王艷晶,彭祚登
(北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,北京 100083)
不同處理對(duì)國(guó)槐硬枝扦插生根的影響及生根過(guò)程中相關(guān)氧化酶活性的變化
王艷晶,彭祚登
(北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,北京 100083)
以8年生國(guó)槐的當(dāng)年生枝條為材料,研究了基質(zhì)、生長(zhǎng)素種類和質(zhì)量濃度對(duì)硬枝扦插生根的影響,分析了在生根過(guò)程中吲哚乙酸氧化酶(IAAO)、過(guò)氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)的活性變化。結(jié)果表明:(1)河沙中插穗的生根率和生根指數(shù)分別為74.33%和23.09,綜合生根效果顯著優(yōu)于珍珠巖+蛭石(1∶1)與草炭+珍珠巖+蛭石(1∶1∶1)2種混合基質(zhì)。(2)外源生長(zhǎng)素處理可顯著提高插穗生根率,且NAA處理效果優(yōu)于IBA和ABT1處理;其中NAA 500 mg/L處理的插穗生根率最高,達(dá)到78.67%,比對(duì)照提高了53.34%。(3)國(guó)槐在硬枝扦插生根過(guò)程中,可分為誘導(dǎo)期、表達(dá)期和伸長(zhǎng)期3個(gè)階段。IAAO活性在誘導(dǎo)期迅速上升,表達(dá)期下降,伸長(zhǎng)期急劇下降;POD活性在誘導(dǎo)期迅速上升,表達(dá)期下降,在第20天有一處高峰;PPO活性在誘導(dǎo)期呈上升趨勢(shì),表達(dá)期和伸長(zhǎng)期下降。
國(guó)槐;硬枝扦插;繁殖技術(shù);氧化酶
國(guó)槐Sophora japonica作為我國(guó)北京、西安、太原等多個(gè)城市的市樹(shù)[1],其樹(shù)形優(yōu)美,壽命極長(zhǎng),抗性強(qiáng),落葉較晚,材質(zhì)優(yōu)良,在防風(fēng)固沙、改善環(huán)境以及藥用等方面發(fā)揮著重要的作用,是城鄉(xiāng)綠化的主要鄉(xiāng)土樹(shù)種之一[2]。目前,國(guó)槐育苗在生產(chǎn)上主要采用種子繁殖[3]。由于實(shí)生繁殖后代易產(chǎn)生性狀變異,制約了良種優(yōu)良性狀的多代保持。扦插在傳統(tǒng)無(wú)性繁殖中應(yīng)用前景最廣[4],通過(guò)扦插繁殖,后代能保持母株的優(yōu)良性狀。國(guó)槐扦插生根困難[5],已報(bào)道國(guó)槐硬枝扦插時(shí)間在春季和秋季均可,直插與斜插對(duì)國(guó)槐扦插成活率及生長(zhǎng)量無(wú)明顯影響[3],有關(guān)較為全面系統(tǒng)研究國(guó)槐扦插生根未見(jiàn)報(bào)道。因此,開(kāi)展國(guó)槐扦插繁殖研究顯得十分重要。
吲哚乙酸氧化酶(IAAO)、過(guò)氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)是植物體內(nèi)重要的生根關(guān)聯(lián)酶,這3種酶與植物不定根的發(fā)生和生長(zhǎng)有著密切關(guān)系[6]。IAAO能降解內(nèi)源IAA,通過(guò)調(diào)節(jié)植物體內(nèi)IAA水平,影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[7]。POD活性的高低可作為生根標(biāo)志之一[8]。PPO能催化酚類物質(zhì)與IAA形成一種“IAA-酚酸復(fù)合物”[9],這種復(fù)合物是一種生根輔助因子,可以促進(jìn)不定根的形成[10]。本研究初步探討了基質(zhì)和外源生長(zhǎng)素對(duì)國(guó)槐硬枝扦插生根的影響,分析了NAA處理對(duì)IAAO、POD和PPO活性的作用效果及3種酶與扦插生根的關(guān)系,為揭示國(guó)槐硬枝扦插生根機(jī)理提供理論依據(jù)。
