■杜常健 江澤平 史勝青

歷經(jīng)千百年的洗禮而頑強生存下來的古樹名木，是大自然賜予人類的寶貴遺產(chǎn)和不可復制的“活”歷史文物，有“活化石”“古文化”“國寶”之稱，具有重要的科學、文化價值，也是園林綠化和旅游資源的重要組成部分。古樹不僅能使我們更好地了解千百年來環(huán)境的演化過程、自然和歷史現(xiàn)狀，還是一座優(yōu)良種源基因?qū)殠欤瑸榱帜居N提供優(yōu)良材料。但長期以來，由于年齡的增長、自然環(huán)境惡化以及人為干擾破壞等原因，我國古樹資源遭受到嚴重的破壞，數(shù)量急劇減少。

眾多的古樹在進化中具有了獨特的抗逆性狀，已成為寶貴的遺傳資源。隨著樹齡增大，古樹生長勢衰弱日趨明顯、根系擴張能力萎縮、死枝數(shù)目增多。雖然古樹衰亡的趨勢不可逆轉(zhuǎn)，但是引起古樹衰亡的客觀原因卻是可以通過保護工作來解決的。因此，保護和利用古樹資源已迫在眉睫。目前，無性繁殖被認為是完整保護古樹遺傳資源的有效手段之一。但古樹年齡和成熟度較高，無性繁殖時其不定根的再生能力很差。迄今為止，我國古樹方面的研究大部分處于基礎(chǔ)階段，主要包括在古樹資源調(diào)查、保護與復壯技術(shù)、健康評估、古樹衰老的生理學特征研究等方面，但古樹扦插的研究報道也逐漸增多。因此，本文在古樹保護價值的基礎(chǔ)上，概述古樹扦插繁殖研究進展情況，以期為今后古樹復壯與保護以及不定根發(fā)生機理研究提供參考。

古樹保護價值

古樹的歷史文化價值主要表現(xiàn)在它所承載的民族文化和記錄的歷史事實等方面，是歷史長河的見證，民族文化的積淀。例如，我國有軒轅柏、掛甲柏、秦檜、漢槐、隋梅、唐杏之說。古樹記錄著周圍環(huán)境變遷的信息，它的年輪結(jié)構(gòu)，就像一面歷史的明鏡，向人們展示著漫長歲月中氣候、水文、地質(zhì)、地理、生物、生態(tài)等的變化情況。例如，通過古樹年輪的寬窄和結(jié)構(gòu)能夠推算出其所在地區(qū)的氣候以及地質(zhì)的變化。這在植物生態(tài)學和生物氣象學等方面有很高的研究價值。

珍貴物種基因有著不可估量的作用，與人類社會的發(fā)展息息相關(guān)。古樹基因圖譜具有特殊性，其中抗衰老、抗蟲、抗病等有價值的基因，是植物遺傳改良的重要材料，已成為一座優(yōu)良種源基因?qū)殠臁?/p>

古樹是皇家陵園、名勝古跡的特色之一，它們莊重自然、蒼勁古雅、姿態(tài)奇特，把祖國的山川湖海裝點得更加莊嚴秀麗。經(jīng)過千百年的風雨雕刻的古樹，常有著蒼勁外觀和古樸的形態(tài)，可作為城市綠化的重要素材。

古樹扦插生根過程

古樹繁殖中，不定根的形成是一個復雜的發(fā)育過程，可以分根原基的啟動和誘導、不定根的形成和不定根的生長發(fā)育3個階段，如圖1。根原基的啟動和誘導階段：在生長素的誘導下分生組織細胞分化形成不定根原基的初始細胞群，它具有細胞核大、細胞質(zhì)濃、排列緊密的特點。形成階段：根原基初始細胞不斷分裂，其頂端形成穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，皮層細胞程序化死亡從而使不定根原基穿過皮層、表皮，形成不定根。生長發(fā)育階段：不定根伸出表皮繼續(xù)生長，前期呈白色、較為脆弱，移苗容易損傷。從組織結(jié)構(gòu)解剖學角度看，古樹插穗解剖結(jié)構(gòu)與生根關(guān)系密切，如皮層中存在環(huán)狀厚壁組織時，受到物理限制較大，所以較難形成不定根。樹木的幼年組織功能更旺盛，根原基啟動階段更容易，突破表皮受到的物理限制更少。林木自身的遺傳性狀是扦插生根難易的重要因素，古樹能夠歷經(jīng)百年洗禮與其自身的遺傳性狀密不可分，其莖段結(jié)構(gòu)有良好的韌性，同時也是形成不定根較為困難的原因之一。

