外源生长素质量浓度和扦插基质对色木槭嫩枝扦插生根的影响

周鑫鑫，李茹月，臧世阳，堃芃，杨玲

(林木遗传育种国家重点实验室(东北林业大学)，哈尔滨 150040)

0 引言

扦插是木本植物营养繁殖的理想方法[1-2]，常见的扦插方式有嫩枝扦插和硬枝扦插。嫩枝扦插一般采用木质化低、分化能力强的嫩枝，插穗采集时间为当年夏季，但夏季温度过高容易造成插穗基部腐烂，应注意控制空气温度以及湿度。硬枝扦插通常选用成熟度较高的1年生或2年生枝条，多于春季和秋季进行，硬枝扦插取材方便容易，可借助大棚设备克服天气等不足，但相比嫩枝扦插生根率较低、繁殖量较小。扦插生根是外在因素与内在因素共同作用的结果，外源激素种类[3-4]、叶片保留数量[5-6]、顶芽处理[7]和扦插深度[8-9]均是影响扦插生根率的外在因素。外源激素是难生根树种扦插生根的必要条件，外源激素的处理可以促进嫩枝扦插生根，但对硬枝扦插生根效果较差[10]。生长素在促进插穗不定根的萌生和生长方面发挥关键作用[11]。母树和枝条的年龄、枝条的部位及发育情况均是扦插生根效果的内在因素，幼龄的枝条要比熟龄的枝条产生不定根的能力强，成熟插条基部中的游离生长素高度失活，阻碍不定根形成[12]；随着植物年龄的生长，IAA含量和生物合成减少导致插穗产生不定根的能力迅速下降[13]；在美国红枫扦插试验中发现半木质化的枝段更容易形成愈伤组织，形成不定根[14]。

色木槭(AcermonoMaxim.)属于槭树科(Aceracear)槭属(Acer)，又名五角枫，广泛分布于中国东北地区，在华南地区呈零星分布[15]。该树种为多年生乔木或灌木，具有独特的树形、叶形、叶色和林相，拥有区别其他树种的美学特性，具有较高的观赏价值和材用价值，市场前景广阔[16]。曹申全等[17]对张广才岭地区紫红叶色木槭的种子进行了播种试验，子代苗期秋季叶仍为紫红色的仅有20%，失去了母本的优良性状，因此为更好地保留色木槭母株优良性状，需建立无性系扦插繁殖技术，解决优良性状保留等问题。但色木槭为扦插较难生根树种[18]，孙旭东等[18]以两年生色木槭幼苗的嫩枝插穗为试验材料，研究了不同种类生根剂、叶片保留数、顶芽处理和扦插深度对色木槭嫩枝扦插生根的影响，发现NAA+IBA混合试剂速蘸能使得生根效果达到最好，为52.50%，保留2个半叶片和无顶芽处理使得新生根数量和长度均达到最高水平，而扦插深度为2 cm时可以达到最好的生根效果。但缺少对色木槭嫩枝扦插最佳激素质量浓度的探究，同时最佳基质的筛选也未见报道，对于色木槭扦插试验过程中出现生根率低、腐烂率高等问题未能较好地解决。因此，亟须建立一整套较为完整的色木槭嫩枝扦插体系[19]。

本文以色木槭当年生半木质化枝段作为试验材料，设置不同外源激素(NAA+IBA)质量浓度和不同基质类型进行扦插试验，在扦插后不同时间分析各处理的插穗生根指标和根系发育质量，探索促进色木槭嫩枝扦插生根的最佳激素质量浓度和基质，优化色木槭嫩枝扦插繁殖技术，为生产实践中色木槭良种选育、优树快速繁育提供技术支持，为进一步挖掘色木槭作为观赏性彩叶树种的价值奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料色木槭插穗取自东北林业大学帽儿山实验林场，为人工栽培的7 年生健壮无病虫害植株。