供試材料采自北京林業(yè)大學(xué)八家實(shí)驗(yàn)苗圃內(nèi)8年生國(guó)槐。于2015年12月剪取國(guó)槐生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲(chóng)害和機(jī)械損傷的當(dāng)年生硬枝,冷庫(kù)低溫沙藏,沙的濕度以手握成團(tuán)但不滴水(約為飽和含水量的60%)為宜。試驗(yàn)于2016年3月進(jìn)行,制穗長(zhǎng)度為15~20 cm,上切口距第一個(gè)芽0.5~1.0 cm,平切,下切口緊貼基部芽,斜切,切口均需平滑。
試驗(yàn)分為基質(zhì)種類及生長(zhǎng)素種類和質(zhì)量濃度兩部分。基質(zhì)種類試驗(yàn)采用生長(zhǎng)素IBA300 mg/L+NAA300 mg/L處理插條基部3 h,基質(zhì)分別為河沙、珍珠巖+蛭石(體積比為1∶1)和草炭+珍珠巖+蛭石(體積比為1∶1∶1);生長(zhǎng)素種類和質(zhì)量濃度效應(yīng)試驗(yàn)以河沙為扦插基質(zhì),選用IBA、α-NAA和ABT1這3種激素,質(zhì)量濃度分別為0、300、500和1 000 mg/L,處理時(shí)間為3 h。以上試驗(yàn)均采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),每個(gè)處理30條,重復(fù)3次,扦插深度為10~15 cm。扦插后,每隔7 d分別噴灑質(zhì)量百分比為0.1%的高錳酸鉀溶液和50%多菌靈可濕性粉劑500倍液進(jìn)行交替消毒。
扦插后每隔5 d進(jìn)行一次插條形態(tài)和解剖學(xué)觀察,觀察并記錄愈傷組織出現(xiàn)期和不定根出現(xiàn)期。于第35天進(jìn)行生根指標(biāo)調(diào)查,包括生根類型、生根株數(shù)、生根插條的平均生根數(shù)及平均根長(zhǎng)。牟洪香[11]指出生根指數(shù)(rooting index)是一個(gè)能夠較好表達(dá)誘導(dǎo)生根效果的綜合指標(biāo),其意義是指單株扦插苗的平均總根長(zhǎng)(cm)。用公式表示:RI=R×N×L。其中,R為生根率,N為平均根數(shù),L為平均根長(zhǎng)。以生根率對(duì)生根指數(shù)貢獻(xiàn)最大,平均根數(shù)次之,平均根長(zhǎng)最次。
供酶活性測(cè)定的插穗采用NAA500 mg/L處理3 h。扦插后,每隔5 d取樣一次,每個(gè)重復(fù)隨機(jī)抽取 10~12根插穗。剝?nèi)∷霔l基部 2~3 cm韌皮部,剪碎混勻,經(jīng)液氮速凍處理后,保存于-80 ℃的超低溫冰箱中。POD活性測(cè)定與計(jì)算參考李合生等[12]的方法,于470 nm下測(cè)定5 min內(nèi)吸光度值的變化。參照郝建軍等[13]的方法測(cè)定PPO活性,在410 nm下測(cè)定吸光度。IAAO活性測(cè)定參照高俊鳳等[14]的方法,530 nm下測(cè)定吸光度,活性以每g鮮質(zhì)量在1 h內(nèi)破壞IAA的量(μg)表示。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0和LSD多重比較進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(生根率數(shù)據(jù)開(kāi)方后取反正弦,再進(jìn)行方差分析)。
研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)NAA處理的插穗扦插15 d后在切口處出現(xiàn)愈傷組織,第20天愈傷組織處生出不定根。對(duì)照插穗20 d后發(fā)生愈傷組織,30 d后,僅少數(shù)插穗產(chǎn)生不定根。第35天進(jìn)行生根指標(biāo)全面調(diào)查,NAA處理的插穗生根率最高可達(dá)78.67%;生根插穗不定根根數(shù)范圍為1~6條,平均根數(shù)為5條;不定根根長(zhǎng)范圍為1.2~7.0 cm,平均根長(zhǎng)為6.3 cm。從生根部位看,生根插穗都為愈傷組織生根,因此國(guó)槐硬枝扦插生根類型為愈傷組織生根。
不定根的形成可分為誘導(dǎo)期、表達(dá)期和伸長(zhǎng)期[15]。據(jù)此,國(guó)槐插穗扦插后0~20 d為誘導(dǎo)期,20~30 d為表達(dá)期,30 d后為伸長(zhǎng)期。
