不同埋土深度杉木無性系萌蘗及內(nèi)源激素含量的差異

張吉玲 葉義全,2 黃 櫻 李 勇 鄭 宏 林思祖,2 曹光球,2

（1. 福建農(nóng)林大學林學院，福建 福州 350002；2. 國家林業(yè)和草原杉木工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002；3. 福建省洋口國有林場，福建 南平 353200）

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國南方最重要的速生用材樹種之一，也是萌芽能力較強的一個樹種[1]。自20世紀90年代以來，杉木無性繁殖技術(shù)日趨成熟，杉木無性系造林面積日益擴大。營林生產(chǎn)實踐表明，杉木組培苗萌蘗能力普遍高于扦插苗和實生苗。杉木組培苗萌蘗不僅會提高幼林撫育成本，而且還會影響幼林生長，這在一定程度上限制了杉木組培苗的推廣應用。迄今為止，人們對杉木組培苗的研究更注重于組培配方的優(yōu)化，而忽略了組培苗在造林過程中出現(xiàn)的各種問題[2]。

內(nèi)源激素是由植物自身代謝產(chǎn)生的一類有機物質(zhì)，是植物細胞接受特定環(huán)境信號誘導產(chǎn)生的、低濃度時可調(diào)節(jié)植物生理反應的活性物質(zhì)。內(nèi)源激素對植物細胞的分裂[3]、分化[4-5].、器官建成以及植物的休眠[6]和形態(tài)反應[7]等均有直接或間接的調(diào)節(jié)控制作用。近些年來，隨著植物內(nèi)源激素研究越來越廣泛，植物內(nèi)源激素的合成機理以及作用機理已成為植物生理學研究的熱點之一。諸多研究結(jié)果表明，植物內(nèi)源激素與萌蘗能力密切相關(guān)[8-10]。

埋土是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的一種措施。埋土深度不同，不僅影響實驗對象生長微環(huán)境的溫度，而且還會影響實驗對象生長微環(huán)境的濕度。目前，不同埋土濃度研究主要集中在種子發(fā)芽能力的研究[11]。林業(yè)生產(chǎn)實踐表明，不同埋土深度會影響杉木無性系的萌蘗能力。然而，不同埋土深度影響杉木無性系萌蘗能力的機理至今尚未清楚。有鑒于此，本研究以萌蘗能力較強的杉木‘洋020’組培苗及萌蘗能力較弱的杉木‘洋020’扦插苗為研究對象，通過室內(nèi)盆栽實驗，分析不同埋土深度處理對無性系萌蘗能力及不同器官內(nèi)源激素含量的影響，研究結(jié)果為揭示杉木萌蘗機理以及杉木人工林高效培育提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為福建省洋口國有林場（117°92′ E，26°87 N）提供的1年生杉木‘洋020’扦插苗和‘洋020’組培苗。挑選生長健壯、長勢一致、無病蟲害的苗木為試驗材料?！?20’扦插苗平均苗高30 cm，地徑為5 mm；‘洋020’組培苗平均苗高18 cm，地徑為2.6 mm。培養(yǎng)基質(zhì)為黃心土，黃心土有機質(zhì)含量49.00 g/kg，全氮1.09 g/kg，水解性氮l.32 mg/kg，速效磷2.30 mg/kg，速效鉀151.30 mg/kg。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)置

本試驗在福建農(nóng)林大學國家林業(yè)和草原杉木工程技術(shù)研究中心田間實驗室（26°5′N，119°13′E）內(nèi)盆栽。于2018年4月13日將苗木種植于花盆中，每盆種植3株，花盆規(guī)格為21 cm×26 cm×27 cm。埋土深度分3個處理，分別為埋土深度3、6、9 cm。每個處理種植30盆，共90盆。盆栽后每月中旬調(diào)查不同處理杉木基部的萌芽數(shù)。在萌蘗高峰期8月份中旬，分別采集已萌芽扦插苗及組培苗第2輪健康新生枝葉、萌芽處韌皮部（萌芽處切0.5 cm×0.2 cm小塊韌皮部）及根尖樣品。每個處理采集9株，每3株混成1個待測樣，每個器官待測樣3個重復。不同器官樣品稱量后迅速放入液氮中，置于-80 ℃超低溫冰箱中保存待測。培養(yǎng)期間定期給苗木澆自來水，保持土壤含水率在65%左右，定期除草；9月17日結(jié)束實驗。

