以北京林业大学梅菊圃(116° 04'E, 40° 00'N)3年生美人梅嫁接苗为材料, 选取半木质化嫩枝为插穗, 在北京林业大学梅菊圃温室中进行扦插。

插床长约5 m, 宽约2.5 m, 插床周围用0.5 m高的无纺布围合, 以保持空气湿度。插床下层为干净砾石, 中层为10 cm厚的干净河砂, 上层放置装有扦插基质[泥炭(V):珍珠岩(V)=2:1, 泥炭为德国进口KLASMANN 422]的林木32孔穴盘; 插床中间为20 cm的砖铺过道; 过道两侧的插床各安装4个雾化喷头, 喷雾时间由LK-100型微喷灌智能控制仪进行控制。

试验设置2个扦插日期, 分别为2015年5月20日和8月5日; IBA浓度为2 500 mg· L^-1。每个扦插时间安排1个处理和1个对照, 共4个处理, 每处理3次重复, 每次重复60株插穗。

插穗准备。扦插当天, 上午9:00前插穗剪自美人梅无病虫害、当年生发育枝的中上部分。刀片用75%的酒精消毒后, 将插穗下端削成马蹄形, 上端斜切。每个插穗留取3个芽并保留顶端的两片功能叶, 将其放入800倍多菌灵中消毒后备用。

扦插及插后管理。按简单随机重复试验, 在基质中进行扦插。插穗基部3 cm速蘸IBA 5 s后扦插, 扦插深度为3~4 cm。扦插后插穗周围最高温控制在35 ℃以下, 空气相对湿度维持在85%以上。每7~10 d交替使用5% KMnO₄和800倍多菌灵对插床以及插床周围进行喷洒消毒。

生根性状。扦插后每隔10 d进行1次生根形态观察, 分别记录愈伤组织出现期、不定根出现期, 于扦插50 d后统计每个处理的生根率、生根数、平均根长。

营养物质与酶活性测定。分别于0、10、20、30与40 d取样, 每次每处理取10条插穗, 3次重复。取插穗基部2 cm范围内的皮层测定营养物质含量及酶活性。可溶性糖及淀粉采用蒽酮比色法测定^[23], 可溶性蛋白采用G-250考马斯亮蓝染色法^[23], POD、IAAO、PPO活性分别参照李合生^[23]、张志良等^[24]、Satisha等^[21]的方法测定。

数据应用SPSS 19.0进行方差分析, 运用LSD方法进行多重比较(P< 0.05)。分析前, 生根率需进行反正玄转换, 生根数进行平方根转换。

不同扦插时间, 处理组10 d后插穗基部均有愈伤组织长出; 20 d后, 处理组10%插穗开始生根; 30 d后, 出现不定根的插穗数量增多, 5月份处理组60%插穗出现不定根, 8月份处理组30%插穗出现不定根; 40 d后, 处理组插穗生根率不再增长, 达到稳定期。对照组10 d后出现愈伤组织, 但直至50 d仍未产生不定根。因此, 根据以上生根特点及前人相关研究^[15]将不定根的形成划分为3个阶段, 即根的诱导阶段(0~10 d)、表达阶段(10~30 d)和伸长阶段(30~40 d)。

扦插50 d后进行生根情况统计, 4个处理组合的生根情况见表1。由表1可知, 不同扦插日期2 500 mg· L^-1 IBA处理的生根率、生根数量、生根长度等指标均显著高于对照。经IBA处理后, 5月份插穗生根率(83%)及平均根数(21条)均显著高于8月份。因此, 5月份采条, 用2 500 mg· L^-1 IBA处理插穗有利于生根。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 扦插日期对美人梅嫩枝扦插生根的影响 Table 1 Effect of cutting date on rooting of Prunus mume Meiren 扦插日期 Cutting date IBA浓度 IBA concentration/(mg· L-1) 生根率 Rooting rate/% 平均根数 Mean value of root number 平均根长 Mean value of root length/cm 5-20 0 0c 0c 0b 2500 83± 4.7 a 21± 0.3 a 8± 1.0 a 8-05 0 0c 0c 0b 2500 47± 3.3 b 10± 0.3 b 7± 1.0 a Values in table were mean of three replicates. Values within a column followed by different lowercase letters indicate the significant difference (P< 0.05) 表中数据为3次重复的平均值。表中同列数据后无相同小写字母的表示差异显著(P< 0.05)。

表1 扦插日期对美人梅嫩枝扦插生根的影响 Table 1 Effect of cutting date on rooting of Prunus mume Meiren

