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        剪根和植物生長調(diào)節(jié)劑對(duì)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(nóng)業(yè)研究 2019年3期
        關(guān)鍵詞:側(cè)根調(diào)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(nóng)林大學(xué)林學(xué)院/國家林業(yè)局杉木工程技術(shù)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(zhì)交換的重要部位[1-2],其通過各種逆境生理反應(yīng)對(duì)地上部分產(chǎn)生影響,是維持植物正常生命活動(dòng)的根本保障[3-4]。方燕等[5]研究表明,干旱脅迫下根系可調(diào)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(chǎn)量;曾巧英等[6]認(rèn)為,鋁脅迫首先抑制根的生長,并通過根的生理反應(yīng)影響植株地上部組織;根系對(duì)植物生長發(fā)育及產(chǎn)量具有至關(guān)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(guān)[7-8],根活力與成熟期產(chǎn)量呈正相關(guān)[9]。植物根系研究一直是當(dāng)前研究的熱點(diǎn),但該研究受到根系生物量的限制,特別是幼苗根系,使有關(guān)生理、代謝、基因與蛋白表達(dá)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(jìn)一步深入研究,尤其是需要精確測(cè)定單株個(gè)體相關(guān)指標(biāo)的遺傳學(xué)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(zhì)優(yōu)良、生長速度快和經(jīng)濟(jì)價(jià)值高而被廣泛種植,在我國林業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位[10-14]。根系與杉木生產(chǎn)力密切相關(guān),而根尖是杉木逆境脅迫的主要位點(diǎn),于姣妲等[15]通過根尖染色說明磷素能緩解鋁對(duì)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(duì)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(jī)酸對(duì)不同供磷水平的適應(yīng)性。有關(guān)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(yàn)誤差。因此,本研究擬以杉木實(shí)生幼苗為材料,采用L9(34)正交設(shè)計(jì),探討剪根和植物生長調(diào)節(jié)劑對(duì)杉木幼苗側(cè)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(yàn)材料

        杉木種子來源于福建省尤溪縣國有林場(chǎng)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(zhì)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(diào)節(jié)劑為細(xì)胞分裂素(6-BA)、萘乙酸(NAA)和吲哚丁酸(IBA)。

        1.2 試驗(yàn)方法

        1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 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(qiáng)110 μmol·m-2·s-1,相對(duì)濕度為75%的氣候箱中。萌發(fā)15 d后,挑選肥碩、長勢(shì)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(jìn)行水培??刂茰囟?5 ℃,光照時(shí)間12 h·d-1,光照強(qiáng)度為12 000 lx。每7天更換1次營養(yǎng)液,培養(yǎng)2個(gè)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(diào)節(jié)劑中浸泡30 min,以不作任何處理為對(duì)照(CK)。

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

        表1 正交設(shè)計(jì)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(yàn) 以側(cè)根生長量和側(cè)根長為指標(biāo),采用L9(34)正交設(shè)計(jì),分析杉木剪根及植物生長調(diào)節(jié)劑對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。正交設(shè)計(jì)的因素與水平見表1。

        1.3 統(tǒng)計(jì)與分析

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

        2 結(jié)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(diào)節(jié)劑濃度對(duì)杉木幼苗側(cè)根生長的影響不同(圖1)。從植株表型來看,各處理側(cè)根數(shù)和側(cè)根長均大于CK,說明剪根是提高幼苗側(cè)根生根的關(guān)鍵;各處理主根均停止增長,說明剪根可增加側(cè)根數(shù),但抑制主根生長。不同處理側(cè)根長和側(cè)根數(shù)明顯不同,說明不同濃度的6-BA、NAA和IBA對(duì)側(cè)根生長的影響不同,但均可促進(jìn)側(cè)根生根。圖1I側(cè)根長較長,表明促進(jìn)側(cè)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(cè)根生根數(shù)較多,表明促進(jìn)側(cè)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(duì)杉木幼苗側(cè)根數(shù)生長的影響