珍珠岩和蛭石来自厚普矿业材料厂，泥炭土为PindStrup品牌基质。扦插前基质使用质量浓度0.5%的KMnO4溶液浸泡24 h后用自来水清洗干净为止。

1.2 试验设计

1.2.1 插穗的采集与制作

于2021年7月采集色木槭母株中下部枝条后及时用保温箱运输至东北林业大学温室内，用冷水喷湿放置阴凉处备用。取枝条的半木质化部分，剪为6～10 cm的插穗，并使用1 000倍的多菌灵进行一次速蘸消毒。除去插穗基部叶片，保留顶端2个半叶片，在距离插穗下剪口最下端芽1 cm处削为马蹄形，随剪随用。

1.2.2 外源激素质量浓度

采用单因素完全随机区组试验设计，分别使用质量浓度为0、500、1 000、1 500、2 000 mg/L的NAA+IBA(1∶1)混合试剂对插穗基部进行速蘸处理，静置2 min后扦插到珍珠岩基质中。共5个处理，每个处理4次重复，每次重复24个插穗，共计480个插穗。扦插时使用与插穗粗度相近的木棍打孔深度2～3 cm，扦插后使插穗与珍珠岩紧密接触，插穗叶片保持同一方向。扦插完成后启动自动喷雾设置，保持插穗叶面湿润，基质及插穗每周喷洒1 000倍多菌灵进行消毒。

1.2.3 不同基质类型

采用单因素完全随机区组试验设计，使用质量浓度为1 500 mg/L的NAA+IBA(1∶1)混合试剂速蘸，静置2 min后分别扦插于蛭石、泥炭土、珍珠岩+蛭石和珍珠岩4种基质中，保持基质与插穗基部紧密结合，共4个处理，每个处理4次重复，每次重复24个插穗，共计384个插穗。扦插后处理方法与激素处理方法一致。

1.2.4 苗床及试验条件

试验于温室内进行，苗床长20 m、宽1.5 m，采用长、宽、高分别为37、30、7.5 cm的底部有渗漏孔的黑色育苗盘，苗床上建有弧形、高0.8 m的塑料小棚，塑料棚内采用自动喷雾设施(日间每2 h喷2 min，夜间每4 h喷2 min)，保持温度在26～31 ℃、湿度在70%～80%。塑料棚外覆盖可移动的70%的黑色遮阴网，调节光照强度。通过塑料棚两端通风以及温室降温系统控制塑料棚内温度。

1.3 指标观测与数据分析

每个处理4次重复，每次重复24个插穗，每个育苗盘内按6×4扦插分布，于扦插后的20、30、40、50 d分别取样，每次取样分别从每盘中随机取一行6条，共取24条插穗(4盘 × 6条)。观察是否生成愈伤组织或生根。将取出的插穗根部清洗干净，除去根上杂质，用直尺测量其长度，记录生根数量以及生根长度，计算腐烂率、生根率、总根数和新生根总长度。

腐烂率(%)= 每个重复的腐烂株数×100/每个重复的抽样数。

愈伤率(%)= 每个重复的生成愈伤组织株数×100/每个重复的抽样数。

生根率(%)= 每个重复的生根株数×100/每个重复的抽样数。

总根数(条)= 每个重复的总新生根数/每个重复的生根插穗数。

新生根总长度(cm)= 每个重复的总新生根长度/每个重复的生根插穗数。

1.4 数据处理与统计分析

试验取得的数据使用Microsoft Excel 2019进行数据统计，SPSS19.0进行单因素方差分析和Duncan多重比较(ɑ = 0.05, ɑ = 0.01)，用sigmaPlot(2011，v.12.5，SYSTAT，美国)软件作图。