如图1-A所示, 5月份, 经IBA处理的插穗皮层中可溶性糖含量呈先增后降趋势, 并在第30天(表达后期)达到峰值(22.7 mg· g^-1); 对照组可溶性糖含量变化趋势相似, 在第20天达到峰值(28 mg· g^-1)。8月份, 插穗皮层中的可溶性糖含量呈现上升— 下降— 上升的趋势, IBA处理与对照可溶性糖含量分别在第10与20天达到峰值, 在第30天降至最低, 随后升高; 与5月份插穗相比, 其可溶性糖含量整体处于较低水平。表明IBA能加快诱导期插穗皮层中的可溶性糖积累, 使表达后期可溶性糖含量处于相对较平稳状态。

图1

Fig.1

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	图1 美人梅扦插生根过程中可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白含量变化 图中数据以鲜质量计。5-20 CK、5-20 IBA分别代表5月份对照组和处理组, 8-5 CK、8-5 IBA分别代表8月份对照组和处理组。下同Fig.1 Contents of soluble sugar, starch and soluble protein of Prunus mume Meiren during cutting Datas in the figure are expressd by fresh weight. 5-20 CK, 5-20 IBA indicate controls and IBA treatment in May, 8-5 CK, 8-5 IBA indicate controls and IBA treatment in August. The same as below

5月份插穗皮层淀粉含量呈现上升— 下降— 上升— 下降的变化趋势, 在第10和20天各有1个峰值; 8月份插穗皮层淀粉含量呈现上升— 下降— 上升的变化趋势, 仅在第10天有1个峰值出现(图1-B)。与5月份插穗相比, 8月份插穗淀粉含量第2个峰值出现了滞后。经IBA处理后插穗的淀粉含量在第2个峰值处均低于对照, 推测IBA能加快表达后期淀粉的分解。

2个不同扦插日期, IBA处理的插穗可溶性蛋白含量均呈现先降后增的变化趋势, 而5月份对照组变化趋势为先上升后下降再上升再下降, 8月份对照组的变化趋势为先下降后升高再下降(图1-C)。表明IBA的施用能使表达后期和伸长期插穗内可溶性蛋白含量不断升高。

5月份, IBA处理的插穗皮层中POD活性在第10和第30天各出现1个明显的高峰; 对照组中POD活性在诱导期下降, 仅在第30天出现峰值(图2-A)。8月份, IBA处理与对照组插穗皮层中POD活性变化趋势相似, 仅在第10天出现峰值。5月份相比于8月份, 总体POD活性较高, 且出现2个明显的峰值。

图2

Fig.2

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	图2 美人梅扦插生根过程中POD、PPO和IAAO活性变化Fig.2 Activities of POD, PPO and IAAO of Prunus mume Meiren during cutting

PPO活性的变化在5月份与8月份呈现相反的走势(图2-B)。5月份PPO活性先下降后上升, 8月份PPO活性先上升后下降, 且5月份总体PPO活性高于8月份。2个处理日期, 处理组和对照组的PPO活性变化趋势大致相同, 表明IBA对PPO活性无显著影响。

5月份处理插穗皮层中IAAO活性呈现先上升后下降的趋势; 8月份处理插穗皮层中的IAAO活性一直处于上升状态, 但其表达期的IAAO活性要低于5月份(图2-C)。2个处理日期, 处理组插穗皮层中的IAAO活性均高于对照组。

生长素是扦插中对生根或者促进生长具有重要意义的植物生长调节剂^[25], 对促进生根比较有利的生长素是吲哚丁酸^{[26, 27]}, 本研究中IBA能显著提高美人梅扦插生根率、生根数和平均根长, 与李振坚等^[4]报道IBA处理能提高梅花扦插生根率一致, 这可能是由于IBA的施用能促进细胞的分生、分化, 影响插穗内部营养物质的分配, 提高IAA/ABA的比值, 从而促进不定根的形成^[28]。

植物在特定季节, 由于体内含有丰富的营养物质及促生长物质, 其插穗生根力可大大提高^[20]。夏季李子嫩枝扦插的生根率以及生根品质要高于休眠季或者秋季^[6]; 4倍体刺槐嫩枝扦插以5月中旬至7月中旬为宜^[12]; 重瓣黄刺玫6月初进行嫩枝扦插, 生根率最高^[13]。本研究结果表明, 北京地区5月份扦插插穗生根率(80%)显著优于8月份, 这可能是由于5月份插穗内营养状况较好, 有利于生根^[29]; 8月份枝条木质化程度较高或其内源激素等含量发生变化及外界温湿度差异可能对美人梅嫩枝扦插生根存在影响, 还有待进一步研究。