1.2.2 萌蘗數(shù)調(diào)查

2018年4月份至8月份期間，每月中旬調(diào)查不同處理的萌蘗數(shù)，以芽露出培養(yǎng)基質(zhì)表面為萌芽條。

1.2.3 內(nèi)源激素含量測定

采用酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）測定杉木枝葉、萌芽韌皮部和根尖內(nèi)源激素吲哚乙酸（IAA）、赤霉素（GA3）、脫落酸（ABA）和細胞分裂素（CTK）含量[12-13]，各激素試劑盒由上海科興生物有限公司提供。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010和SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同埋土深度杉木無性系萌蘗差異

由表1可知，隨著培養(yǎng)時間的延長，扦插苗及組培苗萌蘗能力呈現(xiàn)先增強后降低的趨勢，在8月時，2種無性系的萌蘗能力最強。隨著埋土深度的增加，同一杉木無性系萌蘗能力均呈逐漸下降的趨勢。就不同類型無性系萌蘗能力差異而言，在相同條件下，組培苗萌蘗能力均強于扦插苗；在萌蘗高峰期8月，埋土深度3、6、9 cm組培苗的萌蘗數(shù)與同一埋土深度扦插苗相比分別提高11.15%、4.76%及3.45%。在萌蘗高峰期8月，同埋土深度同一類型無性系萌蘗能力差異如下，培苗埋土深度9 cm處理的萌蘗數(shù)分別比埋土深度6 cm及3 cm處理的降低4.54%和27.34%，扦插苗埋土深度9 cm處理的萌蘗數(shù)分別比埋土深度6 cm及3 cm處理的降低3.33%和21.92%。方差分析結(jié)果表明，扦插苗及組培苗萌蘗能力差異均為顯著（P＜0.05）。在萌蘗6月份，組培苗埋土深度3 cm處理平均萌蘗數(shù)與埋土深度6 cm及9 cm處理的差異達到顯著水平（P＜0.05）；在萌蘗7月份，組培苗不同埋土深度處理的平均萌蘗數(shù)兩兩差異達顯著水平（P＜0.05）；在萌蘗8月份，組培苗埋土深度9 cm處理的平均萌蘗數(shù)與埋土深度3 cm及6 cm處理的差異達到顯著水平（P＜0.05）。

表1 不同埋土深度、不同繁殖方式、不同時期杉木無性系萌蘗差異Table 1 Tillering differences of cuttings and plantlets of C. lanceolata clones at different time in different soil depths