圖1 側(cè)柏和銀杏扦插生根觀察及不定根的形成過程模式圖

影響古樹扦插生根的因素

古樹無性繁殖困難，主要是因為不定根形成能力與年齡、成熟度成負相關(guān)關(guān)系。

隨著年齡的增長，古樹在分生細胞活性、愈傷組織的誘導和生長、內(nèi)源激素水平、礦質(zhì)元素吸收等方面表現(xiàn)出衰老的生理特征，而這同樣影響著古樹扦插不定根的形成，如圖2。目前，國內(nèi)外學者圍繞能否成功誘導不定根發(fā)生、如何提高生根率等方面進行了大量的研究，但關(guān)于古樹不定根發(fā)生機理的研究相對較少。

圖2 影響古樹不定根形成的因素

古樹衰老對分生細胞的活性和細胞生長速度的影響不容忽視，而不定根的形成是一個再分化的過程，與分生細胞和分裂細胞的活性密切相關(guān)。古樹的生長主要由于分生組織細胞的季節(jié)活動，但生長速度隨著古樹年齡的增長而發(fā)生變化。分生組織細胞分裂、伸長、細胞壁形成、代謝過程，會受到衰老的影響，形成層細胞的敏感性隨著樹齡的增長而下降。這說明，古樹衰老導致了分生細胞的活性降低，造成了古樹不定根分化困難。

分生能力古樹不定根的分化與愈傷組織形成率密不可分。大多數(shù)林木樹種，愈傷組織的形成和不定根的產(chǎn)生是彼此獨立的，不定根由形成層、維管薄壁細胞等母細胞直接分化形成，即沒有通過誘導愈傷組織形成不定根。愈傷組織與根系的形成沒有直接關(guān)系，其主要功能可能是防止病原菌的侵入和插條中有效物質(zhì)的流失，并作為營養(yǎng)和水分運輸?shù)臉蛄骸５灿醒芯勘砻?，老化愈傷組織含有較高的細胞分裂素，而生長素含量卻很低，導致過度形成愈傷組織占用插穗基部的營養(yǎng)資源，抑制不定根的形成。

生長素植物激素與植物的生長、發(fā)育和衰老之間有復雜的關(guān)系。其中，生長素依然被認為是影響不定根發(fā)生的主要因素。許多學者認為，在植物再生過程中成熟組織或生根能力較低組織對生長素的響應(yīng)可能會比幼嫩組織更差一些，即生長素生物合成和感知能力降低可能是隨著樹齡越大不定根發(fā)生越困難的主要原因之一。

不定根形成是響應(yīng)外界各種因素刺激的結(jié)果，剪切、脅迫、激素處理等造成生長素極性運輸中斷，導致吲哚-3-乙酸在其莖基部積累，被認為是誘導根原基的必要條件。施加外源激素會促進不定根的形成，但是不同激素在植物體內(nèi)發(fā)生作用的機制不同。母樹年齡是影響扦插生根的重要因素，隨著年齡的增加，IAA含量越來越低，ABA含量越來越高，IAA促進生根，ABA抑制生根，IAA/ABA的比值可以用來衡量枝條的生根能力。在翅果油樹的扦插研究中同樣發(fā)現(xiàn)，母樹年齡與插條生根率呈極顯著的線性負相關(guān)關(guān)系，而且隨著母樹年齡的增加，插條的生長素、玉米索及赤霉素含量有明顯下降趨勢，而脫落酸的含量上升。IAA作為植物內(nèi)源生長素對不定根的形成和生長起著關(guān)鍵的調(diào)控誘導作用：在根分生組織形成之前需要較高濃度，但在根伸長時相對較低的濃度，原因是在不定根發(fā)生的第一階段期生長素可作為誘導，但卻抑制不定根的后期發(fā)育。因此生長素與古樹不定根形成密切相關(guān)。