2 结果与分析

2.1 色木槭嫩枝扦插生根特点及过程

色木槭嫩枝扦插生根类型有3种，愈伤组织生根、皮部生根、愈伤组织与皮部双向生根，如图1所示。在所有的生根类型中，愈伤生根占80%，且所生根的数量与质量均优于皮部生根。在扦插后的15 d左右，相继在切口处有愈伤突起，切口皮部裂开，此时维管形成层的细胞恢复分裂能力，向外增生形成分生组织，之后突起的愈伤组织不断变大，如图2(a)所示；扦插第25天时愈伤组织处长出不定根，不断发育长大，如图2(b)和图2(c)所示；30 d时，产生的不定根不断长大，如图2(d)所示；至50 d时，根系在一级根上产生分枝根，此时，插穗具有较为完整的根系，如图2(e)所示。

图1 色木槭嫩枝插穗3种生根类型

图2 色木槭嫩枝扦插中不定根形成过程

2.2 外源激素质量浓度对色木槭嫩枝扦插生根的影响

色木槭嫩枝扦插过程中，随着时间的变化，生根百分率呈现先升高后下降，如图3(a)所示。500 mg/L处理在30 d时达到最高生根率，其余处理均在40 d时生根率最高，且1 500 mg/L质量浓度的生根率最高为62.5%；Duncan多重比较表明，NAA+IBA质量浓度对所有生根指标具有显著性影响(P<0.05)，如图3(b)所示。除去对照组，腐烂率随着激素质量浓度的升高呈先下降后升高的趋势，500 mg/L和1 000 mg/L间差异不显著，但极显著(P<0.01)高于其他质量浓度。在愈伤诱导率与生根率中，均表现出随着激素质量浓度的升高呈先升高后下降的趋势，当激素质量浓度过高时，对愈伤组织诱导率和生根率有抑制作用；NAA+IBA质量浓度在1 500 mg/L时，达到最高愈伤组织诱导率(66.67%)和生根率(62.50%)。在愈伤组织诱导率中，1 500 mg/L和2 000 mg/L处理分别极显著(P<0.01)和显著(P<0.05)高于CK；500、1 000、2 000 mg/L处理之间差异性不显著；在生根百分率指标中，1 500 mg/L处理的极显著(P<0.01)高于其他质量浓度处理，与愈伤组织诱导率不同的是2 000 mg/L处理与1 500 mg/L处理有显著性差异(P<0.05)。

柱状图为平均值±标准误差(standard error，SE)。同一指标中，不同大、小写字母表示在 0.01和0.05水平上显著差异。下同。

不同NAA+IBA质量浓度处理中，在第50天时1 500 mg/L质量浓度处理的新生根总长度最长为9.37 cm，如图4(a)所示，极显著(P<0.01)高于CK、500 mg/L和1 000 mg/L处理，与2 000 mg/L处理无显著差异；2 000 mg/L处理的新生根总长度在40 d时极显著(P<0.01)高于其他处理，随后出现下降趋势；50 d时，2 000 mg/L处理新生根总长低于1 500 mg/L处理。50 d时，1 500 mg/L和2 000 mg/L处理的总根数分别为4.33 条和5.17 条，如图4(b)所示，两者无显著性差异，且均极显著(P<0.01)高于其他3个处理；1 000 mg/L处理在40 d时总根数达到最高，随后出现下降，但与其他处理无显著差异。对照组在新生根总长度与总根数中表现均为最差。由此可见，1 500 mg/L的NAA+IBA处理更有利于愈伤组织的形成，具有较高的生根率。生长素混合溶液的质量浓度为2 000 mg/L时对生根有抑制作用，但可以提高每穗生根总根数。

