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扦插繁殖是林木苗木培育和无性系育种的重要技术支撑。现有研究表明:插穗来源、留叶方式、生长调节剂、基质和叶面施肥等因素对插穗生根均有重要影响,其影响程度因种而异。虽然扦插繁殖的程序和因素在树种间基本相同,但因素的适宜或最佳水平却因种而异,需要对上述因素进行实验才能得到最优化的数值。米老排Mytilaria laosensis是金缕梅科Hamamelidaceae壳菜果属Mytilaria常绿阔叶大乔木,天然分布于中国广东西部、广西西南部和云南东南部以及越南、老挝北部,适宜生长的土壤为以砂岩、砂页岩、花岗岩等发育成的酸性、微酸性的红壤[1]。米老排是中国南亚热带地区集生态保护、用材和观赏于一身的多用途优良乡土树种[2-3]。自20世纪80年代米老排开始受到林业工作者的关注,然而相比于杉木Cunninghamia lanceolata,桉树Eucalyptus等主要造林树种而言,其培育技术研究相对滞后。在繁殖方面,目前米老排主要依靠有性繁殖,组培繁殖也取得初步成功,但其扦插繁殖技术尚未有研究涉及,扦插繁殖各影响因素的适宜或最佳水平仍不清楚。笔者研究了插穗来源、留叶方式、植物生长调节物质、基质和叶面施肥5个因素对米老排扦插繁殖的影响,对其扦插繁殖技术进行了优化,研究结果可为米老排苗木培育和无性系育种提供实验和技术支撑。
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采用完全随机化设计。插穗选用1年生幼苗中上部枝条、5年生树根际当年生萌条中上部分、5年生树中上部当年生枝条3种(以下由幼苗、萌条、枝条依次代表上述3种插穗来源),插穗为60条·来源-1。插穗留1片叶,以2 000.0 mg·L-1的ABT1号10 s速蘸,扦插基质为V(红土):V(泥炭)=1:1的混合基质。于2014年10月12日扦插,同年12月27日取样测定。
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采用完全随机化设计。设置2种留叶方式,保留1片叶;保留1/2片叶,沿叶片横径方向剪掉半片叶;以不留叶为对照,50条·处理-1。以2 000 mg·L-1的ABT1号10 s速蘸,扦插基质为V(红土):V(泥炭)=1:1的混合基质。于2014年11月16日进行扦插,2015年1月28日取样测定。
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采用随机完全区组设计,参试植物生长调节物质种类为吲哚乙酸(IAA),吲哚丁酸(IBA),萘乙酸(NAA)和ABT1号生根粉4种,每种植物生长调节物质设置500,1 000,1 500,2 000 mg·L-1等4种质量浓度,以清水为对照,共17个处理。3次重复·处理-1,插穗50根·重复-1。植物生长调节物质处理以后,用石蜡迅速封插穗上下切口。插穗取自1年生幼苗中上部,留1/2片叶,扦插基质为V(泥炭):V(蛭石)=1:1的混合基质。实验于2014年4月16日进行扦插,6月16日取样测定。
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采用完全随机化设计,参试基质及基质组合(基质组合间比例为体积比)共有9种,分别为红土、泥炭、砂、蛭石,V(泥炭):V(蛭石)=1:1,V(泥炭):V(砂)=1:1,V(红土):V(泥炭)=1:1,V(砂):V(泥炭)=2:1,V(红土):V(泥炭)=2:1,插穗50条·处理-1。插穗取自1年生幼苗中上部,插穗留1/2片叶,植物生长调节物质处理为2 000 mg·L-1的ABT1号10s速蘸。以下V(泥炭):V(蛭石)=1:1,V(泥炭):V(砂)=1:1,V(红土):V(泥炭)=1:1,V(砂):V(泥炭)=2:1,V(红土):V(泥炭)=2:1分别简称为泥蛭1:1,泥砂1:1,土泥1:1,砂泥2:1,土泥2:1。插穗留1/2片叶。实验于2014年9月13日开始,于12月5日取样测定。
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参试因素为基质种类与植物生长调节物质,采用双因素实验设计。以天然成年大树1年生萌条为材料,以砂、蛭石与V(红土):V(泥炭)=1:1为基质,2 000 mg·L-1ABT1号与600 mg·L-1IBA+400 mg·L-1NAA(以下称为BBT)为植物生长调节物质。插穗取自1年生幼苗中上部,留1片叶,速蘸植物生长调节物质10 s后扦插。插穗16条·处理-1。于2014年12月9日扦插,2015年3月30日取样测定。
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采用完全随机化实验设计,参试因素为叶面施肥,以不施肥为对照,50条·处理-1。叶面施肥处理中,施用肥料为速效复合肥——质量分数为1.00%的普罗丹复合肥(加拿大植物营养产品公司生产,营养成分质量分数为氮12.00%,五氧化二磷2.00%,氧化钾14.00%,钙6.00%,镁3.00%,硼0.02%,铜0.05%,铁0.05%,锰0.10%,锌0.05%,钼0.05%,乙二胺四乙酸EDTA复合体1.00%),施肥质量浓度为1.0 g·L-1,插后施肥持续30 d,施肥频率为1次·d-1,施用量以喷湿叶面为准。插穗取自1年生幼苗中上部,插穗留1片叶,以2 000 mg·L-1的ABT1号10 s速蘸,扦插基质为V(红土):V(泥炭)=1:1混合基质。于2014年11月16日进行扦插,2015年1月28日取样测定。
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整个实验在中国林业科学研究院热带林业研究所温室塑料薄膜大棚内进行。扦插容器长×宽×高为540 mm×280 mm×80 mm的育苗穴盘,穴数50个·盘-1。扦插前1 d基质用5.0 g·L-1高锰酸钾溶液淋灌消毒,塑料薄膜覆盖,扦插时再打开。插穗制作好以后用3.0 g·L-1的多菌灵溶液浸泡消毒30 min,取出后用自来水冲洗干净,之后将其下切口端3 cm左右在配制好的生长调节剂溶液中放置10 s后取出扦插。插后每日9:00和14:00打开塑料薄膜大棚,将凋落物与腐烂穗条移出棚外;依照天气状况对其进行增湿降温。扦插初期湿度维持在90%以上,取样前1周维持在70%左右。
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生根率:用肉眼观测插穗基部是否具有根状物并记录,统计长根的插穗数,将该数乘以100再除以该处理参试插穗总数即为生根率。愈伤率:用肉眼观测插穗基部是否具有愈伤组织并记录,统计具有愈伤组织的插穗数,将该数乘以100再除以该处理参试插穗总数即为愈伤率。宿叶率:用肉眼观测插穗留叶是否存在并记录,统计留叶宿存的插穗数,将该数乘以100再除以该处理参试插穗总数即为宿叶率。新叶数:用肉眼观测数出插穗新萌叶的数量。一级根数:一级根数为插穗上直接长出的根,用肉眼观测统计其数量。第1根点:指下切口到离下切口最远的根着生点的距离,用精度为0.1 cm的直尺测量,精确到0.1 cm。最长根:不定根中长度最长的根,用精度为0.1 cm的直尺测量,精确到0.1 cm。偏根率:插穗表面圆周上没有根分布的部分占整个圆周的比值,记录时以0,0.25,0.50,0.75,1.00来表示,以圆周360°计,0表示360°范围均有根分布,0.25表示270°范围有根分布,0.50表示180°范围有根分布,0.75表示90°范围有根分布,1.00表示只有1~2条根存在。新枝质量:将新枝切下,用精度为0.000 1 g分析天平测量。根质量:将新生根切下,用精度为0.000 1 g分析天平测量。穗条质量:将切去根、新枝后的穗条用精度为万分之一分析天平测量。1.1.3实验的插穗根部在华南农业大学根系生物学研究中心测定,使用根系系统分析软WinRHIZ0-Pro V2007d(Regent Instrument Inc.,加拿大)分析总根长、根表面积、平均根直径、根体积、根尖和分岔等形态参数。
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利用Spss18.0软件,采用二项分布检验生根率、愈伤率、宿叶率;采用方差分析方法检验偏根率、新叶数、一级根数、第1根点、最长根、新枝质量、根质量和穗条质量等指标是否存在显著差异,在显著差异的基础上进行多重比较。
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如表 1所示:不同插穗来源其插穗的生根效果差异显著。幼苗插穗生根率为81.7%,显著高于萌条插穗的13.3%,而萌条插穗生根率又显著高于枝条插穗的5.0%。不同插穗来源根系质量也有显著差异,以幼苗插穗表现最佳(表 1)。幼苗的一级根数、最长根长度依次为23.8条,7.1 cm;萌条插穗一级根数、最长根依次为12.4条,4.2 cm;枝条的一级根数、最长根长度依次1.3条,0.7 cm。
表 1 不同插穗来源的生根效果比较
Table 1. Comparison of rooting performance for different cuttings
