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随着木材需求的日益增加、生态文明建设推进及国际木材保护性贸易政策实施力度的不断加强,木材供应与需求间矛盾日趋严峻,可持续经营已成为我国林业发展的重要要求[1-2]。尾巨桉(Eucalyptus urophylla × E. grandis),是尾叶桉(Eucalyptus urophylla S. T. Blake)与巨桉(Eucalyptus grandis W. Mill ex Maiden)的杂交种,融合了亲本速生丰产、树干通直等特点,还具有适应性好、抗逆性强、病虫害少等优点,在我国南方已广泛作为纸浆、造纸、纤维板等生产原材料[3]。良种尾巨桉的大面积种植,可以降低本土木材在市场供应上的压力,减少我国对进口木材的依赖性,对我国森林资源的培育、木材供应的安全均具有保障作用[4]。
我国桉树新品种的开发主要采用“有性改良,无性利用”的模式,即在获得优异的有性改良个体后,通过组织培养来扩繁、利用。组织培养(组培)具有诸多优点,但作为决定其成败的分化、增殖及生根等过程均受多种因素影响,由各种因素导致的无法分化出根或生根质量差等,直接影响后续移栽存活率[5-7]。植物生根过程中细胞需经历脱分化、再分化等阶段,部分植物由于细胞内信号传递限制,相关转录因子基因表达受阻,次生代谢物质抑制等问题导致生根率低、生根质量差、移栽难以成活等问题[8]。因此,提升组培苗生根率,提高不定根质量在植株无性繁殖方面具有十分重要的意义。目前对尾巨桉生根已有较多研究,主要是通过改变外源生长调节剂来促进其脱分化与再分化,常用到的生长调节剂有吲哚乙酸(IBA)、萘乙酸(NAA)及ABT1。研究表明:DH32-26、DH32-28、DH32-29等尾巨桉的最适生根培养基中添加的生长素以IBA与ABT1为主,当IBA的浓度在0.2~0.3 mg·L−1,ABT1浓度为0.3~1.5 mg·L−1时,诱导获得的最佳生根率均在95%以上[9-11]。以IBA及NAA为主的常规生长调节剂诱导生根研究中,当IBA与NAA的浓度分别为1 mg·L−1与 0.2 mg·L−1时生根率最高可达82.5% [12],然而,尽管许多研究中试验材料及生长调节剂种类相同,最佳配方的浓度及成分却不尽相同。此外,ABT1生根粉作为复合配方,目前仅清楚NAA含量20%,IBA含量30%,其余成分未知,难以定量分析各成分对生根影响。
植物难以生根应主要受自身基因与代谢物影响,不同浓度的生长调节剂及培养基也会对其造成不同程度的影响。以几种表型较优但生根能力不同的尾巨桉无性系为材料,通过研究不同生长调节剂种类、浓度、无性系、培养基类型对4个尾巨桉无性系组培苗生根的影响程度,判断这几个因素对其不同生根阶段的影响大小,分析其中的主效因子,为难生根木本植物的根系发育调控研究提供理论和实践参考。
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试验的尾巨桉无性系均由中国林科院速生树木所遗传育种团队自主研发,为对5年生杂交子代测定林中长势优良的个体环割、组培而成。取来自同一杂交组合的4个无性系(EC262、EC264、EC269和EC272)继代增殖瓶苗,进行不同培养基、生长调节剂处理,以研究其生根差异。
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选取生长调节剂种类、浓度、培养基及无性系为4个因素,设计4因素4水平正交试验(表1)。预实验中IBA与NAA浓度超过5 mg·L−1时4个无性系均无法生根,故设浓度范围1~4 mg·L−1。其中试验组合中的A、B、C、D分别代表培养基类型、IBA浓度、NAA浓度、无性系4个因素,1、2、3、4代表各因素不同处理水平。
处理
Treatment试验组合
Experiment combined培养基类型
Medium type激素浓度
Hormone concentration/(mg·L−1)无性系
cloneIBA NAA T1 A1B1C1D1 1/2MS 1 1 EC262 T2 A1B2C2D2 1/2MS 2 2 EC264 T3 A1B3C3D3 1/2MS 3 3 EC269 T4 A1B4C4D4 1/2MS 4 4 EC272 T5 A2B1C2D3 大量元素 1 2 EC269 T6 A2B2C1D4 大量元素 2 1 EC272 T7 A2B3C4D1 大量元素 3 4 EC262 T8 A2B4C3D2 大量元素 4 3 EC264 T9 A3B1C3D4 N6 1 3 EC272 T10 A3B2C4D3 N6 2 4 EC269 T11 A3B3C1D2 N6 3 1 EC264 T12 A3B4C2D1 N6 4 2 EC262 T13 A4B1C4D2 WPM 1 4 EC264 T14 A4B2C3D1 WPM 2 3 EC262 T15 A4B3C2D4 WPM 3 2 EC272 T16 A4B4C1D3 WPM 4 1 EC269 Table 1. Factors and levels for orthogonal design
