纳塔栎嫩枝扦插生根过程中的生理变化

乔孝禄，卜晓婷，徐晓华，徐志标，李淑娴

（1.南京林业大学 a.南方现代林业协同创新中心；b.林学院，江苏 南京 210037；2.盐城林蚕站，江苏 盐城 224011；3.盐城林场，江苏 盐城 224136；4.金安区林业发展中心，安徽 六安 237005）

纳塔栎Quercus nuttallii是壳斗科栎属落叶乔木，原产于美国佛罗里达西部及德克萨斯东南部沿海平原。主干直立，树皮灰色或棕色，树冠塔状。叶片边缘深裂呈锯齿状，形状奇特，每年11月初叶片开始变红或呈黄色，挂叶期可至第二年1月份，极具观赏价值，是秋冬季良好的彩叶树种。纳塔栎生长速度中等，耐环境污染，适应能力强，在贫瘠、干旱、偏酸性或碱性土壤下均能很好的生长，是国际上公认的优良园林绿化树种。其木材白色或浅棕色，坚实沉重，纹理美观，是高档家具及装饰用材，具有广阔的应用前景。20世纪末，中国林科院林业研究所、江苏省林科院等多家科研单位开始引种至我国长江流域并广泛种植[1-2]。

纳塔栎以种子繁殖为主，但随着无性系林业的大面积推广，扦插繁殖已成为林木繁殖的一种重要方式。扦插繁殖不仅能够保持母本优良特性、缩短育苗周期，而且具有操作方便、成本低的特点，是一种较常用的快速繁殖方式[3]。但以往对纳塔栎扦插生根研究的报道较少，黄利斌等[4-5]在研究中发现，不同环境对扦插成活率有一定影响：在普通封闭式扦插育苗条件下，其生根率可达8.4%；在全光照喷雾条件下，生根率可提高至24.7%。刘博[6]等研究了预处理对纳塔栎扦插生根的影响，结果发现：用500 mg·L-1的ABT6 处理后插穗的生根率较高，达39.4%。从这些研究中可以发现，纳塔栎扦插的生根率并不是特别高，远不能满足规模生产的需求。植物生长调节剂可以调节插穗内源激素和营养物质的再分配，促进不定根的形成和发育，提高扦插成活率。而有的树种则需要采用混合激素处理才能取得较高的生根率，如姚俊修等[7]在绒毛白蜡Fraxinus velutina嫩枝扦插研究中发现，采用10∶1 的IBA 和NAA 混合激素以400 mg·L-1的浓度处理插穗1 h，扦插成活率达80%。范璐维等[8]在元宝枫Acer rubrum嫩枝扦插研究中也发现，以IBA 200 mg·L-1+NAA 100 mg·L-1的混合激素蘸根1 h，生根率最高，达90%，显著优于单一激素的处理。本研究拟采用不同浓度的混合激素处理插穗，比较嫩枝扦插生根过程中营养物质、内源激素含量的动态变化，研究其对纳塔栎生根的影响，为扦插育苗生产提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于南京市溧水区白马镇南京林业大学白马科研教学科研基地的扦插池内。扦插池南北走向，规格1.2 m×12 m，在扦插池上方使用透明塑料薄膜搭建小拱棚进行保湿。扦插池底层铺15 cm 厚的珍珠岩，上层基质由泥炭和珍珠岩按体积比2∶1 混合而成，厚约20 cm，扦插池中间每隔1 m 设置一个高度为30 cm 的插喷。

1.2 试验材料

插穗制作：8月中旬，选取无病虫害、生长健壮的当年春天培育的纳塔栎实生苗，于扦插当日早晨剪取上部半木质化枝条。将采集的枝条剪成长度为10～12 cm 的插穗，插穗上端平切，下端斜切，每根插穗保留2 个叶片，每个叶片剪去1/2。每30 根插穗为一捆，用湿毛巾覆盖，置于阴凉处待用。

1.3 试验方法

基于前期预试验，本次用不同质量浓度的IBA、NAA 和THB（间苯三酚）混合溶液处理插穗，根据质量浓度的不同设置4 个处理，IBA /NAA/THB 浓度分别为：600/300/50 mg·L-1（处理1）、500/250/50 mg·L-1（处理2）、400/200/50 mg·L-1（处理3）、300/150/50 mg·L-1（处理4），扦插前将插穗在各浓度处理液中浸泡1 h，以清水处理相同时间作为对照（CK）。另设一组处理2、CK 的实验，用于各指标测定时的取样。两组试验均采用完全随机区组设计。每个处理3个重复，每个重复30根插穗。

扦插：株行距为7 cm×10 cm，深度4～6 cm。扦插后，每7 d 喷施一次500 倍多菌灵溶液。扦插池内温度过高时需在拱棚外搭遮阳网以降低棚内温度。

1.4 生根形态观察与统计

扦插后每隔10 d 进行生根情况观测，观察愈伤组织出现、不定根出现、不定根生长需要的时间。于扦插50 d 后统计各处理的愈伤率（%）、生根率（%）、生根个数（个）和平均根长（cm）。愈伤率指各处理形成愈伤组织的插穗数占总插穗数的百分比；生根率为各处理生根的插穗数占总插穗数的百分比。

