第1 个峰值，活性较小，90 d 出现第2 个峰值，其活性明显高于60 d；90 d 后其活性开始下降，120 d 下降至最低点。对照组插穗内的CAT 活性30 d开始下降，随后其变化趋势与处理组相同，说明ABT-1处理插穗，极大的刺激了CAT活性，有利于插穗提前生根。

图6 树头菜扦插生根过程中CAT活性随时间的动态变化Fig.6 The dynamic changes of POD activity with time during the rooting process of cuttings

图7 树头菜扦插生根过程中MDA含量随时间的动态变化Fig.7 The dynamic change of MDA content with time during the rooting process of cuttings

2.6 扦插过程中MDA含量的动态变化

由图7 可知，插穗离体后水分蒸发较快，受损严重，处理组MDA 含量小幅上升。60 d 后随着SOD活性升高、愈伤组织及不定根的形成，插穗内MDA 含量逐步下降，90 d 时下降至最低点。对照组中，树头菜插穗内MDA 含量变化趋势与处理组大致相同，但在整个过程中其含量明显高于处理组，可见植物生长调节剂处理的插穗受逆境胁迫程度更小、时间更短。树头菜插穗脱离母株转移至基质过程中受到胁迫，初期植株体内MDA 上升，后期插穗愈伤组织形成并长出根系后，植株自身愈合能力升高，其MDA 含量也逐渐下降，而新植株抗性较弱，自我保护能力还不够，因而其MDA 含量转为缓慢升高再逐渐趋于平衡。

3 结论与讨论

3.1 ABT-1处理对树头菜插穗生根的影响

本次研究，树头菜扦插后30 d左右有愈伤组织产生，45 d左右才开始有不定根形成，90 d生长稳定，根据形态学观察发现树头菜插穗扦插，多为愈伤组织生根，皮部生根较少，这与郑鑫华等[19]研究结果相同。插穗生根过程中，植物生长调节剂的处理能有效影响离体插穗的不定根再生能力。本试验中，150 mg/L ABT-1为试验最优处理，其生根率为82.2%，生根指数为1.12。100 mg/L ABT-1处理插穗生根率最高，为86.7%，但其余各项指标皆小于150 mg/L ABT-1处理组。另外，处理组各项指标皆显著（P＜0.05）高于CK，说明ABT-1 对树头菜插穗扦插生根具有明显的促进作用，且不同质量浓度之间扦插生根效果存在一定的差异，这与李晓玲等[24]和王雪萍等[25]在野葛和茶树扦插试验观点相似。

3.2 ABT-1处理对树头菜插穗内营养物质含量的影响

插穗内营养物质含量是影响其生根的重要因素，它们为插穗生根和植物正常生长提供物质和能量[26-27]。张忠微等[28]研究发现，ABT 处理影响了插穗体内可溶性糖类和蛋白质的积累消耗。本试验中，扦插初期可溶性糖含量快速下降，由此推测，愈伤组织的形成以及不定根的产生需要消耗可溶性糖，相比ABT-1 处理组，对照组可溶性糖含量偏低，说明ABT-1 可提高树头菜插穗内可溶性糖含量，促进不定根形成。后期，可溶性糖含量上升，推测新枝生长其叶片光合作用能力加强，加速了可溶性糖的积累。刘玉民等[29]在马尾松（Pinus massoniana）的扦插试验中发现，处理组和对照组可溶性糖含量呈先升高后下降的趋势，与本试验结果相反，原因可能是取自不同树种的插穗内可溶性糖原始含量不同以及芽生长分化速度上的差异。而陈晨等[30]在纳塔栎（Quercus nuttallii）扦插试验中发现，不定根形成期处理组可溶性糖含量显著（P＜0.05）高于对照组，且变化趋势与本试验相同。可溶性蛋白含量前期上升，后期下降后又升高，推测是愈伤组织的出现需要积累可溶性蛋白，而不定根的生长以及新细胞的形成需要消耗可溶性蛋白，对照组与ABT-1 处理组可溶性蛋白变化趋势一致，相比ABT-1 处理组，对照组可溶性蛋白含量偏低。由此可见，ABT-1 处理可提高插穗内可溶性蛋白的积累，进而促进不定根的生长发育。

3.3 ABT-1处理对树头菜插穗内相关酶活性及MDA含量的影响

植物离体扦插过程中POD 活性的变化与不定根的形成有密切关系[31]。本次试验，插穗生根过程中对照组与处理组POD活性总体变化趋势相同，相比ABT-1处理组，对照组POD活性偏低，说明ABT-1处理能够显著提高插穗POD活性，有效促进根系的形成。

SOD 和CAT 是酶保护系统中的2 种酶，其中SOD 处于核心地位，能有效的清除自由基，高SOD 和CAT 活性可以提高植物抗逆性[32]。本试验，ABT-1 处理组SOD 活性在愈伤组织形成过程中处于上升状态，且不定根诱导及表达阶段小幅度升高，增强了离体插穗的抗逆性；不定根伸长阶段SOD 活性大幅度升高，起到促进生根及根伸长的作用；陈晨等[30]在纳塔栎扦插研究中略有不同，其随着愈伤组织的出现，SOD活性逐渐降低，推测可能是不同植物插穗体内的SOD含量各有差异。另外，对照组SOD活性在不定根诱导及表达阶段减少，后期变化趋势与处理组相同，且其活性始终低于ABT-1 处理组，说明ABT-1 处理可以提前激发SOD活性，提高离体插穗的抗逆能力。CAT能有效地阻止H2O2等的积累，限制自由基对膜脂过氧化的启动及危害[33]。本次试验，CAT 活性变化与SOD 活性变化趋势基本一致，与其他氧化酶类起到协同作用，提高植物对外界环境的适应性。

当植物遇到不良环境时，自由基迅速增加，超过一定阈值会引起膜脂过氧化，产生丙二醛（malo‑naldehyde，MDA），MDA 使蛋白质交联聚合，引起酶、蛋白质失活，膜完整性受到破坏[34]，所以其含量不仅可以用来衡量植物受损程度，而且还是鉴别植物发生衰老的指标之一[35]。树头菜扦插过程中，MDA 含量在扦插初期小幅上升，此时插穗离体，受到较强的环境胁迫；而当SOD 活性升高以及不定根大量形成及伸长，插穗内各项生命活性恢复正常，生长代谢趋于稳定，MDA 含量逐渐下降。相比ABT-1 处理组，对照组MDA 含量较高，说明ABT-1 处理能有效抑制插穗内MDA 的产生，提高插穗的防御能力。

综上所述，ABT-1 处理可显著影响与生根相关的营养物质含量、氧化酶活性，以及抑制MDA 的产生，从而促进不定根形成。植物插穗生根过程的机制较为复杂，影响树头菜插穗生根的生理生化因素也是多方面的，故深入研究其扦插繁殖的生根机制仍需要大量实践探索，以及通过分子手段进一步探索研究。本研究中树头菜150 mg/L ABT-1 处理的插穗生根效果最好，可为树头菜扦插生产提供技术支持和理论依据。