大头典竹扦插过程中营养物质和氧化酶活性变化研究

凡莉莉，薛 磊，赖金莉，荣俊冬，魏建文，苏小青，郑郁善

(1.福建农林大学 林学院，福建 福州 350002； 2.福建农林大学 园林学院，福建 福州 3500023；3.福建省东山赤山国有防护林林场，福建 漳州 363000)

大头典竹(Dendrocalamopsisbeecheyana)是禾本科(Gramineae)绿竹属(Dendrocalamopsis)竹类，是我国著名的笋材两用大型丛生竹，不仅笋味鲜美，营养丰富，而且栽培存活率高，产量高，收益大。扦插作为竹子营养繁殖技术之一，具有造林保存率高、简单方便、成本低和大规模生产等特点。目前，对丛生竹扦插报道多集中扦插繁殖技术等[1-4]方面，对竹类扦插过程中营养物质和氧化酶活性研究偏少。插条生根需要大量消耗营养物质，其中碳水化合物和氮素是插条生根前维持生长的重要能源[5]；过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、吲哚乙酸氧化酶(IAAO)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性与插条不定根的形成密切相关，其活性在不定根形成期间都呈一定变化规律[6-7]。因此，本文测定大头典竹插条生根过程中营养物质、POD、PPO、IAAO和SOD活性变化，研究了生长素处理对扦插生根中营养物质和相关氧化酶活性变化的影响，初步揭示了大头典竹扦插生根机制，旨在为优化丛生竹的繁殖体系优化和规模化育苗提供可靠的技术和理论依据以及技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在福建农林大学竹类研究所，地理坐标26°05′4.35″ N，119°13′51.18″E，属于亚热带季风性气候，年平均日照数为1 700～1 980 h，年平均降水量为900～2 100 mm，年平均气温为16～20 ℃，无霜期达360 d。

1.2 试验材料与设计

实验开展于2015年11-12月，以福建省漳州市东山县赤山国有林场2 a生大头典竹的主侧枝为实验材料，选择健康，无病虫害，枝条粗壮，枝和叶色鲜绿，芽饱满的主侧枝。剪掉枝梢，保留3～4节左右主侧枝和顶部2对叶片，每片叶片剪去1/2左右以减少蒸腾作用，侧枝基部通过脱脂棉吸水保湿处理，带回福建农林大学竹类研究所进行扦插处理。用600 mg·g-1的ABT1处理浸泡插条基部，处理时间为5 min，以m(黄泥土)∶m(泥炭土)=1∶1为扦插基质，进行扦插。按照随机区组试验设计，3次重复，插条200根重复。

扦插前，用多菌灵粉2.5 g·m-2对育苗基质进行消毒，将处理好的插条垂直插入基质并压实。扦插深度为2～3节，插床进行遮光处理。最高温度控制在35 ℃以下，相对湿度保持在85%以上，每天9∶00-10∶00定时喷雾，开始生根后适当减少喷雾次数。每隔7～10 d在插床及周围喷洒800倍多菌灵溶液一次，防止病虫害。ABT1生根粉由上海伊卡生物技术有限公司生产，多菌灵粉由四川国光农业股份有限公司生产。

1.3 测定指标及方法

1.3.1生根特性 于11月初扦插，扦插0 d、7 d、14 d、21 d、28 d与35 d取样进行生根形态观察，分别记录不定根的诱导期、表达期和伸长期[8]。随机抽取插条10根·区-1·次-1，在扦插35 d后，进行插条生根率、生根指数、不定根根数、不定根平均根长和最大根长5个指标的测定，其中生根指数=生根率×平均根数×平均根长[9]。

1.3.2营养物质与酶活性测定 分别于扦插0 d、7 d、14 d、21 d、28 d与35 d取样，随机抽取插条20根·区-1·次-1，3次重复。取样方法：取出插条将其冰浴，剥取枝蔸中部嫩芽，剪碎后，用液氮冷冻研磨，至于超低温冰箱中保存用于相关生理生化指标测定。

采用蒽酮比色法[10]测定可溶性糖；采用G-250考马斯亮蓝染色法[11]测定可溶性蛋白；采用活性愈创木酚比色法[11]测定POD；采用邻苯二酚比色法[12]测定IAAO；采用南京建成试剂盒测定PPO和SOD。

1.4 数据处理

采用Excel 2010进行数据处理，用SPSS 19.0进行one-way ANOVA方差分析，在α=0.05和α=0.01水平下进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 大头典竹插条生根的形态特征