從表1可看出,相同外源激素IBA+NAA處理下,3種基質(zhì)間插穗生根率差異極顯著(P<0.01),河沙中的插穗生根率最高,為74.33%,與其它2種混合基質(zhì)差異極顯著,混合基質(zhì)珍珠巖+蛭石的生根率為47.67%,顯著高于草炭+珍珠巖+蛭石的生根率。河沙和草炭+珍珠巖+蛭石中插穗平均根數(shù)最多,為4條,珍珠巖+蛭石中最少。河沙中平均根長(zhǎng)最長(zhǎng),為5.54 cm,其次為草炭+珍珠巖+蛭石、珍珠巖+蛭石??芍?,不同基質(zhì)間生根指數(shù)差異顯著(P<0.05),3種基質(zhì)生根指數(shù)變異幅度為11.72~23.09,河沙中的插穗生根指數(shù)最大,為23.09,與其它2種混合基質(zhì)差異顯著,混合基質(zhì)珍珠巖+蛭石和草炭+珍珠巖+蛭石中的插穗生根指數(shù)差異不顯著。因此,從生根綜合效果考慮,國(guó)槐硬枝扦插以河沙為基質(zhì)最好。
表1 扦插基質(zhì)對(duì)國(guó)槐硬枝扦插生根的影響?Table 1 Effect of cutting media on the rooting of hardwood cutting of S. japonica
由表2可以看出,經(jīng)不同濃度的 IBA、NAA和ABT1處理的插穗,生根率、平均根數(shù)、平均根長(zhǎng)和生根指數(shù)均存在顯著差異(P<0.05)。在IBA和NAA處理下,插穗各生根指標(biāo)均呈先上升后下降的趨勢(shì),且都在質(zhì)量濃度為500 mg/L時(shí)達(dá)到峰值;ABT1處理的插條在300 mg/L時(shí)各指標(biāo)達(dá)到最大值。其中,未經(jīng)外源生長(zhǎng)素處理的插穗(CK),生根率較低,平均根數(shù)較少,平均根長(zhǎng)較短,生根效果差。在IBA500 mg/L處理下,生根率、平均根長(zhǎng)和生根指數(shù)分別為59%、4.84 cm和16.65,顯著高于其他處理;NAA500 mg/L處理下,根長(zhǎng)和生根指數(shù)分別為6.33 cm和34.43,顯著高于其它處理,其中生根率高達(dá)78.67%,比對(duì)照提高了53.34%;ABT1為300 mg/L時(shí),根長(zhǎng)和生根指數(shù)為5.02 cm和15.34,顯著高于其它處理。據(jù)此,在國(guó)槐硬枝扦插時(shí),中等質(zhì)量濃度的IBA和NAA處理插穗能促進(jìn)其生根,而在ABT1處理下,則宜選用較低質(zhì)量濃度。
表2 生長(zhǎng)素對(duì)國(guó)槐硬枝扦插生根的影響Table 2 Effects of auxin on the rooting of hardwood cutting of S. japonica
由表3可知,3種生長(zhǎng)素處理間平均生根指數(shù)差異極顯著(P<0.01)。NAA處理的插穗平均生根指數(shù)最大,為22.34,與其它2種生長(zhǎng)素差異顯著,IBA和ABT1處理的插穗平均生根指數(shù)差異不顯著。ABT1處理的平均生根指數(shù)最小,只有9.82。綜上,外源生長(zhǎng)素NAA處理插穗基部的生根綜合效果最好。
表3 IBA, NAA和ABT1處理下國(guó)槐插條生根指數(shù)及LSD多重比較?Table 3 The stem rooting index of S. japonica treated with IBA, NAA and ABT1 and its multiple comparison analysis
由圖1可以看出, IAAO活性隨扦插生根時(shí)期的推進(jìn)呈規(guī)律性變化。處理組插穗IAAO活性在扦插0~20 d急劇上升,達(dá)到最高峰,隨后在小幅波動(dòng)中下降,30 d后又急劇下降;對(duì)照插穗在扦插0~25 d上升緩慢,到達(dá)峰值,25~35 d持續(xù)降低。在整個(gè)生根進(jìn)程中,處理組插穗IAAO活性始終高于同期對(duì)照插穗。方差分析結(jié)果表明,不同扦插時(shí)期的IAAO活性差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01),說(shuō)明IAAO活性變化與國(guó)槐硬枝扦插生根關(guān)系十分密切;處理與對(duì)照插穗IAAO活性水平差異顯著(P<0.05),說(shuō)明NAA處理對(duì)IAAO活性影響的效果明顯。
