紫叶李扦插生根过程中生理指标动态变化探究

于晓跃，路斌，史宝胜

（1河北农业大学  保定，071000）

摘要：以紫叶李为材料，研究了吲哚乙酸（IAA）、吲哚丁酸(IBA)和α-萘乙酸(NAA)对其扦插生根及其生根过程中营养物质、酶活性及内源激素含量的影响。结果表明：处理（T3）对紫叶李生根的促进作用最为明显。可溶性糖含量在愈伤组织形成期（15d）降低，在不定根形成期（20d）不断积累，在不定根大量生成后（25d）再次降低；淀粉、可溶性蛋白的变化趋势与可溶性糖基本一致，说明不定根形成需消耗大量的可溶性糖、淀粉和蛋白质为其提供能量。愈伤组织形成期（15d），POD与PPO活性最高；紫叶李插穗中GA3含量在根原基诱导与不定根发生初期较低，在不定根伸长期较高；IAA的含量在不定根的形成与伸长期快速上升，说明较高的GA3 与IAA有利于插穗不定根的发生与伸长。

中图分类号：S688.4     文献标志码：A

关键词：紫叶李；嫩枝扦插；营养物质；酶活性；激素含量

Study on the Dynamic Changes of Physiological Indexes in the Rooting Process of Prunus cerasifera

YU Xiao-yue¹, LU Bin¹, SHI Bao-sheng¹

(1.Agricultural University of Hebei, Baoding, 071000）

Abstract: In order to explore the effect of the growth regulating substances including indole acetic acid (IAA),indole butyric acid (IBA) and alpha naphthyl acetic acid (NAA) on physiological characters in the process of the cuttings rooting with Prunus cerasifera as material, the nutrients content , enzyme activities and the content of endogenous hormone were measured under different treatments. The results showed that T3 treatment exhibited the best effect in promoting rooting. It showed the soluble sugar content decreased in callus formation (15d) and continuously accumulated in the early stage of adventitious roots formation , as well as decreased after the adventitious roots generated in large quantities. The changes of starch content and protein content were consistent with soluble sugars,which indicating that the formation of adventitious roots consumed a large amount ofnutrient content to provide energy. The activity of POD enzyme and PPO activity in the callus formation were both the highest in all development stages. The content of GA3 in the cuttings was lower in the initial period of root induction and adventitious root early formation and the content of GA3 was higher in the root elongation period. The content of IAA increased rapidly in the formation and elongation of adventitious roots,which indicated that the high concentration of GA3 and IAA was beneficial to the occurrence and elongation of adventitious roots.

Keywords: Prunus cerasifera; softwood cuttings; nutrient content;enzyme activity; hormone content

紫叶李是华北地区一种常见的常色叶景观树种和园林绿化树种，具有较高的园林应用价值^[1]。无性繁殖可以使彩叶植物的优良性状得以保存，因此实践中常采用扦插、嫁接、组织培养等方法对其进行繁殖，其中应用较多的是扦插繁殖。从20世纪40年代人工合成生长素的成功研制和各类扦插管理设备的出现开始，扦插生根机理以及影响植物扦插生根的因素逐渐成为国内外专家的研究热点^[2~3]。目前有关紫叶李扦插生根的机理研究报道较少，因此本研究通过嫩枝扦插试验，探讨生长调节物质（IAA、IBA、6-BA）对紫叶李扦插生根的影响，分析插穗在生根过程中各类营养物质含量及酶活性变化，明确影响紫叶李插穗生根成活的因素，从而采取相应措施，以提高紫叶李扦插繁育系数，建立较为优良的扦插繁殖体系，为紫叶李的规模化生产提供相应的技术支撑。

1材料与方法

1.1材料

试验于2015年7月在河北农业大学园林与旅游学院扦插苗床进行，扦插床基质为河沙，采用喷雾系统进行保湿。试验材料为紫叶李当年生半木质化的枝条插穗。

1.2方法

1.2.1插穗制作及处理

选择生长良好的当年生半木质化枝条，剪成长度10cm的插穗，每个插穗保留4~5个芽，上部保留1~2个叶片，每个叶片剪掉1/2以降低蒸腾。

扦插前将制作好的插穗进行消毒，用清水冲洗，后用处理液浸泡插穗0.5h。

试验共设9个处理：T1（a1 b1），T2（a1 b2），T3（a1 b3），T4（a2 b1），T5(a2 b2)，T6(a2 b3)，T7(a3 b1)，T8(a3 b2)，T9(a3 b3），每处理100根插条，3次重复。