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选取1/2 MS培养基、大量元素培养基、WPM、N6培养基为基础培养基,大量元素培养基配方参照王楚彪[13]提出的根诱导最适配方。培养基中添加15 g·L−1蔗糖、0.5 mg·L−1的半胱氨酸及7 g·L−1的卡拉胶,pH值为5.8,121 ℃、20 min高压灭菌后取出加滤膜过滤后的植物生长调节剂。
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选取继代培养20~25 d,高度在4 ± 0.5 cm,生长健壮的丛生苗,剪取2 cm以上带顶芽部分进行生根诱导试验[14]。暗培养7 d后转光照培养,培养环境为光照强度为2 000~2 500 lx,光照时长12 h,温度28 ℃,湿度80%~90%。
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每周对植物的生长情况进行一次检测,以评估根系的生长状态。培育30 d后,参考张沛建[15]的分析方法,统计各个试验组生根情况,以生根率、平均根长、最长根长与根数等作为评价标准。生根性状评分参考王艺[16]等方法评估,基部只有一级根及二级根,根系生长局限明显的(图1A),评定为1分;基部一级根数少于3,存在二级及以上根的(图1B),评定为2分;基部一级根数大于3,有二级根及以上根,根系发育较好的(图1C),评定为3分;基部根系发育较为完善,存在三级以上侧根,扎入培养基基质较为扎实的(图1D),评定为4分。公式计算获得最终分数,
其中:N1、N2、N3、N4均为相应评分的苗数。
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利用Microsoft Excel 2016对获得的不同试验数据进行汇总,并利用SPSS 21.0进行方差分析,进行多重对比研究(Duncan法)[17]。
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4个尾巨桉无性系组培苗均属于综合生根类型,总生根数为158株,其中皮质生根数为114(72.2%),愈伤生根数为44(27.8%)。大量元素培养基中皮质生根植株比例最高,达到86%,相对而言,皮质生根的幼苗叶片及植株生长更健壮(图1C),而愈伤生根的根系通常侧根发育更加健全,根系的扩展能力强,与培养基基质结合更加紧密,但与茎段的连接性较差,叶片及植株生长受限(图1D)。
尾巨桉无性系生根大致分为4个阶段:(1)0~7 d,茎末端出现小型愈伤团(图2A);(2)7~10 d,愈伤组织陆续出现小根点(图2B );(3)10~15 d,小根点不断膨大且数量不断增加(图2C);(4)15~30 d ,不定根长度快速抽长,出现二级及以上侧根(图2D);(5)30 d以上,不定根数量趋于稳定,根长持续伸长,侧根持续生长 。
愈伤生根过程的主要差异体现于7~15 d,愈伤组织不出现小根点,而是持续膨大约3~5倍,形成愈伤球。在此阶段,从愈伤球中抽出根的组培苗最终会形成愈伤生根,剩余停留在愈伤阶段的植株则会缓慢至停止生长。
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4个尾巨桉无性系的根系发育情况如下表(表2),不同处理组合对无性系的生根情况影响不同,方差分析结果表明:植物生长调节剂种类和浓度、培养基类型及无性系均对植株生根的效果均具有极显著影响。4个无性系在不同处理下均可生根,生根率在7.5%~55%之间,其中,T2及T6的生根率显著高于其它处理,其根数也同样高于大部分处理,然而根长与生根性状却与这两种生根情况的关联性不大。各处理下4个尾巨桉的平均根数介于1~3.27之间,平均根长在1.95~5.02 cm之间,最长根长在2.17~7.03 cm之间, 生根性状评分介于27.78%~75.75%之间。
试验组合
Experiment
combined培养基类型
Medium
type激素浓度
Hormone
concentration/
(mg·L−1)无性系
clone生根率
rooting
rate/%平均根数
Average number
of rooting平均根长
Mean root
length/cm最长根长
Longest root
length/cm生根性状评分率
Root effective
traits score/%IBA NAA T1 A1B1C1D1 1/2MS 1 1 EC262 40.0 ± 8.16Bb 3.00 ± 1.50ABa 2.90 ± 0.99BCDbcd 3.60 ± 0.74CDEFcde 57.81 ± 1.56CDde T2 A1B2C2D2 1/2MS 2 2 EC264 55.0 ± 5.77Aa 2.90 ± 1.57ABa 3.11 ± 0.9BCDbcd 3.23 ± 0.74CDEbcd 60.23 ± 1.14CDcd T3 A1B3C3D3 1/2MS 3 3 EC269 7.5 ± 5.00Ed 1.30 ± 0.57Dd 1.95 ± 0.39Dd 2.18 ± 0.04Fef 27.78 ± 4.81Eh T4 A1B4C4D4 1/2MS 4 4 EC272 20.0 ± 8.16CDEcd 2.00 ± 1.07BCDbc 2.96 ± 0.96BCDbcd 3.55 ± 0.89CDEFcde 52.08 ± 1.80DEe T5 A2B1C2D3 大量元素 1 2 EC269 27.5 ± 5.00BCDbc 2.55 ± 