在处理0～14 d大头典竹插条切口附近表皮凸起露出乳白色的根原基，不定根原基开始萌发，此阶段为根原基诱导时期；14～21 d，插条基部的根原基继续发育产生白色芽状不定根，并且切口附近表皮多处隆起，此阶段为根原基表达时期；21～35 d，插条上不定根数量增多，根系进一步伸长生长并出现明显分层结构，不定根基部逐渐变成褐色，木质化程度升高，此阶段为根原基伸长时期(图1)。35 d后，处理插条的生根数量和生长形态基本稳定，并进行生根指标全面调查，ABT1处理插条生根率最高可达69.84%、生根指数为88；生根插条不定根根数范围为8～21条，平均根数为14条；不定根平均根长为9 cm，最大根长为15 cm。根据生根性状方差分析可知，ABT1对生根性状的5个指标均有差异显著性影响(P<0.05)。根据插条扦插生根部位和生根时间观察，插条的切口处没有发生明显变化，因此大头典竹扦插生根属于潜伏不定根原基生根型。

a.0～14 d，诱导阶段；b.14～21 d，表达阶段；c.21～35 d，伸长阶段。图1 大头典竹生根过程Fig.1 Rooting process of D. beecheyana

2.2 大头典竹插条生根过程中营养物质变化

2.2.1可溶性糖的变化 大头典竹插条生根过程中，可溶性糖总体呈“下降-上升-下降”波动下降的变化趋势(图2)。在诱导期(0～14 d)，可溶性糖下降；在表达期(14～21d)，其质量分数升高，并在第21 d时达到小高峰，比扦插(0 d)可溶性蛋白增加了33%。伸长期(21 d)后，其质量分数又降低。方差分析表明，不同扦插天数之间可溶性糖质量分数差异不显著(P>0.05)。

插条在扦插初期，由于进行细胞分裂，呼吸强度增大，代谢旺盛，需要消耗大量的能量，因此初期可溶性糖会下降。但随着插条抽枝展叶，叶片不断合成光合产物及体内淀粉的降解[13]，供给生根营养物质，插条内可溶性糖会升高。

2.2.2可溶性蛋白的变化 在插条生根过程中，可溶性蛋白呈“上升-下降-上升”的变化趋势(图3)。在诱导期和表达期(0～21 d)，可溶性蛋白持续上升，伸长期(21 d)后，其质量分数呈先下降后升高的变化趋势，其中在第35 d时达到整个生根过程中可溶性蛋白的最高值，比扦插(0 d)可溶性蛋白增加了33%。方差分析表明，不同生根时期可溶性蛋白质量分数差异不显著(P>0.05)。大头典竹插条扦插初期可溶性蛋白呈现上升趋势，说明ABT1的处理加速了插条内可溶性蛋白的积累；在伸长期，大头典竹插条由于需要消耗可溶性蛋白用以产生不定根[14]，导致插条内可溶性蛋白逐渐下降。

图2 扦插生根过程中可溶性糖变化Fig.2 Soluble sugar content during rooting of D. beecheyana cuttings

图3 扦插生根过程中可溶性蛋白变化Fig.3 Soluble protein content during rooting of D. beecheyana cuttings

2.3 扦插生根过程中相关氧化酶活性变化

2.3.1POD活性变化 在大头典竹插条生根过程中，POD活性呈现“升高-降低-升高-降低”的规律性变化趋势(图4)，且变化幅度大：在根原基诱导期(0～7 d)，在第7天左右达到第1个峰值，比扦插(0 d)POD活性增加了44%；在不定根表达期(14～21 d)，迅速下降；在不定根伸长期(21～35 d)，急剧上升和下降，在第28天左右达到第2个峰值，比扦插(0 d)POD增加了59%。经方差分析，不同扦插天数之间POD活性变化极显著差异(P<0.01)。在不定根诱导时期，POD活性升高是生根能力的标志[15-16]，有利于根原基的发育和不定根的诱导。而且POD 是参与木质素合成的关键酶之一[17]，其活性的升高有助于合成木质素，而根的木质化需要大量木质素，在不定根诱导期和表达期时，大头典竹插条内POD均呈升高趋势。

2.3.2IAAO活性变化 插条生根不同时期的IAAO活性变化呈现一定规律性(图5)：在根诱导时期(0～14 d)，活性缓慢升高；在表达期(14～21 d)，急剧升高，在第21天左右达到峰值，比扦插(0 d)IAAO活性增加了185.61%；在伸长期(21～35 d)，迅速下降。经方差分析，不同扦插天数之间IAAO活性变化也达到极显著差异(P<0.01)。IAA在插条生根过程中有着重要作用[18]，而IAAO可以氧化IAA，控制插条内IAA[19-20]，因此IAAO活性的高低是插条生根难易的标志之一。在根的诱导期和表达期，IAAO活性升高，有利于诱导生根。在伸长期，IAAO活性急剧下降，IAA水平升高，从而促进根的伸长。

