張新宇，李慶國(guó)，徐金光，王華田，董玉峰*

(1.山東省高校森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安 271018；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，山東 泰安 271018；3.山東省林業(yè)科學(xué)研究院 山東省林木遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250014)

生物磁學(xué)(biomagnetism)是一門生物學(xué)和磁學(xué)相互交叉滲透的新興學(xué)科，它研究外磁場(chǎng)對(duì)生物的影響及生命活動(dòng)與生物磁性關(guān)系[1]。生物磁學(xué)涉及面廣泛，不僅與醫(yī)學(xué)、生物工程領(lǐng)域有密切的聯(lián)系，而且在環(huán)保、食品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。隨著生物磁學(xué)的快速發(fā)展，磁化處理在農(nóng)林生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)外各專家的重視，有關(guān)磁化處理對(duì)植物生長(zhǎng)影響的研究也在增多[2-3]。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)磁化處理能夠促進(jìn)植物種子萌發(fā)及植物細(xì)胞分裂，提高作物產(chǎn)量，影響植物的生理生化反應(yīng)[4-5]。目前，關(guān)于磁化處理對(duì)木本植物扦插生根的研究較少，對(duì)于促進(jìn)木本植物的生根，根系生長(zhǎng)發(fā)育和扦插苗生長(zhǎng)等方面，還需要進(jìn)行更加深入的研究[1]。

楸樹(shù)(Catalpabungei) 作為我國(guó)的鄉(xiāng)土樹(shù)種，屬于紫葳科梓樹(shù)屬，廣泛分布于長(zhǎng)江流域和黃河流域[6]。楸樹(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、木材質(zhì)量好、應(yīng)用價(jià)值廣，是優(yōu)良建筑、家居室內(nèi)裝修用材和優(yōu)良的庭園綠化樹(shù)種[7]。楸樹(shù)分布范圍廣泛，適應(yīng)性較強(qiáng)，造林成活率高，生長(zhǎng)快[8-9]。但是由于其結(jié)實(shí)出種率低且種子發(fā)芽率低，造成楸樹(shù)實(shí)生繁育困難。常規(guī)的繁殖方法難以滿足生產(chǎn)對(duì)于良種苗木的需求，苗木成本提高。在楸樹(shù)無(wú)性繁殖方面，嫁接繁殖成本高，埋根繁殖由于繁殖材料少制約了繁殖的規(guī)模[10]。本文采用磁化技術(shù)處理楸樹(shù)嫩枝插穗，探究磁化處理技術(shù)在難生根木本植物扦插育苗中的作用效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以楸樹(shù)作為試驗(yàn)材料，采自山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)試驗(yàn)站3年生采穗圃。2016年8月下旬，采取生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲害的嫩枝作為插穗，剪取插穗粗度約1.2 cm，長(zhǎng)度約12 cm，將插穗芽上留約1 cm，上切口為平口，下切口剪成馬耳形，切口應(yīng)平滑。保留2片半葉，放在流水下沖洗12 h后用0.1%高錳酸鉀溶液中消毒30 min，在濃度為750 mg·L-1的吲哚丁酸(IBA)溶液中浸泡插穗基部5 min后扦插。選用珍珠巖、蛭石及草炭土做基質(zhì)，以1∶1∶1比例混合均勻；在扦插前10 d，用濃度為40%左右的甲醛溶液稀釋100倍，噴灑基質(zhì)消毒，覆膜3 d后揭開(kāi)，待藥劑揮發(fā)完全后扦插。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)智能溫濕度控制大棚內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，分別為對(duì)照組(CK，普通自來(lái)水噴淋)、磁化水噴淋(MW)+磁化毯(MR)、磁化水噴淋(MW)、磁化毯(MR)，3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)200株插穗。其中：1)噴淋處理：自來(lái)水通過(guò)磁化水處理器(PP-25-ADS-600，磁場(chǎng)強(qiáng)度600 T，6 m3·h-1，Φ25 mm)處理成磁化水，對(duì)插床進(jìn)行噴淋處理；2)磁化毯處理：將磁場(chǎng)強(qiáng)度為300 T的磁化毯鋪設(shè)在基質(zhì)深度為25 cm的位置，插穗基部高于磁化毯5 cm。扦插棚自動(dòng)控制噴淋，噴頭為十字霧化噴頭(KL3073)，棚內(nèi)相對(duì)濕度控制在90%左右，溫度控制在25～27℃。楸樹(shù)扦插后采樣時(shí)間為每5 d 1次，隨機(jī)抽樣10株扦插苗，對(duì)楸樹(shù)嫩枝插穗的生長(zhǎng)狀況及生根進(jìn)程進(jìn)行觀察記錄。扦插50 d左右，調(diào)查所有處理插穗的生根率、新梢及葉片生長(zhǎng)量、根系特征及生長(zhǎng)量。