1.13BCb 3.92 ± 1.23BCab 5.47 ± 0.62BCbc 69.70 ± 5.25ABab T6 A2B2C1D4 大量元素 2 1 EC272 55.0 ± 12.90Aa 3.27 ± 1.67Aa 3.96 ± 1.48BCab 5.05 ± 1.15ABCab 65.53 ± 0.66BCabc T7 A2B3C4D1 大量元素 3 4 EC262 30.0 ± 8.16BCbc 2.67 ± 1.43Bb 5.02 ± 1.67Aa 6.62 ± 1.35ABa 75.00 ± 2.08Aa T8 A2B4C3D2 大量元素 4 3 EC264 10.0 ± 8.16Ed 1.75 ± 0.96CDc 2.50 ± 0.75CDcd 2.90 ± 0.34DEFdef 68.75 ± 6.25ABab T9 A3B1C3D4 N6 1 3 EC272 27.5 ± 5.00BCDbc 2.45 ± 1.04BCb 3.95 ± 1.13BCab 4.29 ± 0.85CDbc 75.75 ± 1.31Aa T10 A3B2C4D3 N6 2 4 EC269 7.5 ± 5.00Ed 1.00Dd 2.24 ± 0.32CDd 2.25 ± 0.32Fef 69.44 ± 4.81ABab T11 A3B3C1D2 N6 3 1 EC264 40.0 ± 8.16Bb 2.75 ± 1.44Bb 4.90 ± 1.74Aa 7.03 ± 2.24Aa 73.44 ± 2.70ABab T12 A3B4C2D1 N6 4 2 EC262 27.5 ± 5.00BCDbc 3.27 ± 1.49Aa 4.44 ± 1.76ABab 5.29 ± 1.54ABa 70.45 ± 4.55ABab T13 A4B1C4D2 wpm 1 4 EC264 10.0 ± 8.16Ed 1.50 ± 0.58CDd 2.10 ± 0.66Dd 2.29 ± 0.75EFef 31.25 ± 6.25Egh T14 A4B2C3D1 wpm 2 3 EC262 17.5 ± 9.57CDEcd 2.00 ± 0.82BCDbc 2.31 ± 0.53CDd 2.61 ± 0.30EFdef 34.52 ± 2.06Egh T15 A4B3C2D4 wpm 3 2 EC272 12.5 ± 5.00DEd 1.80 ± 0.84CDd 1.95 ± 0.61Dd 2.44 ± 0.24EFef 36.67 ± 2.89Eh T16 A4B4C1D3 wpm 4 1 EC269 7.5 ± 5.00Ed 1.33 ± 0.58Dd 2.02 ± 0.33Dd 2.17 ± 0.15Fef 27.78 ± 4.81Eh 注:表中每列数据后不同大写字母表示在 0.01水平上存在极显著差异,不同小写字母表示 0.05 水平上存在显著差异,下同
Notes: In the table, different uppercase letters after each column of data indicate highly significant differences at the 0.01 level, and lowercase letters indicate significant differences at the 0.05 level. The same belowTable 2. Effects of different treatments on rooting of E. urophylla × E.grandis
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结合4个尾巨桉无性系的生根率(表3)及平均根数极差分析(表4)表明,无性系间差异是这两种生根效果的最主要差异来源。其中,通过生根率的极差分析结果可见,无性系对生根的影响远大于其余3种因素,其极差达到24.5,而其余3种因素均在7~8之间;此外,这4种因素在处理水平间均存在极显著差异,其中,无性系的4个处理中的K3(EC269)的生根率(3.5)在极显著水平低于其余无性系(11.5~28.0)。
试验号
ExperimentA 培养基类型
Medium typeB IBA浓度
IBA concentration/(mg·L−1)C NAA浓度
NAA concentration/(mg·L−1)D 无性系
clonal lineK1 12.25Aa 10.50ABab 14.25Aa 11.50Ab K2 12.25 Aa 13.50Aa 12.25ABa 28.00Aa K3 10.25ABa 9.00ABab 6.25Cb 3.50Bb K4 4.75Bb 6.50Bb 6.75BCb 11.50Ab 极差 R 7.50 7.00 8.00 24.50 注:K代表不同处理的4个水平,下同
Notes: K represents the four levels of different treatments. The same belowTable 3. Range analysis of the rooting rate of rooting for E. urophylla × E. grandis
试验号
ExperimentA 培养基类型
Medium typeB IBA浓度
IBA concentration/(mg·L−1)C NAA浓度
