循环复幼对水曲柳生长繁殖及生理的影响

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2024.05.009

摘要/Abstract

摘要：

为解决水曲柳（Fraxinus mandshurica）因年龄效应而导致的插穗生根能力在3年生后显著下降的问题，以4年生水曲柳实生苗为研究对象，探究循环扦插复幼对克服年龄效应的作用，尤其是循环次数和截干处理2个关键因素对水曲柳萌蘖、生长和扦插生根的影响，以及循环复幼过程中水曲柳的生理变化。结果表明：循环复幼次数的增加和截干处理都能提高水曲柳的复幼程度，呈现萌生枝数量增加、枝条细化、茎节缩短的特征，同时显著提高扦插再生能力。在循环复幼次数达到3次且叠加截干处理时，与未循环复幼相比萌枝数量提高了6.56倍，生根率提高了7.44倍。循环复幼1~3次，植株生长素吲哚乙酸（IAA）、细胞分裂素（CTK）水平提高，赤霉素（GA₃）水平在第3次时才显著提升，而脱落酸（ABA）水平呈逐渐下降趋势；循环复幼后植株中过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性降低，丙二醛（MDA）和可溶性糖含量减少。这些生理指标变化都与植株幼化状态相符。可见，循环复幼可有效恢复幼化状态，诱导水曲柳形成较高IAA、GA₃和较低ABA水平的萌枝，同时降低了抗氧化酶活性、MDA与可溶性糖含量，有利于实现水曲柳复幼，从而提高扦插生根率，实现水曲柳良种的快速高效无性繁殖。

关键词: 水曲柳, 复幼, 扦插, 激素, 抗氧化酶活性, 可溶性糖含量

Abstract:

To address the problem of the rooting ability of Fraxinus mandshurica cuttings significantly decreasing after three years due to age effect， four-year-old F. mandshurica seedlings were used to investigate the role of cycle rejuvenation through cuttings in overcoming age effect in this study. The impact of the number of cycles and topping treatment on the sprouting， growth， and rooting of F. mandshurica cuttings， as well as the physiological changes during its rejuvenation process were examined. The results showed that the measurement of increasing the number of rejuvenation cycles and topping treatment both enhanced the degree of rejuvenation in F. mandshurica， which were characterized by an increased number of sprouted branches， finer branches， and shorter internodes， while significantly improved the regeneration ability of the cuttings. When the number of rejuvenation cycles reached three and was combined with topping treatment， the number of sprouted branches increased by 6.56 times， and the rooting rate increased by 7.44 times compared to non-rejuvenated treatment. During one to three rejuvenation cycles， the indole acetic acid（IAA） and cytokinin（CTK） levels in the plants increased， the gibberellin（GA₃） levels significantly increased only at the third cycle， and the abscisic acid （ABA） levels decreased gradually. After rejuvenation， the activities of catalase（CAT）， peroxidase（POD）， and superoxide dismutase（SOD） and the contents of malondialdehyde（MDA） and soluble sugars decreased in the regenerated plants. These physiological changes were consistent with the juvenile state of the plants. Cycle rejuvenation can effectively restore the juvenile state， induce the formation of sprouts with higher IAA and GA₃ levels and lower ABA levels， and simultaneously reduce the oxidative state and soluble sugar content in F. mandshurica. These changes are beneficial for achieving rejuvenation of F. mandshurica， thereby increasing the rooting rate of F. mandshurica cuttings and enabling rapid and efficient clonal propagation of superior F. mandshurica varieties.

Key words: Fraxinus mandshurica, rejuvenation, cutting propagation, hormones, antioxidant enzyme activity, soluble sugar content

中图分类号:

Q945.4

彭广州, 刘建飞, 王巧欣, 付可琢, 张烨, 张晨曦, 詹亚光. 循环复幼对水曲柳生长繁殖及生理的影响[J]. 植物研究, 2024, 44(5): 721-729.