插穗来源 插穗生根效果评估指标 生根 率/% 愈伤率/% 宿叶率/% 新叶数/片 新枝质量/mg 最长根/cm 一级根数/条 根质量/mg 第1根点/cm 偏根率/% 幼苗 81.7 a 45.0 a 68.3 a 2.3±0.2 1 430.8±148.0 7.1±0.4 a 23.8±2.1a 1730.1±168.9 4.0±0.3 a 12.2±3.7 b 萌条 13.3 b 13.3 b 18.3 b 2.2±0.2 1321.2±218.6 4.2±0.8 a 12.4±3.9ab 903.3±410.1 3.6±0.7 a 42.8±12.1b 枝条 5.0 c 1.7 c 3.3 c 0 0 0.7±0.1b 1.3±0.3 b - 1.0±0.4 b 0.75±0 a 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 -
留叶方式对插穗生根具有重要的影响。插穗生根率随留叶量的增加而显著提升,0片叶插穗全部腐烂,实验结束后没有观察到愈伤组织,说明不留叶生根非常困难;1/2片叶生根率为66.0%,留1片叶生根率为78.0%。随留叶量的增大一级不定根数与最长根长度均增大,留1/2片叶的一级不定根数10.1条,留1片叶的为15.5条;留1/2片叶的最长不定根长度为3.4 cm,留1片叶的为4.8 cm。留叶方式对新枝、新叶数影响不显著。
表 2 留叶方式对插穗生根的影响
Table 2. Rooting performance on cuttings with different leaf kept
留叶方式 生根率/% 愈伤率/% 宿叶率/% 新叶数/片 新枝质量/mg 最长根 cm 一级根数 条 根质量 mg 第 1 根点 cm 偏根率 % 1 片叶 78.0 74.0 4.0 1.8±0.1 721.2±93.6 4.8±0.4 15.5±1.6 676.6±94.0 5.1±0.3 9.7! 3.5 1/2片叶 66.0 52.0 0 1.7±0.1 712.3±296.9 3.4±0.3 10.1±1.2 259.5±38.5 3.8±0.4 41.2±6.1 0片叶 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 -
植物生长调节物质对米老排插穗生根具有重要影响,其影响程度因其种类与质量浓度而异。从表 3可以看出:ABT1号随质量浓度的增大生根效果增大,2 000.0 mg·L-1生根效果最好,其生根率为33.0%;NAA和IBA随质量浓度的增大生根效果下降,实验中生根效果最佳质量浓度为500.0 mg·L-1,生根率分别为19.0%和15.0%;IAA随质量浓度的增大生根效果先增大后减小,以1 000.0 mg·L-1生根效果最佳,生根率为15.0%。实验结果表明清水处理在实验期间只产生了一些愈伤组织,愈伤率19.0%。所有处理以ABT1号2 000.0 mg·L-1生根效果最佳生根率达33.0%。观察发现:米老排插穗属皮孔愈伤混合生根型,皮孔根先出现且为主,如先出现愈伤组织则表现为生根困难。
表 3 4种植物生长调节物质处理对米老排插穗生根的影响
Table 3. Effects of four kinds of plant growth regulators on rooting performance of cutting of Mytilaria laosensis
植物生长调节物质 生根率/% 愈伤率/% 偏根率/% 总根长/cm 表面积/cm2 根径/cm 根体积/cm3 根尖数/个 IAA500 2±2ef 19±3ef 33±38ab 29±10d 3±2d 0.70±0.06 b 0.06±0.04d 35±21d IAA1000 15±4bc 37±6 ab 31±2 ab 92±12bcd 18±2cd 0.70±0.01b 0.33±0.04bcd 271±37 cd IAA1500 11±3 bcde 25±1de 39±7 ab 92±16 abcd 19±3bcd 0.73±0.02 b 0.33±0.06 bcd 248±42cd IAA2000 3±3def 19±5ef 32±32 ab 49±21 abcd 10±4 abc 0.66±0 b 0.17±0.07 bcd 220±130bcd IBA500 19±5 b 37±5 ab 34±19ab 113±14 abcd 28±4 abcd 0.76±0.02ab 0.53±0.07 cd 538±77 bcd IBA1000 15±13 bc 34±5 abc 33±14 ab 102±15abcd 24±3bcd 0.77±0.02 a 0.49±0.07 bcd 472±61bcd IBA1500 3±1 def 11±3fgh 0b 163±3 a 52±9 a 0.58±0.01ab 0.95±0.15 a 835±6 a IBA2000 10±2 bcdef 13±2fg 17±11 ab 179±19ab 44±5ab 0.76±0.01ab 0.88±0.12ab 869±107 ab NAA500 15±6 bc 35±1ab 19 !14ab 126±13abcd 28±3bcd 0.70±0.01b 0.48±0.05bcd 479±54 cd NAA1000 13±8 bcd 29±7 bcd 40±18 a 74±15 bcd 17±4 cd 0.80±0.03 b 0.33±0.07 cd 349±62cd NAA1500 6±3 cdef 7±2gh 21±22ab 78±31 abcd 17±6 cd 0.76±0.03 b 0.30±0.10cd 380±122cd NAA2000 2±0ef 5±1h 42±38 a 51±20cd 12±5cd 0.71±0.04 b 0.22±0.11cd 256±65bcd ABT500 2±2ef 20±2ef 29±26 ab 84±27 abcd 19±7cd 0.79±0.05 b 0.36±0.13bcd 344±122cd ABT1000 18±4 b 41±2 a 17±15ab 133±13 abcd 30±3bcd 0.75±0.03 b 0.54±0.06 abcd 491±56bcd ABT1500 21±13 b 27±11 cde 10±9ab 163±14abc 42±4 abc 0.78±0.03 ab 0.87±0.10abc 639±61bc ABT2000 33±8 a 41±5 a 14±3 ab 151±12abc 38±3 abc 0.80±0.02ab 0.79±0.08 abc 598±58bc 说明:植物生长调节物质的数值表示其质量浓度(mg*LH1);同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 -
基质对米老排扦插生根具有重要影响(表 4)。蛭石和红土中生根率最高,为84%;红土,V(砂):V(泥)=2:1偏根率最低;泥炭最长根最长;砂,V(砂):V(泥)=2:1一级根数最大;V(砂):V(泥)=2:1第1根点最高,根干质量最大;V(土):V(泥)=1:1新叶数最大。插穗不定根的数量与基质的透气性表现出正相关,最长不定根的长度与基质的营养含量表现出正相关。
表 4 基质对米老排插穗生根的影响
Table 4. Eifects of mediums on rooting performance of cutting of Mytilaria laosensis
基质 生根率/% —级根数/条 最长根/cm 根干质量/mg 偏根率/% 新叶数/片 第1根点/cm 宿叶率/% 愈伤率/% 砂 48.0 c 22.3±2.7 a 2.6±0.2d 58.0±6.0b 17.2±1.6b 2.91±0.2b 3.5±0.3b 36.0d 2.0 d V(砂):V(泥)=2:1 74.0b 22.3±2.2a 6.0±0.3b 96.1±11.3 a 19.6±0.9b 2.9±0.1b 5.1±0.3a 40.0d 4.0 d V(泥):V(砂)=1:1 66.0c 15.1±1.5b 6.3±0.3b 62.1±5.4b 22.3±1.6b 2.9±0.1b 4.4±0.3a 44.0c 10.0 c 泥砂 52.0c 17.2±2.1a 9.9±1.0a 62.8±7.9b 22.4±2.2b 3.6±0.2a 2.7±0.3c 34.0d 26.0 a 红土 84.0a 16.2±1.5b 5.3±0.3c 43.5±6.4c 20.3±0.9b 3.2±0.2a 4.3±0.2b 68.0a 4.0 d V(土):V(泥)=2:1 76.0a 14.0±1.7b 6.9±0.6b 77.0±9.5a 31.3±2.8a 3.1±0.2b 4.9±0.2a 52.0b 0.0 f V(土):V(泥)=1:1 64.0c 11.9±1.0b 6.7±0.5b 40.8±8.0c 21.8±1.8b 3.0±0.1b 3.8±0.3b 34.0d 0.0 f V(泥):V(蛭)=1:1 78.0a 15.3±1.0b 6.7±0.4b 49.8±5.1c 24.7±1.3b 3.0±0.3b 4.5±0.3a 42.0d 14.0 b 蛭石 84.0a 21.9±2.0a 4.6±0.3c 48.8±5.5c 0.23±0.01 b 3.2±0.2a 4.1±0.3b 60.0a 0.0 f 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 -