2.2 不同埋土深度杉木無性系不同器官內(nèi)源激素含量

2.2.1 不同埋土深度扦插苗不同器官內(nèi)源激素含量

由圖1可知，隨著埋土深度增加，杉木枝葉及韌皮部IAA含量呈逐漸上升趨勢，枝葉及基部韌皮部GA3含量、基部韌皮部ABA含量呈逐漸下降趨勢，根尖IAA含量呈先下降后上升的趨勢，根尖GA3含量、枝葉及根尖ABA含量則表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢。隨著埋土深度的增加，枝葉的CTK含量表現(xiàn)為先下降后上升的趨勢，基部韌皮部含量表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢，而根尖含量則表現(xiàn)為逐漸上升的趨勢。隨著埋土深度的增加，各器官內(nèi)源激素含量呈現(xiàn)出較復雜的變化規(guī)律且差異性顯著。同一埋土深度不同器官IAA含量體現(xiàn)為枝葉＞基部韌皮部＞根尖；埋土深度3 cm處理的不同器官GA3含量表現(xiàn)為基部韌皮部＞枝葉＞根尖，ABA含量表現(xiàn)為基部韌皮部＞根尖＞枝葉，CTK含量表現(xiàn)為枝葉＞基部韌皮部＞根尖。埋土深度6 cm處理的不同器官IAA含量表現(xiàn)為枝葉＞根尖＞基部韌皮部，GA3含量表現(xiàn)為根尖＞基部韌皮部＞枝葉，ABA含量表現(xiàn)為基部韌皮部＞枝葉＞根尖。埋土深度9 cm處理的不同器官ABA含量表現(xiàn)為基部韌皮部＞枝葉＞根尖，ABA含量則表現(xiàn)為枝葉＞根尖＞基部韌皮部。

圖1 不同埋土深度扦插苗器官內(nèi)源激素含量Fig. 1 Endogenous hormone contents in different organs of C. lanceolata'Yang 020' cuttings in different soil depths

2.2.2不同埋土深度組培苗不同器官內(nèi)源激素含量

由圖2可知，隨著埋土深度的增加，杉木枝葉及基部韌皮部IAA呈先上升后下降的趨勢，根尖IAA呈逐漸上升的趨勢；杉木枝葉及基部韌皮部GA3呈逐漸下降的趨勢，根尖GA3呈先上升后下降的趨勢；杉木枝葉ABA含量呈逐漸上升的趨勢，基部韌皮部和根尖ABA含量呈先下降后上升的趨勢；枝葉和根尖CTK含量呈先下降后上升的趨勢，而基部韌皮部CTK含量則呈先上升后下降的趨勢。同一埋土深度組培苗不同器官內(nèi)源激素分配，隨埋土深度處理呈現(xiàn)不同的分配規(guī)律且差異性顯著。埋土深度3 cm處理的IAA含量體現(xiàn)為基部韌皮部＞根尖＞枝葉，GA3含量體現(xiàn)為基部韌皮部＞根尖＞枝葉，ABA含量體現(xiàn)為基部韌皮部＞根尖＞枝葉。埋土深度6 cm及9 cm處理的IAA含量均體現(xiàn)為枝葉＞基部韌皮部＞根尖，GA3含量均體現(xiàn)為根尖＞枝葉＞基部韌皮部，ABA含量均體現(xiàn)為基部韌皮部＞枝葉＞根尖。埋土深度3 cm及6 cm處理的CTK含量體現(xiàn)為枝葉＞根尖＞基部韌皮部，埋土深度9 cm處理的CTK含量均體現(xiàn)為根尖＞枝葉＞基部韌皮部。

圖2 不同埋土深度組培苗器官內(nèi)源激素含量Fig. 2 Endogenous hormone contents in different organs of C. lanceolata'Yang 020' plantlets in different soil depths

2.3 不同埋土深度杉木無性系相關(guān)性分析

由表2可知，萌蘗數(shù)與繁殖方式呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與GA3含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），而與埋土深度呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01）。IAA含量與埋土深度呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與器官部位呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）；GA3含量與繁殖方式呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），與器官部位和萌蘗數(shù)顯著正相關(guān)（P＜0.05）；ABA含量與繁殖方式和IAA含呈呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01）；CTK含量與繁殖方式呈顯著負相關(guān)（P＜0.01）。

表2 不同埋土深度條件下杉木無性系萌蘗相關(guān)性Table 2 Correlation of tillering among C. lanceolata clones in different soil depths