Guangzhou PENG, Jianfei LIU, Qiaoxin WANG, Kezhuo FU, Ye ZHANG, Chenxi ZHANG, Yaguang ZHAN. Effects of Cycle Rejuvenation on Growth, Reproduction and Physiology of Fraxinus mandshurica[J]. Bulletin of Botanical Research, 2024, 44(5): 721-729.

图/表 6

图1

图2

图3

图4

图5

图6

参考文献 31

1	He L， Yan J， Lu H，et al.Phenotypic differences of leaves and transcriptome analysis of Fraxinus mandshurica×Fraxinus sogdiana F₁ variety［J］.Forests，2023，14（8）：1554.
2	吕义品.水曲柳×大叶白蜡F₁杂种优势分析及抗旱优势形成分子机制研究［D］.哈尔滨：东北林业大学，2022.
	LÜ Y P.Study on the genetic basis of excellent F₁ hybrids and drought resistance heterosis of Fraxinus mandshurica×Fraxinus rhynchophylla ［D］.Harbin：Northeast Forestry University，2022.
3	崔靖弘.水曲柳种间杂交新品种微繁技术建立及繁殖优势分子机制研究［D］.哈尔滨：东北林业大学，2022.
	CUI J H.Establishment of micropropagation technique and study on molecular mechanism of reproductive advantage of a new interspecific hybrid variety of Fraxinus mandshurica ［D］.Harbin：Northeast Forestry University，2022.
4	梁楠松.水曲柳FmTCP2和FmTCP15参与叶发育与干旱耐受性的功能分析［D］.哈尔滨：东北林业大学，2021.
	LIANG N S.The function of FmTCP2 and FmTCP15 in leaf development and drought tolerance in Fraxinus mandshurica ［D］.Harbin：Northeast Forestry University，2021.
5	赵兴堂.水曲柳种源生长和碳性状变异规律与良种选育及高固碳分子机制研究［D］.哈尔滨：东北林业大学，2021.
	ZHAO X T.Study on the variation law of growth and carbon traits and breeding of improved varieties and high carbon sequestration molecular mechanism of Fraxinus mandshurica provenance［D］.Harbin：Northeast Forestry University，2021.
6	刘林.水曲柳快速繁殖体系及下胚轴遗传转化体系的建立［D］.哈尔滨：东北林业大学，2021.
	LIU L.Establishment of rapid propagation system and hypocotyl genetic transformation system of Fraxinus mandshurica Rupr.［D］.Harbin：Northeast Forestry University，2021.
7	DANTHU P， HANE B， SAGNA P，et al.Restoration of rooting competence in mature Faidherbia albida，a Sahelian leguminous tree，through serial root sucker micrografting［J］.New Forests，2002，24（3）：239-244.
8	GREENWOOD M S， DAY M E， SCHATZ J.Separating the effects of tree size and meristem maturation on shoot development of grafted scions of red spruce （Picea rubens Sarg.）［J］.Tree Physiology，2010，30（4）：459-468.
9	KRETZSCHMAR U， EWALD D.Vegetative propagation of 140-year-old Larix decidua trees by different in-vitro-techniques［J］.Journal of Plant Physiology，1994，144（4/5）：627-630.
10	MOON H K， YI J S.Cutting propagation of Quercus acutissima clones after rejuvenation through serial grafting［J］.Annales Des Sciences Forestières，1993，50（Sup.）：314s-318s.
11	MOORE B， ZHOU L， ROLLAND F，et al.Role of the Arabidopsis glucose sensor HXK1 in nutrient，light，and hormonal signaling［J］.Science，2003，300（5617）：332-336.
12	WANG J W， CZECH B， WEIGEL D.miR156-regulated SPL transcription factors define an endogenous flowering pathway in Arabidopsis thaliana ［J］.Cell，2009，138（4）：738-749.
13	WU G， PARK M Y， CONWAY S R，et al.The sequential action of miR156 and miR172 regulates developmental timing in Arabidopsis ［J］.Cell，2009，138（4）：750-759.
14	YANG L， XU M L，KOO Y，et al.Sugar promotes vegetative phase change in Arabidopsis thaliana by repressing the expression of MIR156A and MIR156C［J］.eLife，2013，2：e00260.