基质、植物生长调节物质以及两者的交互作用对插穗生根均具有显著影响,详见表 5~表 7。处理间生根率与愈伤率有较大差异,以ABT1号处理在蛭石中扦插生根率最高,为81.3%;在砂中愈伤率最高,为87.5%。蛭石中生根率高于砂与V(土):V(泥)=1:1,植物生长调节物质ABT1号处理高于BBT处理。基质对最长根与根质量具有极显著影响。植物生长调节物质对生根率、偏根率、一级根数、最长根长、根质量均具有极显著影响。两者交互作用对最长根与根质量具有极显著影响。不同基质对米老排大树萌条根系影响显著。最长根与根质量在蛭石与V(土):V(泥)=1:1中均显著优于在砂中的表现。ABT1号处理生根效果显著优于BBT处理,偏根率低,不定根数量多,最长不定根长。
表 5 基质及植物生长调节物质对大树萌条生根率与愈伤率的影响
Table 5. Effects of mediums and growth regulators on rooting rate, callusing rate of cutting of Mytilaria laosensis basal sprouts
处埋 生根率/% 愈伤率/% 砂 蛭石 V(土):V(泥)=1:1 砂 蛭石 V(土):V(泥)=1:1 BBT 43.8 50.0 43.8 68.8 62.5 50.0 ABT1 号 75.0 81.3 75.0 87.5 81.3 62.5 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 表 6 基质对米老排大树萌条插穗生根的影响
Table 6. Ejfects of three kinds of mediums on rooting performance of cutting of Mytilaria laosensis basal sprouts
基质 一级根数/条 最长根/cm 根质量/mg 偏根率/% 新枝质量/mg 新叶/片 新枝长/cm 砂 17.1±3.2 a 2.6±0.6 b 848.8± 165.0 b 42.7± 7.8 a 2 507.1± 351.7 a 2.3± 0.3 a 5.5± 0.7 a 蛭石 23.3± 3.1a 5.1± 0.6 a 1 900.2± 296.4 a 32.5± 7.7 a 3 029.3± 351.6 a 2.9± 0.3 a 6.8± 0.7 a V(土):V(泥)=1:1 22.8± 3.3 a 6.9± 0.6 a 2 012.7± 328.9 a 37.7± 8.0 a 3 178.6± 280.9 a 2.5± 0.3 a 4.4± 0.8 a 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 表 7 2种植物生长调节物质对萌条插穗生根的影响
Table 7. Effects of two kinds of plant growth regulators on rooting performance of basal sprouts
植物生长调节物质 根数/条 最长根/cm 根质量/mg 偏根率/% 新叶/片 新枝长/cm 新枝质量/mg ABT1 号 34.5±2.4 8.0±0.5 2 067.6±215.0 9.0±3.0 2.7±0.2 6.2±0.6 3 331.9±291.1 BBT 19.3±2.9 4.4±0.5 750.4±1 558.4 27.2±7.0 2.4±0.2 4.9±0.6 2 372.1±224.8 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 -
叶面施肥对插穗生根具有重要的影响(表 8),叶面施肥的插穗生根率为78.0%,显著高于对照52.0%。叶面施肥处理愈伤率极显著低于对照。施肥偏根率显著低于对照,说明施肥可降低偏根率。施肥处理的第1根点、最长根、一级根数、根质量均显著高于对照,说明施肥有利于插穗根的发育。
表 8 叶面施肥对米老排插穗生根的影响
Table 8. Effects of foliage dressing on rooting performance of cutting of Mytilaria laosensis
处理 生根率/ % 一级根 数/条 最长根/ cm 第1根 点/cm 根干质量/ mg 插穗质 量 >mg 新叶数/ 片 新枝质量/mg 偏根率/% 宿叶 率>% 愈伤率/ % 施肥 78.0 15.5±1.6 4.8±0.4 5.1±0.3 676.6±96.6 2.2±0.1 1.9±0.1 721.2±96.3 9.7±3.5 74.0 4.0 不施肥 52.0 7.5±1.4 2.4±0.3 2.8±0.4 266.6±59.1 1.7±0.1 1.5±0.2 648.1±109.7 33.1 ± 6.0 82.0 78.0 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 -
通过实验认为米老排扦插以幼苗及大树萌条为扦插材料比较合适。在10月中旬,幼苗插穗生根率为81.7%,显著高于萌条插穗的13.3%,而萌条插穗生根率又显著高于枝条插穗的5.0%。在12月中旬中萌条插穗生根率可达81.3%。5年生树当年生枝生根困难,可能是因其分化程度高、木质化严重、生根促进物含量少、生根抑制物含量高等因素造成。幼苗、当年生萌条生根抑制物积累少,分化能力强,促进生根的物质含量多,所以生根率高。萌条在10月扦插生根率低于12月扦插。长白落叶松Larix olgensis,楸子Malus prunifolia,青海云杉Picea crassifolia,翅果油树Elaeagnus mollis等大量实验均表明,母树年龄是影响扦插生根的重要因子,嫩枝优于硬枝。IAA,CTK,GA等生根促进物质随母树年龄增大而降低,ABA则相反,随年龄增大而升高[4-7]。米老排当年生萌条表皮青绿色,叶片横径可达19.0 cm,长可达16.9 cm,生长健壮。萌条来源广,同时可以除萌促进大树的生长,因此萌条可以成为米老排扦插繁殖的主要插穗类型。
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留叶是影响米老排扦插生根的重要因素,不留叶米老排以幼苗为插穗材料都生根困难。实验中不留叶插穗生根率为0,留1/2片叶生根率为66.0%,留1片叶生根率为78.0%。随留叶量的增大一级不定根数与最长根长度均增大,留1/2片叶和留1片叶的的一级不定根数分布为10.1条和15.5条,最长不定根长度为3.4 cm和4.8 cm。插穗留叶与否与生根相关性极高,巴拉圭茶Passiflora alata扦插中留叶与生根相关系数达0.72[8]。宿叶不仅为插穗生根提供有机营养,它的蒸腾作用促进了插穗内部物质运输以及根的发育。一定程度上蒸腾与光合作用之间的平衡决定插穗的生根能力。生根依靠插穗游离态碳水化合物,生根期间可溶性碳水化合物含量增加[9]。实验中发现插穗生根后2~3周内宿叶脱落,插穗的根依旧会腐烂。塞内加尔相思Acacia senegal扦插结果显示叶子的存在既促进生根又显著提高生存率。留4片叶可保证其正常新陈代谢[10]。非洲李Prunus africana扦插中留叶面积20 cm2生根率达79.0%,不留叶插穗插后6周全部死亡,留叶面积与根系生物量成正相关[11]。米利西亚棕竹Milicia excelsa的绿叶扦插留叶面积与生根率以及生根数呈显著正相关,在高湿度环境下,随叶面积增加叶脱落与插穗死亡率显著下降[12],留叶改善了插条活性状态。米老排幼苗叶柄长9.7 cm,叶横径11.5 cm,叶纵径12.5 cm。插条留1片叶生根良好,生根率为78.0%,可尝试留更多叶。
叶面施肥有利于提高米老排插穗生根率,同时促进米老排插穗根系的发育。实验中叶面施肥处理生根率为78.0%显著高于对照52.0%。施肥处理根干质量为676.6 mg,对照为266.6 mg。桉树扦插中也发现矿物营养对插穗生根数与根的长度具有显著影响[13]。
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植物生长调节物质主要通过调节插穗内源激素,使内源生长素在局部形成峰值,从而驱动不定根的形成与发育[13],使插穗向植株方向发展。生长素3 min内可以使相关的磷脂酶A(PPLA)活性发生急剧升高[14],说明植物生长调节物质处理是一个快速的过程,高质量浓度生长素速蘸处理可以引起插穗的局部生长素的变化。2 000.0 mg·L-1 ABT1号溶液速蘸10 s是适合米老排扦插繁殖的植物生长调节物质处理方式。在留叶、基质、施肥以及萌条实验中以2 000.0 mg·L-1 ABT1号处理插穗,均表现良好。
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基质的质地决定水气状况,此外基质中微生物的活动也对插穗生根影响较大[15]。一级根数随通气性增大而增大,砂>蛭石>泥炭>红土,说明根原基的形成与基质的氧气供应成正相关。溶解到水里的氧对根的形成与发育是必不可少的。随着溶解到水中氧浓度的降低生根需更长的时间,生根率以及每条插穗生根数都降低[16]。最长根的顺序为泥炭>红土>蛭石>砂,这与4种机制营养含量成正相关,说明单个根的发育与基质营养成正相关。插穗在4种基质中的生根策略不同,表现为较多的根数,根较短;较少的根数,根较长。在砂、蛭石、红土基质中加入泥炭后,最长根显著加长。砂质地太硬抑制根的延伸。砂和泥炭混合后砂含量的比例与一级根数正相关。基质营养与含水率都可以通过人工措施容易予以调节,而孔隙度不易调控。因此,选取基质的时候应注重基质的物理特性。蛭石是作为米老排扦插繁殖的基质的较好选择。实验中幼苗为扦插材料时蛭石和红土为基质生根率最高,为84.0%,一级根数为21.9条。以萌条为扦插材料时,蛭石中生根率最高,为81.3%。