1.5 生理指标测定

于扦插后第0、10、20、30、40、50 d，测定CK 与处理2 插穗中营养物质、内源激素含量的变化。每个处理每次随机选取插穗5 根，重复3 次，清水洗净后，迅速将基部的韧皮部剥下，剪碎后放入-80℃的超低温冰箱中保存备用。

营养物质含量测定：分别称取插穗基部韧皮组织0.2 g，用于测定可溶性糖和可溶性蛋白含量，测定方法参照李合生的方法[9]。

内标法测定内源激素含量：称取插穗基部韧皮组织1.0 g，剪碎，加入少量石英砂于研钵中研磨，参照欧阳芳群等[10]的方法；以Agilent 1290 高效液相色谱仪测定插穗内IAA、ABA、ZT、GA3的含量，并在提取液中加入相应的内标物质校正检验结果。

1.6 数据处理

采用Excel 2013 软件录入试验数据并进行图表制作，使用SPSS 17.0 软件对数据进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 插穗生根情况

观察纳塔栎嫩枝扦插的生根变化时发现，插穗生根类型多为愈伤组织生根型，少数为综合生根型。纳塔栎插穗不定根的形成可大致划分为3个阶段（图1），愈伤组织出现阶段（图1a）、不定根诱生阶段（图1b）和不定根伸长阶段（图1c），以处理2 为例，达到各阶段需要的时间分别为扦插后0～10 d、11～20 d、21～50 d。观察时还发现，植物生长调节剂对纳塔栎扦插生根有显著影响，对照组愈伤组织和不定根形成的时间明显迟于处理组。

不同处理纳塔栎生根情况见表1。从表1可以看出：经过不同浓度的生长调节剂处理后，插穗的愈伤率无显著差异，且都在95.0%以上，远高于对照的50.1%。但各处理的生根率差异较大，其中处理2 的生根率最高，为88.8%，处理3 次之，为87.8%，但二者差异不显著，二者的生根率分别是CK 的8.6、8.5 倍。处理2 不仅生根率较高，一级根数也比较多，是CK 的4.3 倍，但该处理的一级根数要显著低于处理4。所有处理中，处理1 的一级根长最短，并且显著低于CK；处理2 与对照组一级根长差异不显著。

图1 纳塔栎插穗不定根形成过程Fig.1 Duration of adventitious root formation of Quercus nuttallii cuttings

表1 不同处理对纳塔栎扦插生根的影响†Table 1 Effects of different treatments on the rooting of Quercus nuttallii cuttings

2.2 纳塔栎扦插生根过程中插穗内营养物质含量的变化

生根过程中，处理2 与CK 插穗内营养物质含量的变化趋势一致，其中可溶性糖含量呈“下降—上升—下降”的趋势，而可溶性蛋白含量则呈“上升—下降”的变化趋势。从图2A 中可以看出，处理组极显著地提高了可溶性糖的积累速度，扦插10 d 后，处理样本中的可溶性糖含量达到峰值，比同期的CK 显著增加了25%，达到峰值的时间较CK 提前了10 d。从图2B 中可以看出，激素处理同样加快了可溶性蛋白的消耗速度，处理组谷值出现的时间在扦插后第30 d，其含量比同期的CK 显著减少了20%。从图2中还可以发现，虽然处理组和对照峰值出现的时间不一样，但二者峰值（可溶性糖含量的最大值、可溶性蛋白含量的最小值）差异不显著。

图2 插穗生根过程中营养物质含量的变化Fig.2 Changes of nutritions during the softwood cuttings

2.3 扦插生根过程中插穗内源激素含量的变化

纳塔栎生根过程中，处理组与CK 插穗内源激素含量的变化趋势相似（图3），从图3A 中可以看出，生根过程中IAA 含量呈“上升—下降—上升”的变化趋势，但处理组IAA 在插穗内聚集的速度更快，扦插20 d 后，IAA 含量达到峰值，其峰值出现时间较CK 提前了10 d，但处理组与CK 组IAA 含量的峰值差异不显著。从图3B 中可看出，扦插过程中ABA 的含量呈“上升—下降”的变化趋势，处理组插穗内ABA 含量在第10 d 达到最大值后急剧下降，而CK 则在20 d 达到最大值，随后缓慢下降。处理组ABA 的含量在第20 d较同期CK 显著降低了14%，50 d 时，二者的差异达到最大，处理组较CK 显著降低了78%。GA3的变化趋势与ABA 相同（图3C）。第10 d 时，处理组GA3含量较0 d 时略有增加，但差异不显著，随后迅速下降，30 d 时GA3含量较最高值降低了54%，后呈缓慢下降趋势。CK 组中GA3含量在20 d 时达到最大值，此含量与处理组10 d 时的最大值无显著差异，但与同期处理组含量差异显著。激素处理极显著地提高了插穗内ZT的聚集速度（图3D），当处理组插穗中的ZT 含量达到峰值时，其含量比同期CK 组显著提高了53%，达到峰值的时间较CK 提前了10 d，同上述几个指标，处理组与CK 峰值时插穗内ZT 的含量差异不显著。

3 结论与讨论

大量研究表明，选择适宜的外源激素，并在恰当的浓度、处理时间下可以提高扦插的生根水平[11]。本研究中，将插穗在浓度为500，250，50 mg·L-1的IBA /NAA/THB（处理2）的混合溶液中浸泡1 h 的处理，生根效果最好，生根率为88.8%，一级根数为4.3条，分别为CK的8.6、4.3倍，而浓度为IBA /NAA/THB（300/150/50）mg·L-1（处理3）的混合溶液处理插穗1 h，其各生根指标与处理2 均无明显差异，对于规模化生产育苗，处理3 更经济实惠。

图3 插穗生根过程中内源激素含量动态变化Fig.3 Dynamics changes of endogenous hormones during the rooting process of cutting propagation

纳塔栎扦插生根过程包括3 个阶段，即愈伤组织的产生（0～10 d）、不定根诱生（11～20 d）和伸长阶段（21～50 d）。以往的研究表明，不定根的生长需要消耗大量的营养物质[12]，而外施植物生长调节剂能够提高插穗中蛋白质的合成能力[13]。本研究发现，插穗中可溶性蛋白含量在纳塔栎不定根诱生阶段上升，为后期不定根的形成提供营养基础，这与吕明霞[14]和郭素娟等[15]的研究结果相同；之后由于不定根的生长，消耗了较多的可溶性蛋白，因此在不定根诱生阶段，可溶性蛋白含量呈下降趋势，这与Rout 等[16]的研究结果一致。可溶性糖也是扦插生根的主要营养物质，其含量的高低对不定根的形成同样起着决定性作用[17]。本研究中，纳塔栎不定根形成前，可溶性糖含量呈“先下降、后上升”的趋势，原因可能是刚扦插时会消耗插穗体内部分可溶性糖以维持其正常生命活动的需求，后来由于自身的光合作用以及淀粉等大分子营养物质的分解产生了较多的可溶性糖，导致其含量上升。纳塔栎生根过程中，经过处理的插穗内营养物质含量变化趋势与CK 相似，并且峰值的结果与CK 差异也不显著，这与董胜君等[18]和曾炳山等[19]的研究结果一致。

IAA 是促进插穗生根的主要激素之一，其含量越高，越有利于根原基的形成和分化[20]。本研究中，处理组插穗内IAA 含量呈现“升高—降低—升高”的变化趋势，并在第20 d 即不定根诱生阶段达到峰值，愈伤组织出现后插穗内IAA 含量开始下降，不定根形成后插穗自身会合成IAA，使其含量再次升高；ABA 含量在生根过程中先缓慢上升随后呈持续下降趋势，特别是在不定根伸长阶段即扦插后第50 d 时，其含量较0 d 时下降了84.3%，说明低含量的ABA 有利于不定根的形成和生长，这与前人的研究结果基本一致[21]。而詹亚光、张晓平等在关于ABA 的动态变化研究中发现，ABA 含量变化呈现“下降—上升—下降”的趋势[22-23]，与本研究结果不太一致，原因可能是实验材料、方法等的不同导致ABA 的变化趋势略有不同。扦插中ABA 的含量究竟如何变化还有待进一步研究。郭素娟认为，低水平GA3可以促进不定根形成，高水平则抑制不定根形成[24]。本研究也发现：在扦插前10 d，GA3含量微微上升，而在不定根发生阶段，其含量迅速下降，这与孙旭东等[25]对色木槭Acer mono嫩枝扦插中GA3含量变化的研究结果一致；处理组插穗内的ZT 含量呈现“先上升、后下降”的变化趋势，且在不定根诱生阶段出现峰值，表明高浓度的ZT 同样不利于不定根的形成，这与曹凡等[26]对美国山核桃Carya illinoinensis扦插的研究结果相似。

本研究中，CK 组各指标的变化趋势与处理组一致，但CK 组达到峰值的时间均较处理组推迟了10 d，说明植物生长调节剂处理插穗会缩短不定根发生时间，且对根源基的诱导有着重要作用[27]。

本研究描述了纳塔栎插穗的生根进程，对生根过程中营养物质和内源激素含量的变化进行了研究，为纳塔栎的无性繁殖提供了一定的参考。但纳塔栎插穗生根是个复杂的过程，生根过程中多种氧化酶活性的变化还有待进一步研究。除了上述物质会对扦插生根过程产生影响，植物体内还可能存在某些抑制生根的物质，韩继红等[28]研究无患子硬枝扦插时发现，多酚类物质对愈伤组织的形成、不定根的生长和发育有较明显的抑制作用；王瑞等[29]在油茶穗条内生根抑制物的研究中指出，不同类型的穗条提取液中均存在酸类、酚类生根抑制物质。但本文未对抑制纳塔栎生根的代谢物质进行研究，今后有必要开展此类研究，为植物扦插生根提供新的思路与思考。