圖1 國(guó)槐硬枝扦插生根過(guò)程中IAAO活性變化Fig.1 Changes of IAAO activity in S. japonica during hardwood-cutting rooting process
由圖2可知,國(guó)槐插穗生根過(guò)程中,POD活性隨扦插天數(shù)的不同呈規(guī)律性的變化。處理組和對(duì)照插穗體內(nèi)POD活性都呈“上升-下降-上升”的變化趨勢(shì),且都在第20天達(dá)到峰值。在生根進(jìn)程中,處理組插穗POD活性始終高于同期對(duì)照插穗,其中,處理組插穗POD活性在誘導(dǎo)期逐漸上升至最大值,比扦插起始時(shí)期活性增加了147.6%,而對(duì)照僅增加了81.39%。方差分析結(jié)果顯示,不同生根時(shí)期的POD活性差異顯著(P<0.05),說(shuō)明POD活性變化與國(guó)槐硬枝插穗生根有密切的聯(lián)系;處理組和對(duì)照插穗POD活性差異極顯著(P<0.01),說(shuō)明NAA處理對(duì)POD活性的影響效果明顯。
圖2 國(guó)槐硬枝扦插生根過(guò)程中POD活性變化Fig.2 Changes of POD activity in S. japonica during hardwood-cutting rooting process
圖3 國(guó)槐硬枝扦插生根過(guò)程中PPO活性變化Fig.3 Changes of PPO activity in S. japonica during hardwood-cutting rooting process
從圖3可以看出,處理組插穗PPO活性0~20 d持續(xù)上升,達(dá)到峰值,然后迅速降低,25~30 d有小幅上升,30~35 d又緩慢下降;對(duì)照組插穗PPO活性呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì),在第25天達(dá)到最大值??梢?jiàn),PPO活性隨扦插生根時(shí)期的不同呈規(guī)律性變化。處理和對(duì)照都明顯提高了插穗PPO活性,但對(duì)照出現(xiàn)峰值的時(shí)期晚于處理,且對(duì)照插穗在35 d時(shí)PPO活性恢復(fù)到了起始時(shí)期較低水平。方差分析結(jié)果顯示,在整個(gè)生根過(guò)程中,不同時(shí)期的PPO活性差異極顯著,說(shuō)明PPO活性變化與國(guó)槐硬枝插穗生根具有十分密切的關(guān)系;但處理組與對(duì)照插穗PPO活性差異不顯著,說(shuō)明NAA處理對(duì)PPO活性影響效果不明顯。
研究表明,國(guó)槐硬枝扦插生根類型為愈傷組織生根,這與石進(jìn)朝[3]的結(jié)論一致?;|(zhì)的組成與物理性質(zhì)決定著插穗的生根環(huán)境,理想的扦插基質(zhì)應(yīng)具有最佳孔隙度以滿足氣體交換[16],同時(shí)應(yīng)具備適宜的水分和養(yǎng)分儲(chǔ)備以滿足插穗的根系發(fā)育[17]。扈紅軍等[18]發(fā)現(xiàn),河沙不利于歐榛硬枝扦插生根。但也有研究發(fā)現(xiàn),河沙通氣,排水性好,可顯著降低插穗腐爛率,提高生根率[19]。試驗(yàn)條件下,以河沙作為基質(zhì)對(duì)國(guó)槐硬枝扦插生根的綜合效果最佳,支持了后者的結(jié)論。
外源激素處理不僅可以加快插穗基部細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)的速度,而且可以促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流向基部,從而有利于根原基的形成[20]。目前,廣泛用于促進(jìn)插穗扦插生根的外源生長(zhǎng)素有吲哚丁酸(IBA)、萘乙酸(NAA)、吲哚乙酸(IAA),以及商業(yè)化的生根促進(jìn)劑,其中以IBA效果最為突出[21-22]。但孟新法等[23]和汪仁等[24]認(rèn)為,NAA在促進(jìn)植物插條生根方面效果最好。王小玲等[25]在四倍體刺槐硬枝扦插試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),在應(yīng)用外源生長(zhǎng)素促進(jìn)生根時(shí),要嚴(yán)格控制質(zhì)量濃度,使其保持在適宜水平。本研究結(jié)果同樣說(shuō)明適宜的生長(zhǎng)素質(zhì)量濃度有利于促進(jìn)國(guó)槐硬枝插條生根,且NAA處理綜合效果優(yōu)于IBA 和ABT1處理。初步確定,以NAA 500 mg/L處理插條為最佳,生根效果最好,生根指數(shù)最大,生根率高達(dá)78.67%。
吲哚乙酸氧化酶(IAAO)的重要作用是氧化IAA,而IAA的一個(gè)生理效應(yīng)是調(diào)節(jié)愈傷組織的形態(tài)建成以及促進(jìn)不定根的形成。因此,IAAO可以通過(guò)調(diào)節(jié)IAA的含量,從而影響不定根的發(fā)生和發(fā)育等生理過(guò)程。Wiesman等[26]認(rèn)為,在根的誘導(dǎo)期,IAAO活性較低,IAAO通過(guò)調(diào)節(jié)IAA水平,從而促進(jìn)不定根的生長(zhǎng)。相反,Gaspar等[8]和宋金耀等[27]試驗(yàn)研究表明,離體生根過(guò)程中,在根的誘導(dǎo)期,IAAO活性升高,使內(nèi)源IAA水平降低,低質(zhì)量濃度的IAA有利于生根。隨后,在根的表達(dá)期,IAAO活性降低,較高水平的IAA可促進(jìn)根的生長(zhǎng)。但Nag等[28]研究表明,在根的表達(dá)期,較高活性的IAAO有利于根的伸長(zhǎng)。本試驗(yàn)結(jié)果表明,國(guó)槐硬枝插穗在生根的誘導(dǎo)期IAAO活性升高,到達(dá)峰值,之后IAAO活性下降,總的變化趨勢(shì)與Gaspar等[8]和宋金耀等[27]的研究結(jié)論一致,與Wiesman等[26]和Nag等[28]的試驗(yàn)結(jié)論相反。
過(guò)氧化物酶(POD)不僅參與植物的氧化脅迫過(guò)程,而且它還在植物體內(nèi)的多種生理生化反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。Moncousin等[29]和宋金耀等[27]研究發(fā)現(xiàn),在不定根的誘導(dǎo)期和表達(dá)期,POD活性會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)高峰,POD作用的某些產(chǎn)物可能是不定根發(fā)生和發(fā)展所必須的輔助因子,促進(jìn)不定根的形成。而扈紅軍等[30]研究發(fā)現(xiàn),榛子在扦插生根過(guò)程中僅有一個(gè)高峰。這說(shuō)明POD活性對(duì)插穗生根的影響可能因物種不同而異。本研究表明,處理和對(duì)照插穗POD活性均在誘導(dǎo)期上升,氧化體內(nèi)過(guò)多的內(nèi)源IAA,促進(jìn)根原基發(fā)育;之后在表達(dá)期下降,使內(nèi)源IAA水平升高,有利于根的表達(dá),期間出現(xiàn)一個(gè)高峰。
多酚氧化酶(PPO)是廣泛分布于植物體中的一種銅結(jié)合酶,對(duì)不定根的形成起到重要作用。李明等[31]在桉樹(shù)扦插試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),難生根品種體內(nèi)的PPO活性較低,不利于不定根的發(fā)生。本研究中,在根的誘導(dǎo)期,隨著扦插時(shí)間的推進(jìn),插穗體內(nèi)PPO活性持續(xù)上升,催化生成的“IAA-酚酸復(fù)合物”相應(yīng)增多,促進(jìn)了愈傷組織的生成及不定根的形成,這與王瑞等[32]對(duì)油茶的研究結(jié)論一致。而對(duì)照插穗在整個(gè)生根階段PPO活性都較低,生成的“IAA-酚酸復(fù)合物”較少,不利于生根。
綜上所述,國(guó)槐硬枝扦插生根與IAAO、POD、PPO活性密切相關(guān)。在整個(gè)扦插生根過(guò)程中,IAAO、POD和PPO活性呈規(guī)律性變化,總體趨勢(shì)為在根的誘導(dǎo)期,3種氧化酶活性上升,之后不同程度地降低。另外,處理插穗的POD、IAAO活性均顯著高于對(duì)照,說(shuō)明處理對(duì)POD、IAAO活性影響明顯,因此,NAA處理顯著提高了插穗的生根率,可能與POD、IAAO活性增加有密切關(guān)系。
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[本文編校:謝榮秀]