图4 色木槭嫩枝扦插中激素对插穗生根质量的影响

2.3 基质对色木槭嫩枝扦插生根的影响

基质的影响与激素对色木槭嫩枝扦插生根率的影响相同，如图5(a)所示，随着时间变化，在40 d时珍珠岩处理达到最高生根率为66.67%，蛭石与珍珠岩+蛭石处理在50 d时达到最高生根率，但生根率较低，因此在40 d时进行移栽具有较高的生根插穗数，一定程度上有利于移栽成活。Duncan多重比较表明，基质对色木槭嫩枝扦插的所有生根指标具有极显著性影响(P<0.01)。与扦插生根密切相关的3个百分率指标中，珍珠岩的腐烂率、愈伤诱导率和生根率均显著(P<0.05)优于其他基质处理，珍珠岩的腐烂率(16.67%)极显著(P<0.01)低于其他基质处理，如图5(b)所示；珍珠岩的愈伤组织诱导率(70.84%)极显著(P<0.01)高于蛭石与泥炭土，显著(P<0.05)高于珍珠岩+蛭石(1∶1)；珍珠岩的生根率(66.67%)极显著(P<0.01)高于其他基质。珍珠岩+蛭石(1∶1)在愈伤率与生根率上仅次于珍珠岩，但优于其他基质。泥炭土和蛭石在3个指标中差异不显著，其愈伤诱导率极显著(P<0.01)低于其他基质；其生根率极显著(P<0.01)低于珍珠岩。

图5 色木槭嫩枝扦插中基质对插穗生根指标的影响

新生根总长度中,珍珠岩+蛭石的新生根总长度最长(9.39 cm)，珍珠岩与珍珠岩+蛭石处理的效果无显著性差异如图6(a)所示。珍珠岩新生根总长度略小于珍珠岩+蛭石处理效果，但珍珠岩在各时期均极显著(P<0.01)优于蛭石与泥炭土基质处理。随着时间变化，所有处理的总根数均呈现不断增加的趋势，如图6(b)所示，且珍珠岩+蛭石处理的总根数在各时期均极显著(P<0.01)高于其他处理，最高达到13.13条；蛭石与泥炭土在各时期表现差异不显著，效果较差。50 d时珍珠岩处理的总根数小于珍珠岩+蛭石处理，但极显著(P<0.01)优于其他基质。由此可见，4种基质中珍珠岩最有利于插穗的生根，珍珠岩+蛭石则有益于根系的质量，而泥炭土与纯蛭石扦插时腐烂率过高且不利于愈伤组织的形成，同时生根质量不理想。

图6 色木槭嫩枝扦插中基质对插穗生根质量的影响

3 讨论与结论

对于多数难生根植物扦插繁殖，愈伤组织的形成对不定根的形成有促进作用，对于愈伤组织生根类型，多数通过切口处愈伤组织分化形成根原基。本文的研究中，多数愈伤组织可以转化为不定根，但也存在部分愈伤组织不能形成不定根，这是因为有些愈伤组织可以自身产生形成层，但不能转变为不定根原基[19]。不定根的发育是一个复杂的过程[20-22]，不定根通常是自发产生或响应于老根茎、叶或非周轮组织的某些刺激而产生的[23]，根据其生理和代谢过程可分为几个阶段：①去分化；②细胞分裂；③不定根原基的起始、发育和生长[24-25]，每个阶段都与不定根的形成密切相关。在色木槭扦插过程中，皮层和切口处均产生愈伤组织，且皮部产生的愈伤组织可形成不定根，可能是插穗在受到外源生长素刺激后，皮层细胞脱分化为愈伤组织，该结果与王戈戎等[26]在青楷槭(AcertegmentosumMaxim.)扦插试验中结果一致。

外源激素被广泛应用于无性繁殖，对于众多扦插难生根的树种[26]，扦插过程中添加适量的外源激素可以提高扦插生根率[27]，槭树科扦插时最常用的外源激素为NAA和IBA，外源激素NAA可以提高插条生根诱导阶段生根能力、POD和PPO活性，但降低了IAAO活性，这些将可能是改善生根的原因之一[28]；IBA与体内葡萄糖酯结合较慢，不容易被酶系统氧化，扩散性相对于其他外源激素较慢，能更好地促进细胞的分裂，有利于不定根的形成[29]，同时可以通过与脂肪酸氧化平行的机制转变为IAA[30]。IBA也是影响扦插过程中插穗不定根发育的重要激素之一[31-32]，IBA处理插条可以提高多胺的含量，同时在根原基和不定根形成阶段，处理过的插条具有更高的ACS活性，从而间接或直接增加乙烯产量，刺激根原基的启动和增加不定根的形成[33]。目前认为，2种及以上试剂混合使用，效果要优于单一激素的使用，在扦插时更能取得较好的生根效果。在黄晓霞[34]对三翅槭(Acertrialatum)当年生半木质化枝条进行扦插时发现，使用NAA+IBA处理的插穗愈伤诱导率和生根率极显著高于单一IBA处理的插穗。