Rooting factors and optimization for propagation of Mytilaria laosensis cuttings
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摘要: 研究了插穗来源、留叶方式、植物生长调节物质种类与质量浓度、基质和叶面施肥等5个因素对米老排Mytilaria laosensis插穗生根的影响。结果表明:1年生幼苗茎干与大树萌条均适宜作为米老排插穗的材料,幼苗插穗生根率为81.7%,萌条插穗生根率为81.3%。枝条不适宜作为扦插材料,5年生幼树1年生枝条生根率为5.0%。留叶方式以留1片叶生根效果最好,其生根率为78.0%。留1/2叶处理为66.0%,而不留叶对照生根率为0。2 000 mg·L-1的ABT1号10 s速蘸处理为最佳处理方式。蛭石、红土中插穗生根率最高,达84.0%;泥炭中最长不定根长度最大,为(9.9 ± 1.0) cm;砂中不定根数量最多,为(22.3 ± 2.7)条。叶面施肥处理生根率为78.0%,对照为52.0%。综上所述,选用1年生幼苗茎干和大树萌条为插穗,插穗保留1片叶,用2 000 mg·L-1的ABT1号速蘸10 s,以蛭石或红土为基质,每日喷施质量分数为1%的普罗丹复合肥,可获得80.0%以上的生根率。表8参16Abstract: Mytilaria laosensis is a multi-purpose tree planted in southern China, its breeding of clones by cutting propagation is deterred as levels of rooting factors are yet to be determined. This research is to determine levels of rooting factors through studying the effects of cutting type, leaf retention, medium type, plant growth regulator, and foliar fertilization on rooting performance of cutting of M. laosensis. Rooting rates, callus rate, and leaf-retention rates were tested by binomial test. Other indexes were tested by ANOVA. Results showed that stem cuttings of one-year-old seedling had a rooting rate of 81.7 percents in winter, which was significant higher at the significant level of 0.05 than those of sprouts on 5-year-old saplings(13.3 percents) and hard sapling branches(5.0 percents). Cuttings with leaf retaining had a significant higher rooting rate than those without a leaf retaining, however, there is no significant difference between cuttings with a leaf and those with half a leaf. For plant growth regulators, the highest rooting rate was observed in cuttings treated with ABT1# at a rate of 2 000.0 mg·L-1 for quick-dip for 10 s, it is significant higher than other treatments. For medium type, there is not significant different for rooting rate among red clay, mixture of red clay and peat(2: 1 in volume), mixture of peat and vermiculite(1: 1), and vermiculite, but they have a significant higher rooting rate than other medium. For a peat medium, cuttings had a significant longer root than other media; For a sand medium, cuttings had significant more primary roots (22.3 ± 2.7) than other media. The rooting rate of foliage-dressed cuttings is 78.0%, which is significant higher than that of the control without foliage dressing(52.0%). Thus, a clone for an elite individual of M. laosensis is probably bred by excising cuttings from basal sprouts, pruning them with a or half a leaf, treating them by 2 000.0 mg·L-1 ABT1# for 10 s quick-dip, raising them in a medium of vermiculite or laterite, and fertilizing them once a day for 30 days after planted. [Ch, 8 tab. 16 ref.]
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Key words:
- silviculture /
- Mytilaria laosensis /
- cutting /
- propagation /
- rooting
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绿色植物通过光合作用固定二氧化碳(CO2)并转变成有机物质的过程被称为植物碳汇[1−2],是降低大气中CO2浓度最主要的途径。但受到植物呼吸消耗、微生物分解和环境条件变化的影响,绝大部分被固定的碳都无法长期稳定存在[1]。植硅体(phytolith)是植物在生长过程中,通过根系吸收的无定型硅酸[Si(OH)4]经维管束输送后在植物细胞内腔或细胞间隙中形成的硅包碳化合物,几乎存在于所有植物体中,在竹亚科Bambusoideae植物中植硅体尤其丰富[3−4]。植硅体碳是在植硅体形成过程中被封存于植硅体内的有机碳[5],随植物体死亡分解进入土壤后,可以稳定存在数千年甚至上万年之久[6−7],成为陆地土壤长期碳封存的重要机制之一。这种长期的生物地球化学碳封存形式被认为在减少大气CO2,缓解温室效应方面具有很大的潜力[8]。
毛竹Phyllostachys edulis已被证明是一种植硅体碳汇能力很强的植物[6−8],在中国广泛分布。在毛竹的经营管理过程中一直有施用氮肥的习惯,氮肥的施用直接促进毛竹的光合作用,进而提高单位面积毛竹笋材产量。研究表明:在毛竹的生长过程中除了氮素以外,对硅也有很强的富集能力[9−10],而毛竹体内硅、植硅体及植硅体碳的质量分数具有极显著的相关关系[11]。氮施用后虽然增强了毛竹光合能力[12],但对硅的吸收利用以及毛竹植硅体碳汇能力的影响还需进一步探索。
本研究以毛竹为研究对象,开展氮、硅二因素三水平栽培试验,采集毛竹不同器官,并测定不同器官硅、植硅体和植硅体碳质量分数,以明确不同器官对外源氮、硅添加的响应,揭示外源氮、硅添加对毛竹植硅体碳汇的影响机理,为提升中国竹林生态系统植硅体碳汇能力提供参考。
1. 试验设计与方法
1.1 试验设计
本研究设计为氮、硅二因素三水平盆栽试验。具体设计见表1。
表 1 试验设计及氮、硅用量Table 1 Experimental design and N, Si application rate处理 尿素/
(mg·kg−1)硅酸钠/
(mg·kg−1)处理 尿素/
(mg·kg−1)硅酸钠/
(mg·kg−1)处理 尿素/
(mg·kg−1)硅酸钠/