2.3.3PPO活性变化 在扦插生根过程中，PPO活性呈现规律性变化(图6)：在根原基诱导时期(0～14 d)，PPO活性逐渐升高，在第7天左右达到峰值，比扦插(0 d)IAAO活性增加了101.97%；在表达期(14～21 d)，PPO活性相继下降；在伸长期(21～35 d)，PPO活性略有上升。方差分析表明不同扦插天数之间达到极显著差异(P<0.01)。PPO酶有利于催化酚类物质与IAA缩合而形成一种“IAA-酚酸复合物”的生根辅助因子[21-22]。在诱导期，大头典竹插条内PPO呈快速上升趋势，说明此阶段PPO活性的增加参与合成大量生根辅助因子，有利于根原基的发育和不定根的诱导。表达期，PPO下降，能够减少IAA的消耗，IAA得到积累，促进不定根的表达和伸长。

2.3.4SOD活性变化 在扦插过程中，大头典竹插条内SOD活性总体呈上升趋势(图7)。在不定根原基诱导期(0～14 d)和表达期(14～21 d)，SOD活性逐渐增强；在不定根伸长初期(21～28 d)，SOD略有下降。方差分析表明不同扦插天数之间达到极显著差异(P<0.01)。SOD具有清除超氧自由基的重要作用[23]，在诱导期和表达期，大头典竹插条内部的营养物质和超氧阴离子大量积累，从而使SOD活性增强。在伸长期初期，随着不定根逐渐成形，逆境状态逐渐缓和导致SOD活性略有所下降。总体上，大头典竹插条内SOD活性维持在较高水平，有利于维持插条活力。

图4 扦插生根过程中POD活性变化Fig.4 POD activity during rooting of D. beecheyana cuttings

图5 扦插生根过程中IAAO活性变化Fig.5 IAAO activity during rooting of D. beecheyana cuttings

图6 扦插生根过程中PPO活性变化Fig.6 PPO activity during rooting of D. beecheyana cuttings

图7 扦插生根过程中SOD活性变化Fig.7 SOD activity during rooting of D. beecheyana cuttings

3 结论与讨论

ABT1处理的大头典竹插条扦插生根率最高可达69.84%，根据生根特点，可以不定根的形成划分为诱导阶段(0～14 d)、表达阶段(14～21 d)和伸长阶段(21～35 d)3个阶段，这与光叶榉[24](Zelkovaserrata)的扦插生根的划分阶段相一致。

植物扦插生长利用的主要营养物质是可溶性糖和可溶性蛋白。在大头典竹扦插过程中，可溶性糖和可溶性蛋白有明显升降变化，它们变化的转折点与插条生根过程关系密切，证明扦插生根是消耗营养物质的过程，这与姜志强[25]和张忠微等对扦插过程中营养物质变化的研究一致。

POD活性在整个扦插生根过程中有明显升降变化，其活性的升高，破坏、分解某些抑制生根的物质，或者利用抑制生根物质合成转化为促进生根的复合物[14,27]，从而极大地提高扦插生根率。并且在扦插过程中，POD活性有2个峰值出现，这与以往研究结果一致[28-30]。

IAAO活性在不定根的诱导和形成时期明显增加，高活性的IAAO活性用来减少IAA质量分数，符合低质量分数IAA有利于诱导生根的观点[30]。之后，IAAO活性急剧下降，IAA水平升高，符合高质量分数IAA有利于促进伸长，这与扈红军等[9]对榛子(Corylusheterophylla)扦插生根过程中氧化酶活性变化研究一致。

PPO活性在不定根诱导时期逐渐增加，催化形成的“IAA-酚酸复合物”相应增多，有利于根原基的发育和不定根的诱导，这与王瑞等[31]对油茶(Camelliaoleifera)的研究结论一致。同时，PPO也是一种能够反映植物抗性的酶，当植物受到外界胁迫时，PPO活性升高[32]。在大头典竹侧枝扦插初期，插条处于生长旺季，代谢旺盛，PPO活性增强，而高活性的PPO可以促使插条形成良好的自我保护机制。

植物在逆境胁迫时，POD和SOD可以协同作用维持自由基水平，使插条有一定的逆境抗性，维持插条的活力，体现了植物对逆境胁迫的响应。在扦插初期，当插条离开母株时，处于逆境生长，超氧阴离子自由基增加，此时SOD活性上升。当生根进入不定根表达与伸长期，逆境解除， SOD逐渐恢复正常状态，这一部分研究与赵云龙[3]对糙叶杜鹃(Rhododendronscabrifolium)SOD活性变化趋势研究一致。

综上所述，大头典竹扦插生根与营养物质和氧化酶活性变化密切相关。在整个扦插生根过程中，可溶性糖和可溶性蛋白质量分数、POD、IAAO、PPO和SOD活性都呈规律性变化，并且与不定根形成各个阶段的形态发生密切相关。在不同扦插天数之间，POD、IAAO、PPO和SOD活性变化极为显著，说明ABT1处理对氧化酶活性影响显著，从而能够促进细胞的脱分化，产生愈伤组织，提高生根率。