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)對地上部分產(chǎn)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(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，尤其是需要精確測定單株個體相關(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(jī)酸對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(jìn)行水培。控制溫度25 ℃，光照時間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軟件測量)，共測5個周期，總計(jì)35 d，以便觀察幼苗整個生根過程。取3次重復(fù)的平均值，最后一個周期的測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濃度對側(cè)根長生長具有顯著影響(sig.<0.05)，而 6-BA和NAA濃度對側(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對側(cè)根生長的影響不同，但作為生長素信號均可促進(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濃度對側(cè)根數(shù)生長無顯著影響，但對側(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。