(mg·kg−1)N0Si0 0 0 N1Si0 250 0 N2Si0 500 0 N0Si1 0 75 N1Si1 250 75 N2Si1 500 75 N0Si2 0 150 N1Si2 250 150 N2Si2 500 150 说明:氮和硅用量按照生产上常规施肥量,即尿素750和225 kg·hm−2,有效土层深度30 cm,容重1.01 g·cm−3计算。 试验盆栽栽培于福州市晋安区新店镇福建省林业科学研究院苗圃(26°09′05″N,119°17′03″E,海拔为103.8 m)。试验栽培容器长、宽、高分别为30、20、30 cm,距容器底部2 cm侧面设直径为0.5 cm的小孔,保证排水通气。栽培用土壤来源于福州市闽侯县三叠井森林公园自然分布毛竹林。挖取土壤前清除地表植被和凋落物,挖取0~30 cm土层土壤,挑除石子、动植物残体后于干燥通风处晾干,过2 mm筛后备用。土壤容重为1.01 g·cm−3,土壤有机质为20.3 g·kg−1,土壤pH为5.51,土壤碱解氮、有效磷、速效钾、有效硅质量分数分别为245.00、2.93、116.60、54.10 mg·kg−1。
试验用毛竹苗来源于四川峨眉廷富育苗有限公司培育的毛竹1年生袋装实生幼苗,种源为广西桂林。栽培时竹苗呈丛状分生,4~5株·丛−1,蔸部具完整根鞭,苗高30 cm左右,生长健壮,无病虫害。栽培之前将每片竹叶剪去60%,以降低蒸腾速率,增加成活率。
每盆置风干土10.0 kg,浅栽生长均匀的幼苗4株,浇透水,至容器侧面小孔有水溢出,再取10.0 kg风干土均匀铺盖于湿土之上,保湿保水防结块,置于通风防雨透光玻璃温室中培养。栽培期间17:00浇水1次,浇水量为当地前10 a平均日降雨量。
1.2 样品采集
竹苗生长的过程中定时定量浇水,分别收集不同处理凋落物,及时烘干储存。毛竹苗生长2 a后,采用全株采集法采集每盆毛竹样品,清洗干净后分不同器官烘干储存备用。
1.3 样品分析
不同处理和不同器官毛竹样品在分析测定前进行粉碎(<0.5 mm)。样品植硅体的提取采用微波消解法,之后用0.800 0 mol · L−1重铬酸钾溶液对植硅体进行检验,确保植硅体表面有机物质完全被去除,提取后的植硅体于65 ℃烘箱中烘干48 h,称量[13]。植硅体碳采用碱溶分光光度法测定[14],在样品测定的同时加入植物标准样(GBW07602)对测定的准确性进行检验。每个样品重复3次。样品总硅采用偏硼酸锂熔融-比色法测定[15],样品碳和氮采用碳氮元素分析仪测定。
1.4 数据处理与统计
使用SPSS 18.0进行数据统计分析,Duncan新复极差法测验不同处理的差异显著性,Origin 8.5作图。植硅体质量分数(g·kg−1)=植硅体质量(g)/样品干质量(kg),植硅体碳质量分数(g·kg−1) =植硅体碳质量(g)/样品干质量(kg)。
2. 结果与分析
2.1 毛竹不同器官硅、植硅体、植硅体碳、碳和氮质量分数
由表2可知:在毛竹不同器官及凋落物中,硅、植硅体和植硅体碳质量分数从高到低依次均为凋落物、叶、枝、篼、秆,变化范围分别为2.2~78.4、1.9~151.9和0.78~3.93 g·kg−1。与硅、植硅体和植硅体碳不同,碳质量分数在毛竹不同器官及凋落物中从高到低依次为秆、叶、篼、枝、凋落物,变化范围为372.0~466.0 g·kg−1。不同器官及凋落物氮质量分数则表现为毛竹叶中最高,为18.8 g·kg−1,凋落物最低,为4.4 g·kg−1。差异显著性分析结果表明:凋落物中硅和植硅体质量分数均显著高于其他器官(P<0.05),且植硅体质量分数在枝、秆和篼之间均具有显著差异(P<0.05),而硅质量分数在枝、秆和篼之间不具有显著差异。与植硅体相似,植硅体碳在枝、秆和篼之间具有显著差异(P<0.05),但植硅体碳质量分数在凋落物和叶之间不具有显著差异。碳质量分数除了在叶和篼之间不具有显著差异外,在其他器官及凋落物之间均具有显著差异(P<0.05)。氮质量分数在不同器官之间均具有显著差异(P<0.05),但在凋落物中没有表现出显著低于枝的现象。
表 2 毛竹不同器官和凋落物硅、植硅体、植硅体碳、碳和氮质量分数Table 2 Content of Si, phytolith, PhytOC, C and N in different organs and litterfall of Ph. edulis样品 硅/(g·kg−1) 植硅体/(g·kg−1) 植硅体碳/(g·kg−1) 碳/(g·kg−1) 氮/(g·kg−1) 叶 26.8±2.8 b 42.3±3.8 b 3.78±0.17 a 452±4 b 18.8±0.9 a 枝 6.7±0.3 c 22.1±1.0 c 2.84±0.19 b 439±1 c 5.8±0.3 d 秆 2.2±0.1 c 1.9±0.1 e 0.78±0.10 d 466±1 a 7.7±0.6 c 篼 5.2±0.4 c 11.7±0.8 d 1.55±0.13 c 448±2 b 11.8±0.3 b 凋落物 78.4±2.8 a 151.9±3.4 a 3.93±0.15 a 372±4 d 4.4±0.2 d 说明:数据为平均值±标准误。不同小写字母表示不同器官间差异显著 (P<0.05)。 2.2 不同处理硅、植硅体、植硅体碳、碳和氮质量分数
由表3可知:毛竹叶、枝、秆、篼硅质量分数均表现为N0Si2处理最高,分别为42.2、8.4、2.9和6.6 g·kg−1,处理N2Si0最低,分别为18.4、5.6、1.8和3.5 g·kg−1。差异显著性分析结果表明: N0Si2和N0Si1处理叶硅质量分数显著高于除N0Si0处理以外的所有处理(P<0.05),而枝、秆和篼硅质量分数在不同处理之间均无显著差异。与叶、枝、秆、篼不同,凋落物硅质量分数表现为N2Si2处理最高,为91.8 g·kg−1,在N0Si0处理中最低,仅为60.9 g·kg−1。差异显著性分析结果表明: N2Si2处理中硅质量分数显著高于N0Si1和N0Si0处理(P<0.05),凋落物硅质量分数在其他处理间均不具有显著差异。
表 3 各处理毛竹不同器官和凋落物硅质量分数Table 3 Contents of Si in different organs and litterfall of Ph. edulis under different treatments处理 各处理毛竹不同部位硅质量分数/(g·kg−1) 叶 枝 秆 篼 凋落物 N0Si0 33.1±4.7 ab 6.1±3.0 a 2.3±1.0 a 3.7±0.7 a 60.9±5.3 c N0Si1 36.5±2.8 a 6.8±0.4 a 2.3±0.4 a 5.7±1.6 a 74.1±2.2 bc N0Si2 42.2±2.1 a 8.4±0.3 a 2.9±0.2 a 6.6±0.3 a 78.9±7.0 ab N1Si0 20.0±2.5 c 5.9±2.8 a 2.0±0.5 a 3.5±0.8 a 77.0±2.1 ab N1Si1 24.3±2.4 bc 6.2±0.5 a 2.1±0.5 a 5.4±0.2 a 77.2±2.9 ab N1Si2 24.4±1.2 bc 8.0±1.1 a 2.5±0.6 a 6.3±0.1 a 79.2±1.7 ab N2Si0 18.4±3.8 c 5.6±1.5 a 1.8±0.2 a 3.5±0.7 a 80.3±0.3 ab N2Si1 20.3±1.5 c 5.9±0.2 a 1.9±0.4 a 5.6±2.2 a 86.1±1.7 ab N2Si2 21.9±1.9 c 7.5±0.9 a 2.4±0.2 a 6.3±0.8 a 91.8±9.3 a 说明:数据为平均值±标准误。不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。 由表4可知:随着硅添加量的增加,大部分处理植硅体质量分数呈增加的趋势。具体来看,不同处理毛竹叶植硅体质量分数为30.3~59.5 g·kg−1,其中N0Si2处理叶植硅体质量分数最高,N2Si0处理最低。N2Si2处理枝植硅体质量分数最高,为26.6 g·kg−1, N1Si0处理最低,仅为18.6 g·kg−1。不同处理秆和篼植硅体质量分数变化规律较为一致,均表现为N2Si2处理最高,分别为2.2和14.9 g·kg−1, N0Si0处理最低,分别为1.6和9.1 g·kg−1。N0Si2处理凋落物植硅体质量分数最高,为169.5 g·kg−1,比N1Si0处理高24.3%。差异显著性分析结果表明:仅叶中植硅体质量分数在N0Si0、N0Si1、N0Si2处理与其他处理间具有显著差异(P<0.05)。