NAA concentration/(mg·L−1)D 无性系
clonal lineK1 7.83Aa 8.50a 8.83Aa 9.75a K2 9.25Aa 9.08a 8.75ABab 7.50b K3 8.08Aa 7.33a 7.83Cb 6.25b K4 7.08Bb 7.33a 6.83BCab 8.75a 极差 R 2.17 1.75 2.00 3.50 Table 4. Range analysis of the mean number of rooting for E. urophylla × E. grandis
平均根数中几种因素的极差较为接近,极差的范围在1.75~3.50间。从结果而言无性系的影响最大(3.50),其次是培养基类型(2.17)及NAA浓度(2.00)。此外,培养基类型、NAA浓度的不同处理水平间存在0.01水平的极显著差异,无性系间存在0.05水平的显著差异,IBA各处理间则无显著差异。
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对4个尾巨桉无性系平均根长(表5)、最长根长(表6)及生根性状评分率(表7)的极差分析结果表明,所有因素的影响都达到显著或极显著水平,但各因素的重要性与生根率、平均根数中不尽相同。平均根长的极差结果显示,培养基类型对平均根长的影响最大,极差为7.15,且处理K2(大量元素)及K3(N6)在极显著水平上均高于其余处理。而无性系、NAA浓度、IBA浓度的极差分别为4.55、3.07和2.20,重要性依次递减;同时,在平均根长中,除无性系间存在显著差异外,其余均为极显著差异。
试验号
ExperimentA 培养基类型
Medium typeB IBA浓度
IBA concentration/(mg·L−1)C NAA浓度
NAA concentration/(mg·L−1)D 无性系
clonal lineK1 10.92Bb 12.87Bb 13.78Aa 14.68a K2 15.42Aa 11.64Bb 13.43ABab 12.62 b K3 15.53Aa 13.84Aa 10.71Bb 10.13b K4 8.38Cc 11.91 Bb 12.33Aa 12.82b 极差 R 7.15 2.20 3.07 4.55 Table 5. Range analysis of the longest root length of rooting for E. urophylla × E. grandis
试验号
ExperimentA 培养基类型
Medium typeB IBA浓度
IBA concentration/(mg·L−1)C NAA浓度
NAA concentration/(mg·L−1)D 无性系
clonal lineK1 12.75Bb 14.83 Bb 16.81Aa 18.21Aa K2 18.48Aa 13.69Bb 16.88Aa 15.43Aa K3 18.75Aa 16.68Aa 11.79Bb 10.95Bb K4 9.69Cc 14.46Bb 14.18Aa 15.08ABa 极差 R 9.06 3.17 5.09 7.26 Table 6. Range analysis of the longest root length of rooting for E. urophylla × E. grandis
试验号
ExperimentA 培养基类型
Medium typeB IBA浓度
IBA concentration/(mg·L−1)C NAA浓度
NAA concentration/(mg·L−1)D 无性系
clonal lineK1 1.98Bb 2.35a 2.25a 2.38a K2 2.79Aa 2.30a 2.37a 2.34a K3 2.89Aa 2.13a 2.07a 1.95a K4 1.3Cc 2.19a 2.28a 2.30a 极差R 1.59 0.22 0.30 0.43 Table 7. Range analysis of the root effective traits rate of rooting for E. urophylla × E. grandis
对于最长根长,各因素的影响大小排序与平均根长的相同(表6),也是培养基类型影响最大,极差为9.06,且处理K2(大量元素)及K3(N6)的平均值分别为18.48和18.75,极显著地高于其余处理。而无性系、NAA浓度、IBA浓度的极差分别为7.26、5.09和3.17,重要性依次递减。
生根性状评分率(表7)也是判定植株根系发育的重要指标。极差分析结果表明,培养基类型是在这个方面影响最大的因素,其极差为1.59,显著大于无性系的0.43、NAA浓度的0.30、IBA浓度的0.22。4个因素中,也仅培养基类型间的差异达到极显著水平,其他因素内的差异均不显著。
Effects of Different Medium and Hormone Concentration on the Rooting of Eucalyptus urophylla × E. grandis Clones
- Received Date: 2023-02-20
- Accepted Date: 2023-08-24
- Available Online: 2023-12-20
Abstract: