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        剪根和植物生長調節(jié)劑對杉木幼苗生長的影響

        2019-11-28 05:29:42張家君呂蒙蒙武憶寒謝亞聰林思祖
        亞熱帶農業(yè)研究 2019年3期
        關鍵詞:側根調節(jié)劑杉木

        張家君, 呂蒙蒙, 武憶寒, 謝亞聰, 陳 宇, 林思祖

        (福建農林大學林學院/國家林業(yè)局杉木工程技術研究中心,福建 福州 350002)

        根系是植物的三大營養(yǎng)器官之一,也是植株信息傳遞與物質交換的重要部位[1-2],其通過各種逆境生理反應對地上部分產生影響,是維持植物正常生命活動的根本保障[3-4]。方燕等[5]研究表明,干旱脅迫下根系可調控植物與土壤的水分,其發(fā)育程度直接影響地上部生長狀況及籽粒產量;曾巧英等[6]認為,鋁脅迫首先抑制根的生長,并通過根的生理反應影響植株地上部組織;根系對植物生長發(fā)育及產量具有至關重要的作用,各生育期根重量與地上部重量、總重量呈顯著或極顯著正相關[7-8],根活力與成熟期產量呈正相關[9]。植物根系研究一直是當前研究的熱點,但該研究受到根系生物量的限制,特別是幼苗根系,使有關生理、代謝、基因與蛋白表達等多層面研究無法順利開展。目前主要采取多株混樣的方法替代單株取樣,但該方法不利于植物根系的進一步深入研究,尤其是需要精確測定單株個體相關指標的遺傳學研究。

        杉木(Cunninghamialanceolata)是我國南方重要的速生用材樹種之一,因其品質優(yōu)良、生長速度快和經(jīng)濟價值高而被廣泛種植,在我國林業(yè)生產中占據(jù)重要地位[10-14]。根系與杉木生產力密切相關,而根尖是杉木逆境脅迫的主要位點,于姣妲等[15]通過根尖染色說明磷素能緩解鋁對杉木苗根尖的毒害作用;汪鳳林等[16]取白色根尖(長度6~9 mm)研究缺鎂對杉木根系活力以及抗氧化酶的影響;李琦[17]以杉木根尖為試材,探討根系有機酸對不同供磷水平的適應性。有關杉木逆境脅迫的研究多選用1~2 cm處的根尖[18-19],目前一般采取多株混樣的方法,以解決根尖需求量較大的難題,但該方法加大了試驗誤差。因此,本研究擬以杉木實生幼苗為材料,采用L9(34)正交設計,探討剪根和植物生長調節(jié)劑對杉木幼苗側根生長的影響,以期為解決根尖需求量大、多株混樣易造成誤差等難題提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料

        杉木種子來源于福建省尤溪縣國有林場三代種子園。于2017年11月種子成熟期,混系采集外形飽滿、品質好、無病蟲害的種子,晾干后置于4 ℃冰箱保存。用去離子水清洗3遍后,將種子置于初始溫度為45 ℃的超純水中浸泡24 h,期間用玻璃棒翻攪。去掉漂浮于液面的空粒和澀粒,用3 g·L-1KMnO4消毒0.5 h,再用去離子水清洗干凈,靜置3 h,待用。植物生長調節(jié)劑為細胞分裂素(6-BA)、萘乙酸(NAA)和吲哚丁酸(IBA)。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 試驗設計 將浸泡好的種子放在濾紙板上,置于光照14 h(25 ℃)、黑暗10 h(22 ℃),光強110 μmol·m-2·s-1,相對濕度為75%的氣候箱中。萌發(fā)15 d后,挑選肥碩、長勢良好的幼苗移栽至盛有8 L霍格蘭營養(yǎng)液(pH為5.5±0.1)[20]的培養(yǎng)框中,置于溫室進行水培??刂茰囟?5 ℃,光照時間12 h·d-1,光照強度為12 000 lx。每7天更換1次營養(yǎng)液,培養(yǎng)2個月后選取根長一致的幼苗,從根尖開始剪根,分別剪去總根長的2/3、1/2和1/3。將剪根后的幼苗根部置于各生長調節(jié)劑中浸泡30 min,以不作任何處理為對照(CK)。

        將浸泡后的幼苗轉入高為21.6 cm、內徑為30 cm的塑料盆培育,每盆10株,每個處理3次重復,共30盆。利用佳能照相機進行拍照記錄,每7天記錄1次側根數(shù)(肉眼觀察)、側根長(采用Image pro plus軟件測量),共測5個周期,總計35 d,以便觀察幼苗整個生根過程。取3次重復的平均值,最后一個周期的測量值與初始值的差即為側根數(shù)及側根長的差值。

        表1 正交設計因素與水平1)

        1)A.根長,為剪去總根長的2/3、1/2、1/3;B.6-BA濃度;C.NAA濃度;D.IBA濃度。

        1.2.2 正交試驗 以側根生長量和側根長為指標,采用L9(34)正交設計,分析杉木剪根及植物生長調節(jié)劑對試驗結果的影響。正交設計的因素與水平見表1。

        1.3 統(tǒng)計與分析

        采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、Excel 2007、SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行處理與分析。