表 4 各处理毛竹不同器官和凋落物植硅体质量分数Table 4 Contents of phytolith in different organs and litterfall of Ph. edulis under different treatments处理 各处理毛竹不同部位植硅体质量分数/(g·kg−1) 叶 枝 秆 篼 凋落物 N0Si0 51.8±7.8 a 19.8±3.3 a 1.6±0.1 a 9.1±2.8 a 156.6±23.0 a N0Si1 59.2±2.3 a 20.6±4.0 a 1.9±0.4 a 9.5±0.2 a 160.8±10.4 a N0Si2 59.5±2.8 a 24.2±4.3 a 2.0±0.2 a 14.0±4.7 a 169.5±3.8 a N1Si0 35.4±1.2 b 18.6±2.4 a 1.8±0.1 a 10.1±2.8 a 136.4±19.5 a N1Si1 35.7±0.9 b 20.8±2.2 a 1.9±0.5 a 12.3±0.8 a 154.6±9.9 a N1Si2 37.8±0.9 b 26.2±3.3 a 2.1±0.5 a 14.7±0.2 a 155.3±6.4 a N2Si0 30.3±0.2 b 20.7±2.5 a 1.9±0.1 a 10.1±2.2 a 144.3±15.6 a N2Si1 34.4±3.0 b 21.1±1.9 a 2.0±0.3 a 11.0±1.7 a 144.7±0.7 a N2Si2 36.3±1.9 b 26.6±5.1 a 2.2±0.2 a 14.9±1.7 a 144.7±28.7 a 说明:数据为平均值±标准误。不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。 由表5可知:毛竹不同器官植硅体碳质量分数在不同处理之间差异较小。总体来看,随着硅添加量的增加,不同器官及凋落物植硅体碳质量分数均具有上升趋势。不同处理叶、枝、秆、篼及凋落物植硅体碳质量分数分别为3.15~4.68、2.10~3.47、0.30~1.18、1.09~2.15和3.21~4.63 g·kg−1,均表现为N2Si2处理最高, N0Si0处理最低,表明氮和硅的添加能够促进植硅体碳质量分数增加。差异显著性分析结果表明:仅秆植硅体碳质量分数在N0Si1和N0Si0与N2Si2处理间具有显著差异(P<0.05)。
表 5 各处理毛竹不同器官和凋落物植硅体碳质量分数Table 5 Contents of PhytOC in different organs and litterfall of Ph. edulis under different treatments处理 各处理毛竹不同部位植硅体碳质量分数/(g·kg−1) 叶 枝 秆 篼 凋落物 N0Si0 3.15±0.24 a 2.10±0.56 a 0.30±0.04 c 1.09±0.22 a 3.21±0.81 a N0Si1 3.20±1.05 a 2.25±0.66 a 0.39±0.10 bc 1.11±0.07 a 3.83±0.92 a N0Si2 3.82±0.55 a 3.12±0.63 a 0.61±0.40 abc 1.54±0.50 a 4.14±2.25 a N1Si0 3.59±0.67 a 2.28±0.59 a 0.70±0.33 abc 1.13±0.47 a 3.52±0.67 a N1Si1 4.01±0.12 a 3.10±0.54 a 0.91±0.13 abc 1.77±0.51 a 3.73±1.05 a N1Si2 4.31±0.98 a 3.38±0.46 a 1.06±0.14 ab 1.79±0.32 a 4.46±0.20 a N2Si0 3.63±1.17 a 2.45±1.28 a 0.86±0.19 abc 1.58±0.18 a 3.81±0.51 a N2Si1 4.05±0.20 a 3.39±0.28 a 1.00±0.27 abc 1.84±0.62 a 4.01±0.17 a N2Si2 4.68±0.41 a 3.47±0.98 a 1.18±0.05 a 2.15±0.33 a 4.63±1.60 a 说明:数据为平均值±标准误。不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。 由表6可知:与植硅体碳质量分数相似,毛竹不同器官碳质量分数在不同处理间差异均较小并具有随着氮添加量增加不断增加,随着硅添加量的增加不断降低的趋势。不同处理叶、枝、秆、篼碳质量分数分别为436~478、436~441、462~471和441~456 g·kg−1,可知叶碳质量分数在不同处理之间差异最大。不同处理凋落物碳质量分数随氮和硅添加量的增加均不断增加,为348~387 g·kg−1。差异显著性分析结果表明: N2Si1处理叶碳质量分数显著高于其他处理,N0Si2处理枝碳质量分数显著低于N1Si0处理, N1Si0处理和N2Si0处理秆碳质量分数显著高于除N2Si1处理以外的其他处理, N2Si2处理凋落物碳质量分数显著高于N0Si0处理(P<0.05)。
表 6 各处理毛竹不同器官和凋落物碳质量分数Table 6 Contents of C in different organs and litterfall of Ph. edulis under different treatments处理 各处理毛竹不同部位碳质量分数/(g·kg−1) 叶 枝 秆 篼 凋落物 N0Si0 440±2 b 440±3 ab 463±2 b 443±5 b 348±17 b N0Si1 439±2 b 437±3 ab 463±2 b 442±3 b 372±6 ab N0Si2 436±3 b 435±2 b 462±2 b 441±4 b 376±5 ab N1Si0 453±2 b 442±2 a 471±0 a 452±3 ab 365±11 ab N1Si1 453±2 b 439±1 ab 466±2 b 450±5 ab 368±14 ab N1Si2 453±3 b 438±3 ab 465±1 b 449±4 ab 369±3 ab N2Si0 454±4 b 441±1 ab 471±2 a 456±1 a 381±16 ab N2Si1 478±21 a 441±1 ab 467±0 ab 451±4 ab 384±2 ab N2Si2 459±4 ab 439±2 ab 465±1 b 449±2 ab 387±11 a 说明:数据为平均值±标准误。不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。 由表7可知:毛竹不同器官氮质量分数在不同处理之间差异均较大,叶、枝、秆、篼和凋落物氮质量分数最低的处理分别为N0Si1、N0Si2、N0Si1、N0Si0和N0Si1处理,其氮质量分数分别为14.5、4.3、5.0、10.0和3.4 g·kg−1;最高的处理分别为N2Si1、N2Si0、N1Si2、N2Si0和N2Si0处理,比最低值分别增加54.5%、79.1%、90.0%、29.0%和50.0%。差异显著性分析结果表明:叶、枝、秆、篼和凋落物氮质量分数在不同处理间变化规律均不明显,氮质量分数在部分处理间存在显著差异(P<0.05)。
表 7 各处理毛竹不同器官和凋落物氮质量分数Table 7 Contents of N in different organs and litterfall of Ph. edulis under different treatments处理 各处理毛竹不同部位氮质量分数/(g·kg−1) 叶 枝 秆 篼 凋落物 N0Si0 16.9±0.8 cde 5.4±0.9 bcd 6.5±1.0 abc 10.0±0.2 b 3.4±0.1 c N0Si1 14.5±0.9 e 4.6±0.1 cd 5.0±0.3 c 10.7±0.3 b 3.6±0.1 bc N0Si2 15.7±0.9 de 4.3±0.1 d 5.6±0.2 bc 10.8±0.1 b 3.4±0.1 c N1Si0 19.1±1.0 bc 6.3±0.6 abc 8.7±1.6 ab 12.3±0.2 ab 4.4±0.2 ab N1Si1 20.8±0.8 ab 6.1±0.2 abcd 8.6±0.6 abc 12.4±0.8 ab 4.8±0.3 a N1Si2 18.4±1.0 bcd 5.4±0.3 bcd 9.5±0.1 a 12.1±0.3 ab 4.8±0.3 a N2Si0 20.9±1.1 ab 7.7±0.7 a 9.3±2.2 a 12.9±1.1 a 5.1±0.4 a N2Si1 22.4±0.4 a 6.7±1.0 ab 7.7±0.8 abc 12.3±0.4 ab 5.1±0.6 a N2Si2 20.2±0.6 ab 5.8±0.5 abcd 8.4±1.3 abc 12.6±0.2 a 4.7±0.1 a 说明:数据为平均值±标准误。不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。 2.3 毛竹硅、植硅体、植硅体碳、碳和氮质量分数之间的相关关系
相关性分析结果(表8)表明:毛竹硅与植硅体、植硅体与植硅体碳以及硅与植硅体碳质量分数之间均存在极显著正相关关系(P<0.01),硅与氮质量分数之间存在极显著二次相关关系(P<0.01),植硅体碳与碳质量分数之间存在极显著负相关关系(P<0.01)。
表 8 毛竹硅、植硅体、植硅体碳、碳和氮质量分数之间的相关关系Table 8 Correlation between Si and phytolith, phytolith and PhytOC, Si and PhytOC, Si and N, C and PhytOC contents of Ph. edulisx y 拟合方程 决定系数(R2) 显著性水平 植硅体 硅 y = 0.088 + 0.517x 0.958 4 P<0.001 植硅体 植硅体碳 y = 1.839 + 0.016x 0.463 2 P<0.001 硅 植硅体碳 y = 1.837 + 0.031x 0.481 8 P<0.001 硅 氮 y = 7.004 + 0.507x−0.007x2 0.493 3 P<0.001 碳 植硅体碳 y = 472.8−14.5x 0.318 3 P<0.001 2.4 植硅体、植硅体碳与碳质量分数的氮-硅交互作用
交互作用分析结果表明:对于毛竹植硅体、植硅体碳与碳质量分数来说,氮与硅之间均不存在交互作用的显著性(表9)。
表 9 植硅体、植硅体碳与碳质量分数的氮-硅交互作用Table 9 Interaction between N and Si for phytolith, PhytOC, and C contents指标 自由度 均方 F 显著性水平 $ {\eta }_{p}^{2} $ 植硅体 4 15.858 0.005 1.000 0.000 植硅体碳 4 0.069 0.030 0.998 0.001 碳 4 0.555 0.044 0.996 0.001 说明:$ {\eta }_{p}^{2} $表示植硅体和植硅体碳分别对组间变异的贡献率。 2.5 毛竹不同器官植硅体碳占总碳比
由图1可知:毛竹叶、枝、秆、篼和凋落物中植硅体碳占总碳的比例分别为5.7%~8.6%、4.8%~7.9%、0.7%~2.5%、2.5%~4.8%和9.2%~12.1%。与不同器官相比,凋落物中植硅体碳占总碳的比例平均最高,为10.5%。不同处理凋落物之间,N1Si2处理植硅体碳占总碳的比例最高,N0Si0处理最低。不同器官之间,不同处理植硅体碳占总碳的比例从高到低依次为叶、枝、篼、秆,平均分别为6.9%、6.5%、3.5%和1.7%。同一器官不同处理之间,在同一氮添加水平下随着硅添加量的增加,植硅体碳占总碳的比例不断升高。
3. 讨论
3.1 毛竹植硅体、植硅体碳的形成与硅密切相关
硅是地壳中第二大元素,其蕴藏量仅次于氧,在地球化学碳循环中起着重要的作用[16]。研究表明:植物对硅的吸收利用分为对单硅酸的跨膜吸收和沿维管束的运输2个过程,其中植物对硅的吸收能力取决于土壤溶液中单硅酸的浓度和植物根系硅转运蛋白的表达量[17]。动力学研究表明:外部单硅酸浓度的升高能够有效促进其以被动扩散或主动运输的形式被跨膜吸收[18−19]。土壤中的有效硅到达植物根部后才能开始随蒸腾流沿着维管束运输的第2个过程,并且具有边运输边形成聚合硅酸的能力[20],最终在植物组织的蒸腾末端沉积,形成稳定的无定型二氧化硅颗粒,表明植物对硅的吸收利用最终依赖于特异性硅转运蛋白和蒸腾作用。
植硅体在植物抗寒、抗逆等方面[4, 21]具有重要的作用。硅被植物吸收后主要以植硅体的形式存在于植物体内,因此植物体内植硅体质量分数取决于植物吸收利用硅的能力。本研究中毛竹不同器官之间硅与植硅体质量分数差异较大,但表现出相同的变化规律和极显著相关关系,表明毛竹不同器官对硅利用的能力不同,也表明了硅与植硅体之间存在的密切联系。这与ZUO等[22]对黍Panicum miliaceum、粟Setaria italica的研究,LI等[23]对湿地芦苇Phragmites australis的研究,PARR等[24]对竹林的研究及SONG等[25]对中国草原植被的研究结果相同,证明了植物体中植硅体质量分数明显受植物对硅富集能力的影响。
植硅体碳形成于植硅体积淀的过程中。LI等[26]在对白洋淀芦苇的研究中指出:植硅体碳质量分数与植物吸收利用CO2速率有直接的关系。SONG等[13]在中国不同森林类型植硅体碳封存估测的研究中提出:植硅体碳质量分数与硅质量分数之间存在密切的联系,并且以硅质量分数的3%作为计算植硅体碳的标准。本研究设计硅外源添加以增加毛竹对硅的吸收利用,同时设计氮外源添加提高毛竹光合作用效率及吸收利用CO2的能力,并对不同处理硅、植硅体和植硅体碳质量分数进行分析,发现硅、植硅体和植硅体碳在毛竹不同器官之间的变化规律呈现高度的一致性,并且随着外源氮和硅添加量的变化,毛竹不同器官植硅体与植硅体碳仍然表现出相似的变化规律;除此之外,植硅体与植硅体碳之间及硅与植硅体碳质量分数之间均存在极显著的正相关关系。这一结果与已有竹类植物植硅体碳相关研究结果一致[8, 13, 27],反映了竹林生态系统中硅与植硅体碳之间的内在联系,表明外源硅的添加是毛竹不同器官植硅体碳质量分数增加的主要原因,证明了硅的添加能够促进毛竹植硅体碳汇能力提升。
3.2 毛竹不同器官对外源氮添加的响应差异明显
氮是植物生长最重要的营养元素之一,对于植物光合效率的提高及养分的吸收、利用、积累具有直接的影响[12]。植物对氮的吸收过程复杂且多样,主要包括主动性和被动性吸收2个途径,与光照、温度、pH等环境因素密切相关,与硅的吸收利用相关性较小。本研究中氮-硅交互作用分析结果表明:氮与硅之间均不存在交互作用的显著性,也进一步说明毛竹对氮和硅的吸收是2个相互独立的过程。毛竹叶中碳、氮和植硅体碳质量分数均随着外源氮添加量的增加不断提高,但硅与植硅体质量分数却不断下降 ,主要是由于外源氮的添加极大地促进了叶的生长,导致净生物量在短期内快速积累,而植物对硅的吸收动力主要来源于蒸腾作用[12],在短期内并不会出现大幅变化,因此造成了净生物量积累与植硅体积累不协调的现象,也说明了虽然本研究中硅的添加促进了毛竹对硅的吸收,但氮的添加增加了有机物质的积累,对植硅体形成了稀释效应,因此表现为低氮添加处理植硅体质量分数更高的现象。
随着叶片的老化,大部分氮被转移再利用[28],凋落物氮和碳质量分数均大幅降低,但硅、植硅体和植硅体碳质量分数却并未随之下降,且随着外源氮添加量的增加,凋落物中硅和植硅体碳质量分数有所增加,植硅体质量分数却有所降低,表明尽管外源氮的添加促进了硅的吸收和有机物质的积累,但被吸收的硅并没有形成稳定的植硅体,对植硅体碳的贡献有限,也说明尽管毛竹对氮和硅的吸收利用交互作用不显著,但硅的吸收仍然与氮的添加有关。
进一步对不同处理不同器官及凋落物中植硅体碳占总碳比进行分析,可以更清晰地表明:单纯的氮添加能够促进有机物质的快速积累,但对于提高植硅体碳在总碳中的比例作用有限,而硅的添加对提高植硅体碳在总碳中的比例作用更为明显,这一点也被外源氮添加后碳和植硅体碳呈极显著负相关所证明。
3.3 氮和硅添加对植硅体稳定性的影响
植硅体的稳定性主要决定于其形态、颗粒大小、组分和结构[29−32]。有研究表明:外源硅的添加增加了土壤溶液中单硅酸的浓度,外源氮和硅的添加共同促进了毛竹对硅的吸收,进而增加植硅体在植物体内的积累[33−35],但是这种靠人为因素增加的植硅体已被证明主要是轻组植硅体[31],其稳定性、抗腐蚀能力等均远小于重组植硅体[34, 36],且氮的添加促进了毛竹对氮的吸收利用,改变了植硅体组成成分[31],因此尽管高氮处理促进了毛竹凋落物硅质量分数的增加,但植硅体质量分数仍较低。表明虽然氮的添加对毛竹吸收硅的影响不显著,但对毛竹吸收硅后形成的植硅体的稳定性有显著影响。
4. 结论
毛竹叶中氮质量分数最高,秆中碳质量分数最高,凋落物中硅、植硅体和植硅体碳质量分数均最高。外源氮添加有助于毛竹对硅的吸收和有机物质的积累,外源硅添加有助于毛竹植硅体和植硅体碳质量分数的增加以及植硅体碳占碳比例的提高。
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表 1 不同插穗来源的生根效果比较
Table 1. Comparison of rooting performance for different cuttings
插穗来源 插穗生根效果评估指标 生根 率/% 愈伤率/% 宿叶率/% 新叶数/片 新枝质量/mg 最长根/cm 一级根数/条 根质量/mg 第1根点/cm 偏根率/% 幼苗 81.7 a 45.0 a 68.3 a 2.3±0.2 1 430.8±148.0 7.1±0.4 a 23.8±2.1a 1730.1±168.9 4.0±0.3 a 12.2±3.7 b 萌条 13.3 b 13.3 b 18.3 b 2.2±0.2 1321.2±218.6 4.2±0.8 a 12.4±3.9ab 903.3±410.1 3.6±0.7 a 42.8±12.1b 枝条 5.0 c 1.7 c 3.3 c 0 0 0.7±0.1b 1.3±0.3 b - 1.0±0.4 b 0.75±0 a 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 表 2 留叶方式对插穗生根的影响
Table 2. Rooting performance on cuttings with different leaf kept
留叶方式 生根率/% 愈伤率/% 宿叶率/% 新叶数/片 新枝质量/mg 最长根 cm 一级根数 条 根质量 mg 第 1 根点 cm 偏根率 % 1 片叶 78.0 74.0 4.0 1.8±0.1 721.2±93.6 4.8±0.4 15.5±1.6 676.6±94.0 5.1±0.3 9.7! 3.5 1/2片叶 66.0 52.0 0 1.7±0.1 712.3±296.9 3.4±0.3 10.1±1.2 259.5±38.5 3.8±0.4 41.2±6.1 0片叶 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 表 3 4种植物生长调节物质处理对米老排插穗生根的影响
Table 3. Effects of four kinds of plant growth regulators on rooting performance of cutting of Mytilaria laosensis