        按照L9(34)正交設(shè)計(jì)9種處理,分析剪根及6-BA、NAA、IBA濃度對(duì)杉木幼苗側(cè)根數(shù)的影響,結(jié)果見表2。由表2可知,側(cè)根數(shù)正交設(shè)計(jì)結(jié)果中D因素R值最小,故將其作為空白列進(jìn)行方差分析(表3)。由表3可知,剪根及6-BA、NAA、IBA濃度均對(duì)側(cè)根數(shù)具有顯著影響(sig.<0.05)。側(cè)根數(shù)差值最大組合為A3B3C2D1,差值達(dá)18.67 cm(表2)。經(jīng)極差分析比較可知,在選定的范圍內(nèi),各因素對(duì)側(cè)根數(shù)影響的主次順序?yàn)椋築>C>A>D,優(yōu)化組合為A3B3C2D1,由于試驗(yàn)設(shè)計(jì)中包含該組合,則為正交試驗(yàn)結(jié)果,即促進(jìn)側(cè)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(cè)根數(shù)正交設(shè)計(jì)結(jié)果1)

        1)A.根長;B.6-BA;C.NAA;D.IBA。

        表3 側(cè)根數(shù)正交設(shè)計(jì)方差分析

        2.3 不同處理對(duì)杉木幼苗側(cè)根長生長的影響

        按照L9(34)正交設(shè)計(jì)9種處理,分析剪根及6-BA、NAA、IBA濃度對(duì)杉木幼苗側(cè)根長的影響,結(jié)果見表4。由表4可知,側(cè)根長正交設(shè)計(jì)結(jié)果中C因素R值最小,故將其作為空白列進(jìn)行方差分析(表5)。由表5可知,剪根、IBA濃度對(duì)側(cè)根長生長具有顯著影響(sig.<0.05),而 6-BA和NAA濃度對(duì)側(cè)根長的生長效果影響不顯著。側(cè)根長差值最大組合為A3B2C1D3,差值達(dá)8.13 cm(表4)。經(jīng)極差分析比較可知,在選定的范圍內(nèi),各因素對(duì)側(cè)根長影響的主次順序?yàn)椋篈>D>B>C,最優(yōu)組合為A3B2C1D1。由于試驗(yàn)設(shè)計(jì)中不包含該組合,為驗(yàn)證正交設(shè)計(jì)結(jié)果,再次用A3B2C1D1和A3B2C1D3測(cè)試側(cè)根長生長效果,重復(fù)3次。結(jié)果表明,側(cè)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(cè)根長正交設(shè)計(jì)結(jié)果1)

        1)A.根長;B.6-BA;C.NAA;D.IBA。

        表5 側(cè)根長正交設(shè)計(jì)方差分析

        3 討論與小結(jié)

        本研究表明,剪根和植物生長調(diào)節(jié)劑對(duì)杉木幼苗側(cè)根生長存在顯著影響。正交設(shè)計(jì)9種處理根部均出現(xiàn)細(xì)小的乳白色顆粒狀,并發(fā)展成長短不齊的側(cè)根,側(cè)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(gè)有機(jī)整體,剪根導(dǎo)致側(cè)根數(shù)量發(fā)生變化,這與前人的研究結(jié)果[21-27]一致。本研究發(fā)現(xiàn),剪根是提高側(cè)根生根的關(guān)鍵, 不同濃度6-BA、NAA和IBA對(duì)側(cè)根生長的影響不同,但作為生長素信號(hào)均可促進(jìn)植物側(cè)根生根。從植株表型來看,促進(jìn)側(cè)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(jìn)側(cè)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(duì)側(cè)根數(shù)生長無顯著影響,但對(duì)側(cè)根長生長效果顯著。

        除了剪根和植物生長調(diào)節(jié)劑外,無性系遺傳特性(內(nèi)在因素)及溫度、濕度、光照條件等(外在因素)也對(duì)杉木幼苗側(cè)根生長有一定影響。目前,杉木幼苗生長技術(shù)的研究已經(jīng)相對(duì)成熟,但有關(guān)杉木幼苗側(cè)根生長的研究鮮有報(bào)道。本研究利用L9(34)正交設(shè)計(jì)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(diào)節(jié)劑對(duì)杉木幼苗側(cè)根生長的影響,篩選出較適宜的方案,即側(cè)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(cè)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(yàn)因素,擴(kuò)大研究范圍,以期篩選出更適宜的方案。

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