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银杏(Ginkgo biloba L.)是我国特有的古老而珍贵的孑遗树种,其古树资源丰富,集食用、材用、药用、绿化、生态与观赏于一体,素有“活化石”之称[1]。然而,由于环境和人为影响,高龄银杏古树正面临衰弱和濒危死亡的威胁,因此,保护这些古树已十分迫切。扦插繁殖技术被认为是完整保存古树资源的有效手段之一[2],但不定根的形成受古树树龄、插穗位置、生长调节剂和扦插时间等因素制约[3-4]。此外,高龄古树扦插生根一个亟待解决的问题是插穗采集。因为古树资源珍稀且受法律保护,扦插过程中枝条采集受到明显的限制。所以,尽管已有大量关于扦插生根的研究报道,但仍有必要对银杏枝条不同年龄阶段、部位的扦插生根进行研究,从而探究不同枝条扦插的生根能力,为古树扦插繁育过程中选取更多的插穗提供参考。
枝条部位的选取对于扦插繁殖有明显的差异,如榉树(Zelkova serrata (Thunb.) Makino)、青海云杉(Picea crassifolia Kom.)、油橄榄(Olea europaea L.)、马尾松(Pinus massoniana Lamb.)树冠下部枝条的扦插生根效果明显优于上部枝条,这可能与下部枝条积累了较多的营养物质,为不定根的形成提供更充足的养分有关[5-8]。不定根形成过程中碳水化合物不仅能为根生长提供能量,同时也对防御具有重要的调节作用,如愈伤组织的形成[9-10]。此外,生长相关的初级代谢与防御相关的次级代谢都与碳水化合物含量密切相关[11]。插穗中非结构碳水化合物(NSC),特别是可溶性糖、淀粉与愈伤组织形成密切相关,进而影响不定根的形成。此外,年龄和成熟度对树木形态和生理特性有显著影响,如树高、光合等[12-13],这也影响着不定根生成的能力。如黄栀子(Gardenia jasminoides Ellis)不同枝龄的插穗在不同苗床覆盖物情况下生根差异显著[14];霸王硬枝扦插过程中也发现插穗的龄级是影响扦插的重要因素,其中,1~2年生插穗扦插效果最好[15]。同样,激素对不定根的形成也起着关键的调控作用,如外源IBA可以通过转化为内源的IAA调控不定根相关基因PIN1表达,从而促进不定根的形成[16]。然而,目前还未见有关银杏不同部位、枝龄以及激素处理对扦插生根影响的报道。本研究以50年生银杏南面树冠上、下部1、2、3年生枝条为材料,在全光照喷雾条件下研究不同部位和不同枝龄插穗对不定根形成的影响,并分析了相应位置处叶和茎段中NSC含量变化与其扦插生根的关系,为今后银杏扦插生根机制研究及古树扦插取材提供参考。
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通过对上部1年生银杏扦插过程中2、4、5、6、8周观察发现:扦插2周时切口处未见明显变化,但4周时切口处开始出现白色愈伤,5周时已出现膨大的愈伤疙瘩,6周时不定根已开始形成,8周时不定根伸长。因此,将银杏扦插过程中不定根形成分为4个阶段,即愈伤形成期(0~4周)、愈伤膨大期(4~6周)、不定根开始形成期(6~8周)、不定根伸长(8周后)。扦插3个月后对生根情况进行统计(表 1)发现:切口处生根占绝大多数,表明银杏主要是愈伤组织生根型。另外,发现部分插穗只有愈伤组织,但未生根。
图 1 银杏上部1年生枝扦插生根过程观察
Figure 1. Observation on rooting process of one-year-old branch in the upper crown of Ginkgo biloba
表 1 银杏扦插不同生根类型的生根率
Table 1. Rooting rates of cutting rooting types in Ginkgo biloba
% 生根类型
Category树冠下部 Lower part of the crown 树冠下部 Lower part of the crown 1年生
Annual2年生
Biennial3年生
Triennial1年生
Annual2年生
Biennial3年生
Triennial切口生根 Rooting at the incision 55 45 42 47 39 30 皮部生根 Rooting at the skin 0 26 0 9 19 0 混合生根 Rooting at the skin and incision 18 9 31 5 10 22 愈伤未生根 Callus 27 21 27 38 31 48 注:各类型百分比指占总生根数量的百分比(%)。 -
枝条年龄是影响不定根形成的重要因素,从图 2可明显看出:树冠上部和下部对照的生根率随枝条年龄的递增而逐渐递减(图中不同大写字母表示P < 0.01显著水平),1~3年生枝条的插穗在树冠上部生根率分别是89.2%、32.7%和22.3%,而下部的生根率分别是81.1%、39.3%和19.8%,枝龄间生根率差异明显,而且1年生远大于2、3年生枝条(P < 0.01)。对照组树冠上部和下部在同枝龄间的生根率没有差异;但IBA处理后,只有3年生枝条上下部的生根率差异极显著(P < 0.01)。结果表明,采集银杏树冠相同方向的上部和下部枝条作为插穗对扦插生根没有明显影响,但枝龄的影响非常明显。
图 2 树冠上部和下部不同枝龄插穗生根情况
Figure 2. Rooting of different-age twigs from the upper and lower crown branches
此外,从图 2还看出:与对照相比,500 mg·L-1IBA处理的上部1、2年生枝条的生根率受到不同程度抑制,分别比对照下降了5.2%和7.6%,但差异不显著(P>0.05),而3年生枝条的生根率比对照提高了3.9%,差异也不显著(P>0.05);IBA处理的下部1、2年生枝条的生根率与对照相比差异均不显著(P>0.05),但3年生枝条的生根率受到了明显抑制,生根率下降了17.82%(P < 0.05)。结果表明,不同部位和枝龄对生长素的响应各异,还需对激素浓度进行优化。
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从图 3可看出:树冠下部叶片的总糖、多糖含量明显比树冠上部的高,分别高16%~20%和15%~21%(P < 0.05);葡萄糖和果糖含量也是下部的比上部的高,但差异不显著;二糖含量在上、下部叶片中几乎为零。树冠上部叶片中的淀粉含量是1年生最高,2年生最低,且差异显著(P < 0.05);下部叶片中的淀粉含量3年生的明显大于1、2年生的(P < 0.05)。这表明,树冠上、下部叶片中的糖类和淀粉含量存在明显差异。
从图 4可看出:枝条中的总糖、葡萄糖、多糖含量在树冠上部和下部都是1年生>2年生>3年生,且1年生的远远大于2、3年生的(P < 0.01);果糖和二糖含量未见明显差异(P>0.05);枝条中的淀粉含量在树冠上部和下部的变化也是1年生的远远大于2、3年生的(P < 0.05)。这表明,不同枝龄茎段中总糖、葡萄糖、多糖和淀粉含量存在明显差异。
银杏枝条部位和年龄对不定根形成的影响及其与非结构碳水化合物含量的关系
Effects of Different Position and Ages of Twigs on Cutting of Ginkgo biloba and Its Relationship with Non-structural Carbohydrates
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摘要:
目的 研究银杏枝条部位、年龄对不定根形成的影响,并探讨其相应的叶、茎段中非结构碳水化合物(NSC)含量变化与扦插生根的关系。 方法 以50年生银杏树冠上、下部枝条的1、2和3年生位置的茎段为材料截取插穗,500 mg·L-1 IBA与纯水对照处理基部60 s,在全光喷雾状态下研究扦插生根情况,并利用HLPC法分析相应部位叶和茎段中NSC含量。 结果 表明:银杏扦插不定根形成过程分为4个阶段,即0~4周愈伤形成期、4~6周愈伤膨大期、6~8周不定根开始形成期、8周后不定根伸长;生根部位主要在切口处。树冠上、下部位插穗的生根率未见明显差异,但随着枝龄的增加而明显降低。NSC分析表明:下部叶片NSC组分中多糖和总糖含量明显高于上部的,但茎段NSC的所有组分在上下部均无明显差异;随着枝龄的增加,相应位置叶片NSC各组分含量没有明显差异,但相应茎段NSC组分中葡萄糖、果糖、多糖、总糖、淀粉含量却明显降低,与生根率的变化趋势一致。此外,500 mg·L-1 IBA处理并未明显提高生根率,还需进一步优化处理浓度。 结论 银杏树冠上部和下部枝条对不定根形成无影响;未处理枝条的枝龄与生根率呈负相关,而茎段NSC含量与生根率呈正相关;叶片NSC含量对不定根形成影响较小;生根方式以愈伤生根类型为主。该结论将为今后银杏扦插生根及其机制研究提供参考。 Abstract:Objective To explore the effects of twig ages on the formation of the adventitious roots from the upper and lower branches in the crowns of Ginkgo biloba, and discuss the relationship between rooting and non-structural carbohydrates (NSC) in the corresponding leaves and stems. Method Experimental materials with the cutting of one-, two-, and three-year-old twigs were investigated from the upper and the lower parts of the crown, and the NSC contents were analyzed by the HLPC in the leaves and stems of the corresponding positions. All cuttings were treated with 0 and 500 mg·L-1 IBA under natural light and spraying management. Result The process of the adventitious root formation includes four stages:callus formation (0-4 weeks), callus expansion (4-6 weeks), initiation of adventitious root (6-8 weeks) and root elongation (after 8 weeks). No significant difference was observed in the rooting of cutting between the twigs from the upper and the lower branches of crowns, while it was considerably inhibited by the ages of twigs. The NSC analysis showed that the contents of polysaccharides and total sugars in the leaves from the lower crown were higher than the upper one, but all the NSC components tested showed no significant differences between the twigs from these two parts. However, the NSF contents had no significant changes in the corresponding leaves, whereas they decreased significantly in the corresponding stem fragments with the increasing ages of twigs, including glucose, fructose, polysaccharides, total sugars and starch, which showed the similar trends with the rooting changes. Besides, the treatment of 500 mg·L-1 IBA didn't improve the rooting rate compared to the control, and this needed to be further optimized. Conclusion The position of the upper and lower branches has no significant effect on the formation of adventitious roots in the crowns of G. biloba. The age of untreated twigs was negatively correlated with rooting, but stem NSC content was positively correlated with rooting; the induced callus rooting is the main type for the cutting of G. biloba. This result will provide the references for the future study of cutting process and its mechanism in G. biloba. -
Key words:
- Ginkgo biloba
- / cutting
- / adventitious roots
- / twig age
- / non-structural carbohydrates
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表 1 银杏扦插不同生根类型的生根率
Table 1. Rooting rates of cutting rooting types in Ginkgo biloba
% 生根类型
Category树冠下部 Lower part of the crown 树冠下部 Lower part of the crown 1年生
Annual2年生
Biennial3年生
Triennial1年生
Annual2年生
Biennial3年生
Triennial切口生根 Rooting at the incision 55 45 42 47 39 30 皮部生根 Rooting at the skin 0 26 0 9 19 0 混合生根 Rooting at the skin and incision 18 9 31 5 10 22 愈伤未生根 Callus 27 21 27 38 31 48 注:各类型百分比指占总生根数量的百分比(%)。 -
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