一些树种插条不经激素处理即可生根，而一些树种则不易生根。色木槭为扦插难生根树种，外源激素的种类和质量浓度对其愈伤生成和生根有显著性影响，孙旭东等[18]在筛选不同激素类型时，发现NAA+IBA混合激素相较于单一激素效果更佳，生根率最高为52.5%。本研究在此基础上进一步筛选NAA+IBA的最佳质量浓度，发现1 500 mg/L质量浓度速蘸时生根率最高为62.5%，综合愈伤诱导率和生根率，认为1 500 mg/L质量浓度处理效果最佳，显著(P<0.05)优于0、500、1 000 mg/L处理，2 000 mg/L的处理效果略次于1 500 mg/L。刘建明等[35]研究发现随着质量浓度的增加，生根率先上升后下降，当激素质量浓度较低时，随着质量浓度增加促进生根，质量浓度过高时则有抑制作用。本文的研究结果与其一致，外源激素除了可以提高扦插生根率，还可以增加生根总数和新生根长度，在王艺等[36]对红花玉兰嫩枝扦插生根综合质量进行评价时，发现平均根长效果最好的为经IAA处理后的。

基质对扦插生根同样有重要影响。当扦插基质具有较好透气和透水性时，空气孔隙度和氧气扩散率满足呼吸需求，有利于促进根系的发育[37-38]，良好的水气平衡有利于不定根的形成和提高根系活力[39]。本文的研究结果表明，在扦插后40 d，生根率达到最高，插穗的愈伤诱导率和生根率在不同基质中有极显著差异，同时，插穗的总根数和新生根总长度也受到显著影响。插穗生根率、愈伤诱导率、总根数、新生根总长度总体表现为：珍珠岩的插穗生根率最高，极显著优于蛭石和泥炭土；总根数和新生根总长度效果最佳的基质是珍珠岩+蛭石，在新生根总长度上与珍珠岩无显著差异；蛭石在所有生根指标中效果最差，这些可能与基质的特性有关。色木槭插穗生根较慢，持续时间相对较长，因此基质的空隙度比值大一些将有利于增加透气性，降低腐烂率，珍珠岩、蛭石、珍珠岩+蛭石、泥炭土的大小孔隙度比值依次为1.19、0.38、0.34、0.26[40]。珍珠岩具有独特的毛细管作用，具有较好的透气性和排水性[41]，因此最佳生根基质为珍珠岩。蛭石和泥炭土表现最差，是因为全自动喷雾装置在扦插前期愈伤组织形成之前喷水较多，使叶面常保持一层水膜状态，此情况下，基质保水性过高，使得插穗缺氧腐烂率升高[37, 42]。珍珠岩+蛭石在新生根总长度和总根数上优于其他基质，可能是在珍珠岩具有一定的透气情况下，改善了珍珠岩保水性，随着根系数量的增加以及根系发育的日趋成熟，珍珠岩+蛭石更有利于生根后期根系的发育[39]。综上所述，不同质量浓度的NAA+IBA对色木槭嫩枝扦插的生根指标和生根质量均有不同程度的影响，1 500 mg/L处理的NAA与IBA混合溶液在愈伤诱导率、生根率和新生根总长度均处于较高水平，而2 000 mg/L处理的仅总根数最佳。因此，色木槭嫩枝扦插时最佳的外源激素处理为1 500 mg/L的NAA+IBA混合溶液。4种不同基质中，珍珠岩的愈伤诱导率和生根率显著高于其他基质。为获得更好的生根质量，则可选择总根数和新生根数量最高的珍珠岩与蛭石的混合基质。