3 結(jié)論與討論

植物是有機體，由細胞、組織和器官組成，其正常的生長發(fā)育需要水分、礦質(zhì)和有機物質(zhì)的供應，其自身維持正常狀況以適應外界環(huán)境是通過信息交流來完成的，這種信息交流的化學信使就是植物激素[14]。植物激素不是由特定器官產(chǎn)生，不同器官產(chǎn)生的一種或多種激素可以通過運輸在一定的部位發(fā)揮作用，其運輸速度和方向因激素種類不同而存在差異。內(nèi)源激素含量在植物不同發(fā)育期以及不同器官之間均存在較大差異[15]。本研究結(jié)果表明，同一無性系不同器官以及同一器官不同生長期的內(nèi)源激素含量差異較大。

植物內(nèi)源激素的產(chǎn)生受環(huán)境因子的影響，激素間通過協(xié)調(diào)作用從而維持植物的正常生長發(fā)育和分化[16]。植物內(nèi)源激素與植物生理過程密切相關(guān)。生長素、赤霉素及細胞分裂素被認為對植物的萌蘗特性發(fā)揮著重要的調(diào)控作用[17-18]。脫落酸的作用與細胞分裂素相反，被認為是植物對不同逆境產(chǎn)生響應的信號因子，不僅能抑制植物的生長，還對其他生長促進型激素產(chǎn)生拮抗作用[19]。本研究結(jié)果表明，在8月份時，扦插苗和組培苗的萌蘗能力最強。隨著埋土深度的增加，同一種杉木無性系萌蘗能力均呈逐漸下降的趨勢。植物萌蘗受到植物激素、溫度和埋土深度等不同環(huán)境的綜合調(diào)控，其中植物內(nèi)源激素在調(diào)控植物生長發(fā)育過程中起關(guān)鍵作用。有研究表明，杉木伐樁休眠芽的萌發(fā)與溫度有密切關(guān)系。溫度升高，導致萌芽量下降。溫度條件影響激素的合成，制約伐樁萌芽能力，而激素的供應與平衡又影響到伐樁萌芽數(shù)量[20]。這說明埋土深度越深，溫度也隨之升高，即對杉木萌蘗有抑制作用，這與本研究結(jié)果一致。從杉木萌芽中提取分離天然激素，經(jīng)多次試驗測得提取液中生長素和抑制物質(zhì)的含量很低，而含有較多的赤霉素類和細胞分裂素類物質(zhì)[21]。這意味著杉木萌蘗應與GA3含量有較大的關(guān)系。杉木萌蘗數(shù)與埋土深度呈極顯著負相關(guān)，而與GA3含量呈極顯著正相關(guān)，而與其他內(nèi)源激素無顯著相關(guān)性，這與前人的研究結(jié)果存在類似結(jié)論。但是GA3在杉木的生長發(fā)育中是否也起作用，或是在杉木的萌蘗和生長期間才轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚詰B(tài)，尚待進一步探討。

本研究結(jié)果表明，隨著埋土深度的增加，2個無性系苗萌蘗能力均呈降低的趨勢，且不同埋土深度處理會影響植物的內(nèi)源激素的合成。隨著埋土深度的增加，杉木幼苗枝葉IAA含量呈上升趨勢，GA3含量呈下降趨勢；埋土深度6 cm處理有利于枝葉及根尖ABA的積累；埋土深度9 cm處理有利于根尖CTK的積累。杉木幼苗不同器官植物內(nèi)源激素的含量差異應與杉木對埋土深度處理的生理應答機制有關(guān)。不同種類的內(nèi)源激素在植物生長發(fā)育過程中有不同的作用，且不同種類之間有交互作用。一種激素不僅可以參與多個生理過程，而且可在某種生理過程通過誘導另一種激素的合成和釋放來誘導這一生理反應[22-24]。本研究結(jié)果在一定程度上反映不同埋土深度杉木無性系萌蘗內(nèi)源激素IAA、GA3、ABA、CTK之間的含量變化規(guī)律，至于在杉木萌蘗過程中內(nèi)源激素之間如何維持平衡，以及如何協(xié)同作用調(diào)控杉木萌蘗等的機制尚不清楚，這有待于今后從生理生化、分子生物學等方面進一步深入研究。