15	YU S， CAO L， ZHOU C M，et al.Sugar is an endogenous cue for juvenile-to-adult phase transition in plants［J］.eLife，2013，2：e00269.
16	裴东，谷瑞升.树木复幼的研究概述［J］.植物学通报，2005，22（6）：753-760.
	PEI D， GU R S.A review on the rejuvenation of mature trees［J］.Chinese Bulletin of Botany，2005，22（6）：753-760.
17	BONGA J M， DURZAN D J.Cell and tissue culture in forestry：Vol.2［M］.Dordrecht：Martinus Nijhoff Publishers，1987：24-26.
18	PIERIK R L M.Vegetative propagation［M］//PIERIK R L M.In Vitro Culture of Higher Plants.Dordrecht：Springer Netherlands，1997：183-230.
19	PREECE J E.A century of progress with vegetative plant propagation［J］.HortScience，2003，38（5）：1015-1025.
20	宋晓波.复幼提高核桃不定根发生能力的多基因作用机制［D］.北京：北京林业大学，2016.
	SONG X B.Role of multi-genes during rooting promoting by rejuvenation in the adventitious rooting of walnut［D］.Beijing：Beijing Forestry University，2016.
21	郜伟，周文丽，崔瑞瑞，等.组培复幼对珠美海棠生理及组织结构的影响［J］.天津农学院学报，2019，26（3）：47-50.
	GAO W， ZHOU W L， CUI R R，et al.Effects of rejuvenation on physiology and histological structure of Malus zumi by tissue culture［J］.Journal of Tianjin Agricultural University，2019，26（3）：47-50.
22	IKEUCHI M， OGAWA Y， IWASE A，et al.Plant regeneration：cellular origins and molecular mechanisms［J］.Development，2016，143（9）：1442-1451.
23	XU J， HOFHUIS H， HEIDSTRA R，et al.A molecular framework for plant regeneration［J］.Science，2006， 311（5759）：385-388.
24	张亚男，刘勇，贺国鑫，等.植物生长调节剂对毛梾嫩枝扦插生根及内源激素含量的影响［J］.西北林学院学报，2021，36（6）：92-99.
	ZHANG Y N， LIU Y， HE G X，et al.Effects of plant growth regulators on rooting and endogenous hormones content of Cornus walteri softwood cuttings［J］.Journal of Northwest Forestry University，2021，36（6）：92-99.
25	王奕达，周旺，陈锦锦，等.不同浓度NAA对彩叶芋水培扦插繁殖的影响［J］.湖北农业科学，2022，61（4）：81-84.
	WANG Y D， ZHOU W， CHEN J J，et al.Effects of different concentrations of NAA on cutting propagation of Caladium bicolosr under hydroponics［J］.Hubei Agricultural Sciences，2022，61（4）：81-84.
26	XIAO Z F， JI N， ZHANG X Z，et al.The lose of juvenility elicits adventitious rooting recalcitrance in apple rootstocks［J］.Plant Cell，Tissue and Organ Culture，2014，119（1）：51-63.
27	TITON M， XAVIER A， OTONI W C，et al.Efeito do AIB no enraizamento de miniestacas e microestacas de clones de Eucalyptus grandis W.Hill ex Maiden［J］.Revista Árvore，2003，27（1）：1-7.
28	TITON M， XAVIER A， OTONI W C.Clonal propagation of Eucalyptus grandis using the mini-cutting and micro-cutting techniques［J］.Scientia Forestalis，2006，71：109-117.
29	BHATIA S， SINGH R.Interconversion of free sugars in relation to activities of enzymes catalyzing synthesis and cleavage of sucrose in growing stem tissues of sorghum［J］.Indian Journal of Experimental Biology，2001，39（10）：1035-1040.
30	WANG S Q， YANG S， JAKADA B H，et al.Transcriptomics reveal the involvement of reactive oxygen species production and sequestration during stigma development and pollination in Fraxinus mandshurica ［J］.Forestry Research，2024，4（1）：e014.
31	YU S， LIAN H， WANG J W.Plant developmental transitions：the role of microRNAs and sugars［J］.Current Opinion in Plant Biology，2015，27：1-7.