其中A：IBA（a1）、NAA（a2）、6-BA（a3）；

B：100mg·L^-1（b1）、200mg·L^-1（b2）、400mg·L^-1（b3）

自扦插之日起第5d开始取样，以后每隔5d取样一次，共计5次。

1.2.2生长指标的测定

记录其出现愈伤和不定根的时间。取样结束后对各组插穗进行记录统计，计算其生根率、平均生根数量和平均根长。

1.2.3营养物质及酶活性的测定

可溶性糖与可溶性淀粉含量测定：采用蒽酮比色法；

可溶性蛋白含量测定：采用考马斯亮蓝法^[4]；

过氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）活性测定：参考李合生的方法进行^[4]。

1.2.4激素含量的测定

采用高效液相色谱法测定赤霉素（GA3）、生长素（IAA）含量^[5]。

1.2.5数据处理

数据采用Excel2007、SPSS18.0软件进行分析。

2结果与分析

2.1不同处理对紫叶李扦插生根的的影响

由图1可知，就生根率而言，IBA处理（T1、T2、T3）下，紫叶李插穗的生根率普遍较高，而6-BA处理（T7、T8、T9）的插穗生根率普遍较低，其中T3对紫叶李生根的促进作用最为明显，除与T2处理无显著差异外，均显著高于其他处理。就生根数量而言，NAA处理（T4、T5、T6）的生根数量的与其浓度成正比，而6-BA处理（T7、T8、T9）的生根数量则与其浓度成反比，同样T3处理下紫叶李的生根数量最高，除与T1亦处理无显著差异外，亦均显著高于其他处理。就平均根长而言，T3处理下紫叶李根长最大，且显著高于其他处理。综合比较可知，400mg·L^-1 IBA处理最有利于促进紫叶李插穗成活。

图1 不同激素处理对紫叶李的扦插生根的影响

Fig1 The effect of different treatments on the rooting of softwood cutting in Prunus cerasifera

2.2紫叶李扦插生根的形态学变化

对紫叶李插穗生根过程中的形态学观察发现，不定根的形成可以划分为3个不同阶段：愈伤组织形成期（生根诱导期）、不定根出现期（不定根表达期）以及不定根伸长期。不同处理加速了紫叶李愈伤组织的形成以及不定根的分化，其中T3（400mg·L-1 IBA）处理效果为明显，其插穗在10d时最先产生愈伤组织，在15d时愈伤组织大量形成，不定根出现，在20d时不定根大量形成。

2.3紫叶李扦插生根过程中营养物质含量的变化

营养物质不仅为植物插穗生根提供必需元素，而且还为插穗生根和正常生命活动提供足够的能量，以保证一定的扦插成活率^[6]。本试验以T3为例，研究了可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白三种营养物质在紫叶李插穗生根过程中不同阶段的含量，分析其在生根过程中的动态变化，从而明确三种营养物质与紫叶李嫩枝扦插生根的关系。

2.3.1可溶性糖与淀粉含量的变化

如图2所示，紫叶李插穗生根过程中其韧皮部可溶性糖含量呈现“下降-上升-下降”的变化趋势，可溶性糖含量在第15d天出现谷值，除与25d无显著差异外，均显著低于其它阶段，此时期形成的愈伤组织最多，说明愈伤组织的形成消耗了大量营养物质。可溶性糖含量在第20d出现峰值，显著高于其它阶段，说明此阶段可溶性糖大量积累，为不定根的大量形成提供了物质基础。20d之后插穗开始大量形成不定根，可溶性糖含量下降趋势显著，说明不定根形成需要消耗大量的可溶性糖为其提供能量，从而使其含量降低。

插穗不同生长阶段其韧皮部的淀粉含量与可溶性糖含量的变化趋势相同，呈现先下降后上升再下降的变化趋势，在第10d出现低谷，在第20d出现峰值。20d之后，插穗正处于大量形成不定根阶段，淀粉含量显著下降，说明不定根的形成需要消耗大量淀粉。