        2 結果與分析

        2.1 不同處理下杉木幼苗水培生根的基本情況

        剪根長度和調節(jié)劑濃度對杉木幼苗側根生長的影響不同(圖1)。從植株表型來看,各處理側根數(shù)和側根長均大于CK,說明剪根是提高幼苗側根生根的關鍵;各處理主根均停止增長,說明剪根可增加側根數(shù),但抑制主根生長。不同處理側根長和側根數(shù)明顯不同,說明不同濃度的6-BA、NAA和IBA對側根生長的影響不同,但均可促進側根生根。圖1I側根長較長,表明促進側根長生長的最優(yōu)方案為:A3B2C1D3,即剪根1/3長度+25 mg·L-16-BA+100 mg·L-1NAA+50 mg·L-1IBA;圖1J側根生根數(shù)較多,表明促進側根生根數(shù)生長的最優(yōu)方案為:A3B3C2D1,即剪根1/3長度+50 mg·L-16-BA+200 mg·L-1NAA。

        A.CK;B.A1B1C1D1;C.A1B2C2D2;D.A1B3C3D3;E.A2B1C2D3;F.A2B2C3D1;G.A2B3C1D2;H.A3B1C3D2;I.A3B2C1D3;J.A3B3C2D1。

        2.2 不同處理對杉木幼苗側根數(shù)生長的影響

        按照L9(34)正交設計9種處理,分析剪根及6-BA、NAA、IBA濃度對杉木幼苗側根數(shù)的影響,結果見表2。由表2可知,側根數(shù)正交設計結果中D因素R值最小,故將其作為空白列進行方差分析(表3)。由表3可知,剪根及6-BA、NAA、IBA濃度均對側根數(shù)具有顯著影響(sig.<0.05)。側根數(shù)差值最大組合為A3B3C2D1,差值達18.67 cm(表2)。經(jīng)極差分析比較可知,在選定的范圍內,各因素對側根數(shù)影響的主次順序為:B>C>A>D,優(yōu)化組合為A3B3C2D1,由于試驗設計中包含該組合,則為正交試驗結果,即促進側根數(shù)生長的最優(yōu)方案為:剪根1/3長度+50 mg·L-16-BA+200 mg·L-1NAA。

        表2 側根數(shù)正交設計結果1)

        1)A.根長;B.6-BA;C.NAA;D.IBA。

        表3 側根數(shù)正交設計方差分析

        2.3 不同處理對杉木幼苗側根長生長的影響

        按照L9(34)正交設計9種處理,分析剪根及6-BA、NAA、IBA濃度對杉木幼苗側根長的影響,結果見表4。由表4可知,側根長正交設計結果中C因素R值最小,故將其作為空白列進行方差分析(表5)。由表5可知,剪根、IBA濃度對側根長生長具有顯著影響(sig.<0.05),而 6-BA和NAA濃度對側根長的生長效果影響不顯著。側根長差值最大組合為A3B2C1D3,差值達8.13 cm(表4)。經(jīng)極差分析比較可知,在選定的范圍內,各因素對側根長影響的主次順序為:A>D>B>C,最優(yōu)組合為A3B2C1D1。由于試驗設計中不包含該組合,為驗證正交設計結果,再次用A3B2C1D1和A3B2C1D3測試側根長生長效果,重復3次。結果表明,側根長最優(yōu)方案為:A3B2C1D3,即剪根1/3長度+25mg·L-16-BA+100 mg·L-1NAA+50 mg·L-1IBA。

        表4 側根長正交設計結果1)

        1)A.根長;B.6-BA;C.NAA;D.IBA。

        表5 側根長正交設計方差分析

        3 討論與小結

        本研究表明,剪根和植物生長調節(jié)劑對杉木幼苗側根生長存在顯著影響。正交設計9種處理根部均出現(xiàn)細小的乳白色顆粒狀,并發(fā)展成長短不齊的側根,側根生根率效果顯著。剪根處出現(xiàn)損傷,主根停止生長,這可能由于植物根系是個有機整體,剪根導致側根數(shù)量發(fā)生變化,這與前人的研究結果[21-27]一致。本研究發(fā)現(xiàn),剪根是提高側根生根的關鍵, 不同濃度6-BA、NAA和IBA對側根生長的影響不同,但作為生長素信號均可促進植物側根生根。從植株表型來看,促進側根生根數(shù)生長的最優(yōu)方案為:剪根1/3長度+50 mg·L-16-BA+200 mg·L-1NAA;促進側根長生長的最優(yōu)方案為:剪根1/3長度+25 mg·L-16-BA+100 mg·L-1NAA+50 mg·L-1IBA。IBA濃度對側根數(shù)生長無顯著影響,但對側根長生長效果顯著。

        除了剪根和植物生長調節(jié)劑外,無性系遺傳特性(內在因素)及溫度、濕度、光照條件等(外在因素)也對杉木幼苗側根生長有一定影響。目前,杉木幼苗生長技術的研究已經(jīng)相對成熟,但有關杉木幼苗側根生長的研究鮮有報道。本研究利用L9(34)正交設計探討不同剪根長度(剪去總根長的2/3、1/2、1/3)以及不同濃度的6-BA、NAA和IBA等生長調節(jié)劑對杉木幼苗側根生長的影響,篩選出較適宜的方案,即側根生根數(shù)最優(yōu)方案為:剪根1/3長度+50 mg·L-16-BA+200 mg·L-1NAA;側根長最優(yōu)方案為:剪根1/3長度+25 mg·L-16-BA+100 mg·L-1NAA+50 mg·L-1IBA。在今后的研究中需增加試驗因素,擴大研究范圍,以期篩選出更適宜的方案。

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