1.3 測(cè)定分析方法

扦插后50 d，將所有扦插苗整株取出，分別測(cè)定根系、葉片及新梢生長(zhǎng)量，統(tǒng)計(jì)插穗生根率。采用隨機(jī)取樣的方法，用去離子水沖洗根系，采用Pregitzer[11]等的方法將完整的根系進(jìn)行根系分級(jí)，即根系最外側(cè)的根系為一級(jí)根，母根定為二級(jí)根，二級(jí)根的母根則為三級(jí)根。分別用根系分析儀winrhizo(德國(guó))測(cè)定各級(jí)根系的直徑、表面積、長(zhǎng)度、體積，并計(jì)算插穗根系效果指數(shù)[12]。

楸樹(shù)扦插后每隔5 d取樣1次，并觀察生根進(jìn)程，于第50天進(jìn)行生根全面調(diào)查，統(tǒng)計(jì)生根率、根系平均粗度與長(zhǎng)度、新梢基徑、新梢粗度、葉片面積、葉片數(shù)量，計(jì)算根系效果指數(shù)。

根系效果指數(shù)(I)按下面公式計(jì)算：

I=(L×M×R)/N

式中：L-平均根長(zhǎng)；M為根系數(shù)量；R為生根率；N為生根插穗數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

方差分析需參照Swamy的方法[13]對(duì)百分率數(shù)值進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換，利用統(tǒng)計(jì)軟件Origin75和SAS9.2分析數(shù)據(jù)，通過(guò)鄧肯多重比較法(Duncan’s multiplerange)進(jìn)行差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 磁化處理對(duì)根系生長(zhǎng)和扦插生根的影響

由表1可見(jiàn)，所有處理的插穗在扦插后20 d時(shí)插穗基部已出現(xiàn)不定根，MW+MR處理的插穗在扦插后15 d時(shí)出現(xiàn)不定根，MR及MW處理在插穗扦插20 d時(shí)出現(xiàn)不定根，但比對(duì)照組仍早5 d。研究發(fā)現(xiàn)，不同處理楸樹(shù)插穗生根率均<70%，其中MW+MR處理效果最好，生根率最高，達(dá)68.6%，其次為MR及MW處理，生根率為56.1%、51.4%，3個(gè)磁化處理楸樹(shù)嫩枝扦插生根率分別比CK高38.9%、26.4%和21.7%，差異性顯著(P<0.05)。不同處理根系含水量差異極顯著(P<0.01)，MW+MR處理根系含水量比CK高0.517 g，MR比CK高0.283 g，MW比CK高0.274 g。不同磁化處理根系效果指數(shù)的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，MW+MR處理、MW處理及MR處理插穗根系效果指數(shù)均極顯著高于CK，分別較對(duì)照高43.76、89.00、98.02。由此可知，MW+MR、MR、MW處理的生根率、根干質(zhì)量、根含水量以及根系效果指數(shù)均高于CK，其中MW+MR處理的生根率、根含水量、根干質(zhì)量以及根系效果指數(shù)高于MR及MW處理，說(shuō)明磁化處理能夠促進(jìn)插穗生根，其中以MW+MR處理效果更好。

表1 楸樹(shù)扦插后不定根出現(xiàn)期、根系生物量、生根率和根系效果指數(shù)的比較

2.2 磁化處理對(duì)新梢及葉片生長(zhǎng)的影響

由圖1可見(jiàn)，磁化處理在楸樹(shù)嫩枝扦插苗的葉片和新梢生長(zhǎng)方面有促進(jìn)作用。不同處理新梢平均基徑差異顯著(P<0.01)，MR+MW處理新梢平均基徑為0.25 cm，MR及MW處理新梢基徑分別為0.22 cm、0.21 cm，CK新梢平均基徑為0.17 cm。MW+MR、MR、MW 3個(gè)處理新梢平均長(zhǎng)度分別為0.64、0.54 cm和0.41 cm。CK新梢平均長(zhǎng)度為0.31 cm，MW處理極顯著(P<0.01)高于CK，MW+MR處理顯著(P<0.05)高于MR處理、MW處理及CK。MW+MR處理葉片數(shù)量及面積最高，分別為8.7片和8.830 cm2，其次為MR，分別為6.1片和5.829 cm2，MW葉片數(shù)量及面積分別為4.9片和4.982 cm2，CK葉片數(shù)量及面積最低，分別為2.8片和2.896 cm2，MW+MR處理葉片數(shù)量及葉片面積高于MR及MW處理，差異顯著(P<0.05)，MR及MW處理葉片數(shù)量及葉片面積均高于CK，差異極顯著(P<0.01)。