图2 紫叶李扦插生根过程中可溶性糖与淀粉含量的变化

Fig. 2  The changes of soluble sugar and starch content on the rooting of softwood cutting in Prunus cerasifera

2.3.2可溶性蛋白含量的变化

如图3所示，紫叶李生根过程中插穗韧皮部可溶性蛋白含量整体呈“先下降、后上升、再下降”的变化趋势。可溶性蛋白含量在第10d出现低谷，在第15d出现峰值。峰值的出现说明可溶性蛋白的积累可能会促进愈伤组织的形成，为不定根的形成与生长奠定物质基础；之后含量的降低说明在不定根的形成过程中可溶性蛋白可能会转化为植物生根所需的其他物质。

图3 紫叶李插穗韧皮部可溶性蛋白含量的变化

Fig.3  Changes of soluble protein content in base of cuttings during adventitious root formation

of Prunus cerasifera

2.4紫叶李扦插生根过程中相关酶活性的变化

POD是与生根有关的重要酶类，与细胞的生长、分化及发育密切相关，同时POD也是细胞内的重要清洁剂，是保护细胞膜系统的一种酶^[7]。在紫叶李嫩枝扦插的生根过程中，不同时间韧皮部的POD活性整体呈现“先下降后上升再下降”的变化趋势，第10d后POD活性逐渐变大，第15d出现峰值，说明较高活性的POD可能对愈伤组织的形成有利，之后POD活性开始下降，说明不定根生长所需的POD活性较愈伤组织发生时低。

图4 紫叶李插穗韧皮部POD与PPO活性的变化

Fig. 4  Changes of  POD and PPO activity in base of cuttings during adventitious root formation

of Prunus cerasifera

PPO不仅对植物的生长、发育具有重要的作用，对植物器官的形态建成也具有重要作用^[8]。如图4所示，紫叶李嫩枝插穗其韧皮部的PPO在不同生长时期整体呈现“先下降，后上升，再下降”的变化趋势，第10d出现低谷，第15d出现峰值。PPO活性的峰值期与愈伤组织的形成期相对应，说明高活性的PPO可能有利于愈伤组织的形成；峰值过后PPO活性开始持续下降，说明不定根伸长所需的PPO活性可能较形成愈伤所需的PPO活性小。

2.5 紫叶李扦插生根过程中激素含量的变化

GA₃普遍存在于植物体内，能够促进细胞的伸长和植物体的营养生长。由图5可以发现，GA₃含量总体呈现先下降后上升的变化趋势，前期相对较高的含量可能与外源激素的残存有关，在第15d时GA₃的含量最低，在第25d含量最高。在不定根开始发生（20d）与生长时期（25d），GA₃含量不断提高，说明较高浓度的GA₃可能对促进根的伸长更为有利。

在植物扦插生根的过程中，对不定根的形成起主要作用的激素是IAA，IAA与插穗不定根根原基的产生关系密切^[9]。如图5所示，内源激素IAA含量的变化整体呈“先下降，后上升”变化趋势。从第15d开始IAA含量迅速增加，表明较低浓度的IAA可能有利于根原基的形成，而较高水平的IAA则与不定根的形成与生长关系更为紧密。

3讨论

3.1 生长调节物质对紫叶李扦插生根的影响

不同种类生长调节物质在植物体内发挥的作用不同。朱永超对蓝叶忍冬研究发现， IAA处理增加蓝叶忍冬的生根率和根数，NAA处理仅对根长具有一定的促进作用，IBA处理显著增加了蓝叶忍冬的生根率和根数；综合比较生根效果，IBA最好，IAA和NAA次之^[10]。潘健对3种柃木扦插生根的研究表明，IBA对插穗生根的促进作用随浓度增加而增大^[17]。本试验结果表明，IBA处理下的紫叶李插穗生根率、生根数量和新根长度均较高，对紫叶李的嫩枝扦插最为有利，且IBA对插穗生根的促进作用随浓度的增加而增大，这与朱永超^[10]、潘健^[7]的研究结果较为一致。