植物生长调节物质 生根率/% 愈伤率/% 偏根率/% 总根长/cm 表面积/cm2 根径/cm 根体积/cm3 根尖数/个 IAA500 2±2ef 19±3ef 33±38ab 29±10d 3±2d 0.70±0.06 b 0.06±0.04d 35±21d IAA1000 15±4bc 37±6 ab 31±2 ab 92±12bcd 18±2cd 0.70±0.01b 0.33±0.04bcd 271±37 cd IAA1500 11±3 bcde 25±1de 39±7 ab 92±16 abcd 19±3bcd 0.73±0.02 b 0.33±0.06 bcd 248±42cd IAA2000 3±3def 19±5ef 32±32 ab 49±21 abcd 10±4 abc 0.66±0 b 0.17±0.07 bcd 220±130bcd IBA500 19±5 b 37±5 ab 34±19ab 113±14 abcd 28±4 abcd 0.76±0.02ab 0.53±0.07 cd 538±77 bcd IBA1000 15±13 bc 34±5 abc 33±14 ab 102±15abcd 24±3bcd 0.77±0.02 a 0.49±0.07 bcd 472±61bcd IBA1500 3±1 def 11±3fgh 0b 163±3 a 52±9 a 0.58±0.01ab 0.95±0.15 a 835±6 a IBA2000 10±2 bcdef 13±2fg 17±11 ab 179±19ab 44±5ab 0.76±0.01ab 0.88±0.12ab 869±107 ab NAA500 15±6 bc 35±1ab 19 !14ab 126±13abcd 28±3bcd 0.70±0.01b 0.48±0.05bcd 479±54 cd NAA1000 13±8 bcd 29±7 bcd 40±18 a 74±15 bcd 17±4 cd 0.80±0.03 b 0.33±0.07 cd 349±62cd NAA1500 6±3 cdef 7±2gh 21±22ab 78±31 abcd 17±6 cd 0.76±0.03 b 0.30±0.10cd 380±122cd NAA2000 2±0ef 5±1h 42±38 a 51±20cd 12±5cd 0.71±0.04 b 0.22±0.11cd 256±65bcd ABT500 2±2ef 20±2ef 29±26 ab 84±27 abcd 19±7cd 0.79±0.05 b 0.36±0.13bcd 344±122cd ABT1000 18±4 b 41±2 a 17±15ab 133±13 abcd 30±3bcd 0.75±0.03 b 0.54±0.06 abcd 491±56bcd ABT1500 21±13 b 27±11 cde 10±9ab 163±14abc 42±4 abc 0.78±0.03 ab 0.87±0.10abc 639±61bc ABT2000 33±8 a 41±5 a 14±3 ab 151±12abc 38±3 abc 0.80±0.02ab 0.79±0.08 abc 598±58bc 说明:植物生长调节物质的数值表示其质量浓度(mg*LH1);同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 表 4 基质对米老排插穗生根的影响
Table 4. Eifects of mediums on rooting performance of cutting of Mytilaria laosensis
基质 生根率/% —级根数/条 最长根/cm 根干质量/mg 偏根率/% 新叶数/片 第1根点/cm 宿叶率/% 愈伤率/% 砂 48.0 c 22.3±2.7 a 2.6±0.2d 58.0±6.0b 17.2±1.6b 2.91±0.2b 3.5±0.3b 36.0d 2.0 d V(砂):V(泥)=2:1 74.0b 22.3±2.2a 6.0±0.3b 96.1±11.3 a 19.6±0.9b 2.9±0.1b 5.1±0.3a 40.0d 4.0 d V(泥):V(砂)=1:1 66.0c 15.1±1.5b 6.3±0.3b 62.1±5.4b 22.3±1.6b 2.9±0.1b 4.4±0.3a 44.0c 10.0 c 泥砂 52.0c 17.2±2.1a 9.9±1.0a 62.8±7.9b 22.4±2.2b 3.6±0.2a 2.7±0.3c 34.0d 26.0 a 红土 84.0a 16.2±1.5b 5.3±0.3c 43.5±6.4c 20.3±0.9b 3.2±0.2a 4.3±0.2b 68.0a 4.0 d V(土):V(泥)=2:1 76.0a 14.0±1.7b 6.9±0.6b 77.0±9.5a 31.3±2.8a 3.1±0.2b 4.9±0.2a 52.0b 0.0 f V(土):V(泥)=1:1 64.0c 11.9±1.0b 6.7±0.5b 40.8±8.0c 21.8±1.8b 3.0±0.1b 3.8±0.3b 34.0d 0.0 f V(泥):V(蛭)=1:1 78.0a 15.3±1.0b 6.7±0.4b 49.8±5.1c 24.7±1.3b 3.0±0.3b 4.5±0.3a 42.0d 14.0 b 蛭石 84.0a 21.9±2.0a 4.6±0.3c 48.8±5.5c 0.23±0.01 b 3.2±0.2a 4.1±0.3b 60.0a 0.0 f 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 表 5 基质及植物生长调节物质对大树萌条生根率与愈伤率的影响
Table 5. Effects of mediums and growth regulators on rooting rate, callusing rate of cutting of Mytilaria laosensis basal sprouts
处埋 生根率/% 愈伤率/% 砂 蛭石 V(土):V(泥)=1:1 砂 蛭石 V(土):V(泥)=1:1 BBT 43.8 50.0 43.8 68.8 62.5 50.0 ABT1 号 75.0 81.3 75.0 87.5 81.3 62.5 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 表 6 基质对米老排大树萌条插穗生根的影响
Table 6. Ejfects of three kinds of mediums on rooting performance of cutting of Mytilaria laosensis basal sprouts
基质 一级根数/条 最长根/cm 根质量/mg 偏根率/% 新枝质量/mg 新叶/片 新枝长/cm 砂 17.1±3.2 a 2.6±0.6 b 848.8± 165.0 b 42.7± 7.8 a 2 507.1± 351.7 a 2.3± 0.3 a 5.5± 0.7 a 蛭石 23.3± 3.1a 5.1± 0.6 a 1 900.2± 296.4 a 32.5± 7.7 a 3 029.3± 351.6 a 2.9± 0.3 a 6.8± 0.7 a V(土):V(泥)=1:1 22.8± 3.3 a 6.9± 0.6 a 2 012.7± 328.9 a 37.7± 8.0 a 3 178.6± 280.9 a 2.5± 0.3 a 4.4± 0.8 a 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 表 7 2种植物生长调节物质对萌条插穗生根的影响
Table 7. Effects of two kinds of plant growth regulators on rooting performance of basal sprouts
植物生长调节物质 根数/条 最长根/cm 根质量/mg 偏根率/% 新叶/片 新枝长/cm 新枝质量/mg ABT1 号 34.5±2.4 8.0±0.5 2 067.6±215.0 9.0±3.0 2.7±0.2 6.2±0.6 3 331.9±291.1 BBT 19.3±2.9 4.4±0.5 750.4±1 558.4 27.2±7.0 2.4±0.2 4.9±0.6 2 372.1±224.8 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 表 8 叶面施肥对米老排插穗生根的影响
Table 8. Effects of foliage dressing on rooting performance of cutting of Mytilaria laosensis
处理 生根率/ % 一级根 数/条 最长根/ cm 第1根 点/cm 根干质量/ mg 插穗质 量 >mg 新叶数/ 片 新枝质量/mg 偏根率/% 宿叶 率>% 愈伤率/ % 施肥 78.0 15.5±1.6 4.8±0.4 5.1±0.3 676.6±96.6 2.2±0.1 1.9±0.1 721.2±96.3 9.7±3.5 74.0 4.0 不施肥 52.0 7.5±1.4 2.4±0.3 2.8±0.4 266.6±59.1 1.7±0.1 1.5±0.2 648.1±109.7 33.1 ± 6.0 82.0 78.0 说明:同一指标的数值后相同字母表示没有显著差异,不同字母表示差异显著,显著水平为0.05。 -
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