圖1 不同處理對(duì)新梢基徑(A)、長(zhǎng)度(B)、葉片數(shù)量(C)、葉面積(D)的影響

2.3 不同處理插穗根系形態(tài)參數(shù)的對(duì)比

由圖2可知，MW+MR、MR、MW處理一級(jí)根系直徑、長(zhǎng)度、體積均極顯著高于CK，MW+MR處理均顯著高于MR及MW處理，而MR及MW處理的對(duì)于根序細(xì)根長(zhǎng)度、直徑、表面積、體積的影響沒(méi)有規(guī)律性，不同磁化處理楸樹(shù)嫩枝扦插苗根系形態(tài)參數(shù)差異性較大。MW+MR處理的二級(jí)根系直徑、長(zhǎng)度、體積、表面積均極顯著高于MR、MW及CK。MR處理二級(jí)根直徑、長(zhǎng)度、體積、表面積均極顯著高于MW處理。CK二級(jí)根系長(zhǎng)度及根系體積均高于MW處理，可能是由于CK根系只能分為2級(jí)，而MW+MR、MR及MW 3個(gè)處理根系可以分為3級(jí)，說(shuō)明磁場(chǎng)環(huán)境對(duì)生根及根系發(fā)育有促進(jìn)作用，這與其高于CK的生根成活率是一致的。在三級(jí)根的比較中，則不呈現(xiàn)明顯的規(guī)律。

圖2 不同處理根系長(zhǎng)度(E)、表面積(F)、直徑(G)、體積(H)的比較

3 結(jié)論與討論

磁化處理對(duì)縮短楸樹(shù)扦插苗生根時(shí)間以及對(duì)提升扦插成活率及根系質(zhì)量有較大影響。不同磁化處理對(duì)于楸樹(shù)嫩枝扦插的影響存在較大差異。磁場(chǎng)環(huán)境下重瓣黃刺玫酶的活性和內(nèi)源激素含量發(fā)生變化，對(duì)愈傷組織及生根基因表達(dá)具有有利的影響，從而促進(jìn)重瓣黃刺玫插穗產(chǎn)生不定根[14]。磁化水對(duì)水培水稻和小麥的次生根分化具有重要影響，其對(duì)于水分及礦質(zhì)元素的吸收效率也大大提高[15]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同磁化處理均能提高楸樹(shù)嫩枝扦插的生根率，其中磁化水與磁化毯組合處理效果最好，生根率達(dá)到68.6%，其次為磁化毯處理和磁化水處理。磁化處理后楸樹(shù)一級(jí)根系形態(tài)參數(shù)顯著高于對(duì)照處理，可能是由于磁場(chǎng)環(huán)境下植物的酶活性及某條生長(zhǎng)代謝途徑被激活，從而對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育及生根具有重要的促進(jìn)作用。

本研究發(fā)現(xiàn)，磁化處理能夠促進(jìn)楸樹(shù)扦插苗生根，增加其根系數(shù)量。磁化處理對(duì)插穗根系形態(tài)及插穗新梢生長(zhǎng)有顯著影響，根系長(zhǎng)度、直徑、表面積和體積增大，新梢粗壯，磁化處理促進(jìn)插穗生物量的積累。有研究發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)環(huán)境下，水的物理效應(yīng)發(fā)生變化導(dǎo)致插穗對(duì)水分的吸收能力增大[14]，從而對(duì)植物的產(chǎn)量、生物量及生長(zhǎng)發(fā)育有顯著的影響。磁場(chǎng)環(huán)境下，水稻單叢莖蘗數(shù)及最高苗數(shù)提高，從而提高水稻有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率[16]。磁化水灌溉能夠促進(jìn)蠶豆、小麥等的地上部分生長(zhǎng)和干物質(zhì)積累，提高作物產(chǎn)量[17-18]。磁化水浸種能夠提高帝王西瓜種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)[4]。但是也有研究表明磁化水不具有促進(jìn)小麥種子萌發(fā)和早期生長(zhǎng)的生物學(xué)效應(yīng)。磁化處理對(duì)鷹嘴豆(Cicerarietinum)的生物產(chǎn)量、秸稈量及種實(shí)量的提高也有顯著的促進(jìn)作用[19]。

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)楸樹(shù)生物量指標(biāo)及根系生長(zhǎng)的測(cè)定分析可知，磁場(chǎng)環(huán)境下對(duì)插穗不定根形成有促進(jìn)作用，插穗生長(zhǎng)和生物量積累、楸樹(shù)扦插生根率得到有效提高。但是有相關(guān)研究表明，不同磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)植物的影響不同，有些磁強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生抑制作用，可能是由于某些關(guān)聯(lián)酶活性在磁場(chǎng)環(huán)境下被抑制，活性發(fā)生改變導(dǎo)致[20]。此外，磁場(chǎng)頻率也成為磁化處理作用于植物的限制因素，所以磁化處理對(duì)于植物的生長(zhǎng)是由多種機(jī)制共同作用決定的。磁化作用機(jī)制在農(nóng)林產(chǎn)業(yè)中的技術(shù)參數(shù)還未確定，在這一技術(shù)推廣前，應(yīng)了解磁化作用的條件和范圍以及磁化作用機(jī)制，進(jìn)一步探究磁化作用在生物領(lǐng)域的作用機(jī)制，獲得最佳的處理技術(shù)，促進(jìn)磁化技術(shù)在農(nóng)林領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。