插穗内可溶性糖含量是影响其能否生根的重要因素^[14]; 除此之外, 碳水化合物、氮素化合物及内源激素含量的比例关系也对生根起关键作用^[30]。本研究中, 处理组和对照组插穗内可溶性糖及淀粉含量变化趋势相似, 推测这2种营养物质的变化与扦插生根过程有关, 而不依赖外源IBA的作用, 而其含量的差异可能是IBA作用的结果。IBA处理能增加诱导期插穗内可溶性糖和淀粉的积累量, 为根的诱导储存能量^{[31, 32]}, 并加速表达期淀粉的分解, 使可溶性糖的积累与消耗处于相对较平稳状态, 有利于根的形成^[31]。8月份插穗内可溶性糖及淀粉含量总体低于5月份, 且淀粉含量在表达后期的积累与5月份相比存在滞后现象, 这可能是导致其生根率较低的原因。

本研究中处理组插穗的可溶性蛋白含量在诱导期下降, 可能是由于插穗基部可溶性蛋白分解加快, 有利于促进根的诱导^{[31, 32]}; 在表达后期及伸长期, 其可溶性蛋白含量不断增多, 为不定根的形成和伸长储备能量, 这与王瑞等^[33]对油茶的研究结果一致。对照组在伸长期可溶性蛋白含量处于下降状态, 推测处理组和对照组之间的可溶性蛋白含量变化趋势的差异可能是IBA作用的结果。

美人梅扦插后POD活性的变化表明, POD活性与梅花扦插生根密切相关, 而处理组和对照组在扦插后变化规律相似, 说明这些变化可能并不依赖外源IBA^[34]。许多研究表明, 在不定根形成前, POD活性已达到峰值, 且出现2个高峰, 说明过氧化物酶POD在不定根诱导和表达过程中发挥重要作用^{[15, 35, 36, 37]}; 不定根形成后, POD活性降低, 有利于不定根的伸长^[33]; 也有研究表明, POD活性仅在诱导期有1个峰值^[38]。本研究中, 5月份处理组有2个峰出现, 对照组仅在形成期出现1个峰值, 8月份处理组和对照组均在诱导期出现1个高峰。此外, IBA的施用能提高5月份处理组诱导期POD的活性, 消除体内过多内源IAA, 有利于诱导根原基的发育^[15], 且5月份处理组插穗的POD活性和生根率均高于8月份处理, 推测不同时期插穗内POD活性存在差异, 从而影响生根。

美人梅插穗扦插后PPO活性在不同时期的波动表明, PPO活性与美人梅嫩枝扦插生根密切相关。扈红军等^[15]对欧榛的研究显示, PPO活性在表达期达到最大值; 而欧美山杨杂种在根原基诱导时期, PPO活性维持在较高水平, 有利于不定根的形成^[17]。本研究中, PPO活性的变化在5月份与8月份呈现相反的走势; 5月份处理组插穗内PPO活性在表达期处于较高水平, 8月份处理组PPO活性在诱导期较高, 表达期降低, 且8月份总体PPO活性低于5月份, 这可能是由于枝条的成熟度差异引起的, 其作用机理有待进一步研究。美人梅嫩枝扦插处理组和对照组PPO含量有相似的变化规律, 且峰值并无显著差异, 因此, 推测PPO活性大小和变化规律可能只与扦插生根有关, 而不受外源IBA的影响^[34]。

美人梅嫩枝扦插生根的诱导期IAAO活性较低, 有利于不定根的发育; 在根的表达时期活性较高, 使内源IAA含量降低, 促进根的伸长, 这与扈红军等^[15]对欧榛研究结果相一致。但也有研究结果显示, 在不定根诱导时期, IAAO活性升高, 使内源IAA水平降低, 有利于生根; 在表达期IAAO活性降低, 内源IAA水平升高, 促进根的生长^{[18, 36, 38]}。这可能是因为物种不同所致。美人梅5月份处理组插穗的IAAO活性在表达期高于8月份处理组, 且IBA处理的IAAO活性和生根率高于对照, 因此, 推测IBA可能通过提高表达期IAAO活性对扦插生根起作用。

综上, IBA处理及不同扦插日期可能会影响扦插过程中营养物质含量、相关酶的活性及其之间的相互关系, 从而影响插穗生根。本研究中美人梅以5月中旬IBA处理的插穗生根效果最好, 可为北方抗寒梅花嫩枝扦插生产提供技术支持和理论依据。