3.2 生长调节物质对紫叶李扦插生根过程中营养物质的影响

可溶性糖是插穗生根的直接能量来源^[11]，而淀粉需被转化成可溶性糖后才得以利用。潘健研究发现，在三种柃木愈伤组织和不定根大量形成的阶段，可溶性糖和淀粉的含量均呈下降趋势^[7]。本研究结果显示，未产生不定根时，插穗消耗可溶性糖来提供生命活动所需的物质和能量，因此可溶性糖及淀粉含量下降；随着新叶开展和不定根形成，插穗可通过光合和根的吸收使体内营养物质积累。

可溶性蛋白质是植物体可以吸收利用的主要蛋白质，为植物细胞生长提供物质基础^[13]。本试验中，扦插前10d插穗消耗自身可溶性蛋白满足生长的物质需求，因而含量降低。处理10d后可溶性蛋白含量上升可能与细胞的启动分化有关，在愈伤组织和不定根还未开始形成的时期可溶性蛋白含量积累，为愈伤组织和不定根的形成提供物质保障。处理第15d后含量不断降低，说明愈伤组织和不定根的形成需要消耗大量可溶性蛋白质，这种变化趋势与沈永宝^[14]、郭英超^[15]的研究结果较为一致。

3.3 生长调节物质对紫叶李扦插生根过程中的酶活性影响

有研究认为，在植物生长过程中POD是通过氧化IAA而间接影响植物不定根的发生与伸长，也有研究发现POD可以使一些阻碍插穗生根的抑制剂受到破坏从而促进插穗生根^[16]。POD与植物插穗不定根的发生与发展有着密切联系，其酶活性大小常作为判定插穗生根难易的标志之一^[17~18]。有学者发现在蓝按离体生根试验中POD酶活性出现2个高峰，分别为根原基诱导阶段，及根突破表皮的生长阶段^[7]。也有研究发现，POD活性在愈伤组织诱导阶段急剧上升，而在根的形成期下降，随后又在根的伸长过程中呈上升趋势^[19]。本研究中，愈伤组织形成之前POD酶活性有所增加，而在根原基的诱导期和形成期处于较高水平，这与前人研究结果较为一致^[7,20]；但在不定根大量形成及生长时期酶活性开始下降，这与前人研究有所不同。在紫叶李的生根过程中，POD活性的增加可能与插穗呼吸作用加强、代谢加快有关，高POD活性有利于降解插穗内过多的IAA，对诱导不定根发生具有促进作用；低POD活性使IAA免受分解，从而促进不定根的发生和生长。

PPO能够催化生长素的代谢，促进不定根的发生和生长，对插穗形成不定根具有促进作用^[7]。此外PPO能将IAA与酚类物质复合形成一种“IAA-酚酸复合物”，该物质可以促进愈伤组织的形成以及不定根的发生^[21~22]。本研究结果显示，PPO活性在愈伤组织和不定根形成之前有所降低，在愈伤组织形成期插活性较高，说明PPO可能会促进“IAA-酚酸复合物”的合成，从而促进愈伤组织的形成和分化；在不定根形成和伸长的时期PPO活性再次下降，减少插穗体内IAA的消耗，从而促进不定根的发生与伸长，这与赵燕荣对月季的研究结果较为一致^[23]。

3.4 生长调节物质对紫叶李扦插生根过程中的激素含量影响

植物扦插生根是一个复杂的过程，同时受到多种激素的共同影响^[24]。GA₃通过促进细胞伸长使植物体进行营养生长，从而促进不定根的伸长。黄志玲研究发现，GA₃含量在紅锥扦插过程中基本呈现出先降低后升高再降低的变化趋势^[12]。本试验结果显示，紫叶李插穗根原基的诱导与不定根发生初期GA₃含量较少，但在不定根伸长期GA₃含量较高。说明高浓度的GA₃会抑制不定根的发生，但可促进不定根的伸长。IAA是影响插穗生根的主要因素，它有利于根原基的分裂，促进根原基膨大，从而提高插穗生根率^[12]。本试验中，在紫叶李插穗形成愈伤组织时期IAA的含量并不高，但在不定根的形成与伸长期IAA的含量快速上升，说明高浓度的IAA有利于插穗不定根的发生与伸长，但对愈伤组织的形成并没有促进作用。

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