Effects of different treatments on hardwood-cutting rooting and related oxidase activity changes during rooting ofSophora japonica
WANG Yanjing, PENG Zuodeng
(College of Forestry, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)
Annual stiff branches of 8-year-oldSophora japonicawere taken as materials in this experiment. The effects of media, kinds of auxin and concentration of hardwood cuttings were studied, and the changes of IAAO, POD and PPO activities were explored during their rooting process. The results showed:(1) Rooting percentage of cutting was 74.33% and rooting index was 23.09 by river sand,which treatment was better than Perlite+ Vermiculite (1∶1) medium and Turf+ Perlite+ Vermiculite (1∶1∶1) medium. (2) Suitable exogenous auxin treatment had an obvious effect on accelerating rooting. The cuttings treated with 500 mg/L of NAA showed the highest rooting rate (78.67%), which was 53.34% higher than the cuttings of control. (3) The adventitious rooting displayed three distinct phases i.e. induction, expression and elongation. Indoleacetic acid oxidase activity of NAA-treated cuttings increased rapidly in the induction phase and then decreased in the expression and elongation phases. The peroxidase activity in NAA-treated cuttings increased rapidly during induction phases and declined during expression phases. There was one peak of the POD activity on the 20th during rooting. Polyphenol oxidase activity in NAA-treated cuttings increased during induction phase, however declined during expression and elongation phases.
Sophora japonica; hardwood cutting; propagation technique; oxidases
S723.1+32.1
A
1673-923X(2017)09-0074-06
10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.09.013
2016-12-14
北京市園林綠化局科技創(chuàng)新項(xiàng)目“北京園林綠化落葉喬木優(yōu)良品種選育及栽培技術(shù)”(CEG-2015-01)
王艷晶,碩士研究生
彭祚登,副教授,博士;E-mail:zuodeng@sina.com
王艷晶,彭祚登. 不同處理對(duì)國(guó)槐硬枝扦插生根的影響及生根過(guò)程中相關(guān)氧化酶活性的變化[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2017, 37(9): 74-79.