[1]	刘婷, 李明月, 朱美如, 辛昊, 董博文, 张鹏. 不同水曲柳无性系种子休眠差异[J]. 植物研究, 2024, 44(5): 711-720.
[2]	任艳君, 郭晓瑞, 于子煊, 吴可心, 孙宇, 陈宁, 油乔木, 邢凯鑫. 变温层积不同阶段刺五加种子萌发生理及代谢特点[J]. 植物研究, 2024, 44(4): 576-589.
[3]	郭冰冰, 刘明洋, 代龙军, 杨洪, 王立丰. 植物激素调控橡胶树产排胶机制研究进展[J]. 植物研究, 2024, 44(2): 161-167.
[4]	刘玮, 朱自强. 植物根部热形态建成的研究进展[J]. 植物研究, 2024, 44(1): 1-7.
[5]	单超然, 陈晓慧, 丁云飞, 赵威, 卢晗, 高尚珠, 齐凤慧, 詹亚光, 曾凡锁. 水曲柳FmCCoAOMT基因在木质素合成及非生物胁迫中的功能分析[J]. 植物研究, 2023, 43(5): 768-778.
[6]	常二梅, 董遥, 刘建锋, 贾子瑞, 李香, 赵秀莲, 郭伟. 不同树龄侧柏古树扦插生根过程中的生理响应[J]. 植物研究, 2023, 43(4): 582-590.
[7]	任悦, 魏骋, 徐添添, 沈海龙, 杨玲. 超低温保存处理对水曲柳胚胎生理生化特征的影响[J]. 植物研究, 2023, 43(3): 396-403.
[8]	申晨静, 武文博, 耿露冉, 王福龙, 赵鹏舟, 宋金辉, 詹亚光, 尹静. 水杨酸、纳米氧化锌和促生真菌YZ13-1在水曲柳抵御干旱胁迫中的调控作用[J]. 植物研究, 2023, 43(3): 388-395.
[9]	矫春晶, 李明月, 张鹏. 外源激素浸种与渗透处理对水曲柳种子热休眠的作用[J]. 植物研究, 2023, 43(3): 370-378.
[10]	裘喻平, 王益川, 郭红卫. 植物根毛发育调控机制的研究进展[J]. 植物研究, 2023, 43(3): 321-332.
[11]	刘建新, 刘瑞瑞, 刘秀丽, 欧晓彬, 贾海燕, 卜婷, 李娜. 外源硫化氢对盐碱胁迫下裸燕麦叶片有机酸和激素含量的影响[J]. 植物研究, 2023, 43(1): 76-89.
[12]	宋海云, 张涛, 贺鹏, 郑树芳, 王立丰, 王文林. 澳洲坚果MibZIP1基因克隆及表达规律分析[J]. 植物研究, 2023, 43(1): 131-139.
[13]	覃碧, 王肖肖, 杨玉双, 聂秋海, 陈秋惠, 刘实忠. 橡胶草TkAPC10基因的鉴定及其表达模式分析[J]. 植物研究, 2022, 42(5): 830-839.
[14]	潘立本, 闫雪, 刘佳, 吴可心, 刘洋, 刘少冲. 东北林下早春植物开花的生理特征研究[J]. 植物研究, 2022, 42(4): 657-666.
[15]	陈坤, 方功桂, 穆怀志, 姜静. 白桦BpPIN3基因启动子序列及应答特性分析[J]. 植物研究, 2022, 42(4): 592-601.