碳氮含量碳氮化合物不僅能夠提供能量，還可以作為結(jié)構(gòu)和存儲化合物、滲透調(diào)節(jié)劑。非結(jié)構(gòu)碳水化合物是參與植株生命代謝的重要能量物質(zhì)（如葡萄糖、果糖、蔗糖、果聚糖、淀粉），是維持植物自身生長發(fā)育及響應(yīng)環(huán)境調(diào)控的重要因子。古樹年齡成熟度較高，其枝條中的碳水化合物含量相對較少。有研究表明，高齡銀杏葉片中有11個與光合作用、蛋白質(zhì)及氨基酸代謝有關(guān)上調(diào)表達的蛋白，有8個與植物的能量及碳水化合物代謝相關(guān)的蛋白下調(diào)表達?？扇苄蕴穷惡偷矸叟c不定根發(fā)育的關(guān)系復雜，而含氮化合物在一定范圍內(nèi)與扦插生根存在顯著關(guān)系，如氮含量過高可能抑制插穗生根。碳/氮值（C/N）是判斷生根難易的一個重要生理指標。研究認為， C/N比值高的插穗容易生根?？梢姴鍡l內(nèi)的營養(yǎng)水平對于不定根發(fā)生有重要意義。此外，“糖信號”在國際上已成為植物學領(lǐng)域的一個熱點，能夠誘導或抑制影響植物發(fā)育和生長過程中的各種基因，但是否參與不定根的發(fā)生目前還沒見報道。古樹衰老與碳氮有著密切的聯(lián)系，碳氮又是不定根形成的重要因素。

礦質(zhì)元素外部環(huán)境因素對古樹的生長和衰老起著關(guān)鍵的作用，古樹在固定的環(huán)境內(nèi)生長數(shù)百年，土壤中及自身的礦質(zhì)元素的不足會影響古樹的生理狀態(tài)。礦質(zhì)元素水平可能是影響古樹不定根再生能力的一個重要因素，但影響機理尚不清楚。有研究表明，雪松針葉中Mg和S元素隨著年齡增加有減少的趨勢；衰弱的白皮松針葉中Mg、Fe、Zn元素缺失嚴重；古槐樹葉片中N、P、Mg元素含量明顯低于幼槐；香樟古樹葉片中N、P、K營養(yǎng)元素含量明顯低于年幼香樟。Fe元素在不定根的發(fā)育過程中起到了重要的作用，能夠促進不定根原基中的細胞分裂而提高生根率。雖然特定礦質(zhì)元素的局部感應(yīng)具體的分子機制還有待完全闡明，但有研究表明，植物激素，特別是生長素，作為營養(yǎng)依賴性修飾中的信號調(diào)控不定根的形成。礦質(zhì)元素在古樹衰老和不定根的形成中如何發(fā)揮作用還需深入的探討。

展望

古樹再生可以很好地保存其遺傳資源，但古樹不定根生發(fā)困難，這是一個世界性的難題。不定根的生發(fā)是脫分化和再分化的過程，涉及外源信號感知與內(nèi)外信號級聯(lián)耦合，影響因素涉及遺傳特性、古樹年齡、內(nèi)源激素和外源激素、營養(yǎng)條件等。目前，從解剖學、生理、生化水平逐漸發(fā)展到基因和蛋白水平來解析不定根的形成機制，但對于古樹生根機制的研究還很少。因此，結(jié)合本課題組近十年來在古樹扦插研究方面的經(jīng)驗，我們認為，古樹無性繁殖方面應(yīng)關(guān)注以下幾個方面：第一，建立古樹資源嫁接采穗圃，為扦插繁殖研究提供相對一致的材料；第二，隨著年齡增長，扦插生根與內(nèi)源激素（尤其是生長素）、次生代謝物積累的關(guān)系；第三，扦插生根過程中解剖結(jié)構(gòu)變化及愈傷組織過量產(chǎn)生與不定根發(fā)生的關(guān)系；第四，古樹扦插繁殖技術(shù)體系的優(yōu)化和建立。對這個問題的研究，不僅可為古樹資源收集與保護、扦插生根機制的研究提供理論基礎(chǔ)，也可為助力文化旅游與鄉(xiāng)村振興提供技術(shù)支撐。