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黄芩属(Scutellaria Linn.)植物已有数千年的药用历史. 1889年研究至今,已从50多种黄芩属植物中分离出多种类型的化学成分[1],其主要为黄酮类化合物,有清热泻火、解毒、止血、安胎以及抗肿瘤等作用[2].缙云黄芩(S. tsinyunensis C. Y. Wu et S. Chow)为黄芩属多年生草本植物,是重庆缙云山特有极小种群物种,也为重庆市第一批重点保护野生植物之一[3],其种群数量少、规模小、生境单一,生存状况严峻[4]. 2009年,张家辉等对缙云黄芩体内4种主要黄酮类活性成分进行了研究[2].目前,增加缙云黄芩株数,扩大其种群数量和规模,是拯救缙云黄芩、保护其药用价值资源最直接的手段.鉴于缙云黄芩有性生殖率低下[5],无性繁殖成为种苗获得的最佳途径.笔者于2014-2015年对缙云黄芩进行了扦插试验和野外回归试验,为其建立良好的无性繁殖体系,实现种群再造和种群复壮目标打基础,以期为地方珍贵药用植物资源的保护提供理论依据.
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试验地设在西南大学生命科学学院顶楼大棚内,东经106°25′22″,北纬29°49′31″,属亚热带季风湿润气候,有春早、夏热、秋短、冬迟特征.最高气温44.3 ℃,最低气温-3.1 ℃,年平均气温18.2 ℃.试验地土壤类型根据各个试验具体要求而异,插穗前基质用50%多菌灵配成1 000倍溶液彻底消毒晾晒[6].
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插穗均采自重庆缙云山国家级自然保护区洛阳桥种群,采穗时间选在早晨8:00-10:00.采穗时选取生长健壮、组织充实、整齐一致、无病虫害的枝条[7],长度在10~15 cm左右,保留3~4对节,顶部保留1~3片叶子,截取插穗时,上端距顶芽1cm处平切,下端距节约0.5 cm处斜切[8].
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1) 激素种类、激素质量浓度及处理时间对缙云黄芩扦插的影响
试验采用完全随机区组排列,根据预试验结果,采用L9(33)正交试验,试验因素与水平见表 1,表 2,共9个处理,每个处理30条,3次重复,以蒸馏水作为对照,基质为菜田土、珍珠岩和蛭石比例为2:1:1,插穗为2年生半木质化枝条.
2) 基质处理对缙云黄芩扦插的影响
根据预试验结果,基质试验共设4个处理:① 蒸馏水,② 蛭石与珍珠岩比例为1:1,③ 菜田土,④ 河沙.选取缙云黄芩2年生半木质化枝条,用100 mg/L萘乙酸(NAA)处理插穗2 h.采用完全随机区组设计,每个处理30条,3次重复.
3) 枝条木质化程度对缙云黄芩扦插的影响
根据预试验结果,木质化程度试验共设3个处理:① 木质化程度较低枝条(软枝),② 半木质化枝条,③ 木质化程度较高枝条(硬枝).选取缙云黄芩当年生枝条,用100 mg/L萘乙酸(NAA)处理插穗2 h,以蛭石与珍珠岩比例为1:1为基质.采用完全随机区组设计,每个处理30条,3次重复.
4) 枝条年龄对缙云黄芩扦插的影响
根据预试验结果,枝条年龄试验共设2个处理,即当年生枝条和2年生枝条,以蛭石与珍珠岩比例为1:1为基质,用100 mg/L NAA处理半木质化插穗2 h.采用完全随机区组设计,每个处理30条,3次重复.
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扦插时先用消毒后的小竹棍在基质中插1个4~5 cm深的小孔,然后将插穗基部插入孔内,扦插后立即浇透水1次,并用50%的多菌灵配成1 000倍溶液进行喷晒消毒.扦插后,每天根据天气和基质的湿度变化,决定喷水次数和喷水量[9].生根前插穗需要保持半荫蔽状态,扦插后,每隔两周喷施1次多菌灵控制病害.
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扦插5 d后观察愈伤组织发生及生根情况,以后每隔1 d进行观测,开始生根后不再取出插穗观察,扦插45 d后统计全部插穗的生根情况.生根期间,观测统计不定根出现时期;扦插45 d后观测统计:生根率(%)、不定根平均根数(条)、不定根最长根长(cm)、不定根平均根长(cm)、生根部位等,采用生根指数为综合生根效果的评价指标,生根指数的意义是单株扦插苗的平均总根长[10].数据采用SPSS20.0统计软件进行差异显著性分析.
生根率=生根株数/扦插总株数×100%
平均根数=插穗生根数量总和/生根插穗总数量
平均根长=插穗生根长度总和/插穗生根数量总和
生根指数=生根率×平均根数×平均根长×100%
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将缙云黄芩2年生的半木质化枝条浸泡于200 mg/L IBA中2 h后在蒸馏水中进行扦插,待插穗长出根后,将其进行野外移栽.试验分为A组和B组,A组为直接野放,即将长根后的缙云黄芩插穗直接移栽于缙云山洛阳桥附近林中,B组为先通过大棚种植练苗后再进行野放,即将插穗先移栽于生命科学学院顶楼大棚内,基质为蛭石与珍珠岩比例为1:1,待3个月插穗长出新的枝条后,再将其野放于缙云山洛阳桥附近(同A组相同).扦插时间为2015年10月10日. 6个月后观察缙云黄芩插穗生长情况,测定其存活率、平均出芽数、最多出芽数.每个组30条插穗,3个重复.
1.1. 缙云黄芩最适扦插条件研究
1.1.1. 试验地
1.1.2. 材料
1.1.3. 试验设计
1.1.4. 扦插及管理
1.1.5. 数据分析
1.2. 缙云黄芩野外回归研究
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不同处理对缙云黄芩插穗的生根促进效果不同,从表 3直观分析表明:根据极差的大小,影响不定根出现期的次序由大到小为激素类型,处理时间,激素质量浓度;各因素的最优水平:激素类型为NAA,激素质量浓度为200 mg/L,处理时间为2 h.影响插穗平均根数的次序由大到小为激素类型,处理时间,激素质量浓度;各因素的最优水平:激素类型为NAA,激素质量浓度为100 mg/L,处理时间为2 h.影响插穗平均根长次序由大到小为处理时间,激素质量浓度,激素类型;各因素的最优水平:激素类型为IBA,激素质量浓度为200 mg/L,处理时间为2 h.影响插穗最长根长的次序由大到小为激素质量浓度,激素类型,处理时间;各因素的最优水平:激素类型为IBA,激素质量浓度为100 mg/L,处理时间为2 h.影响插穗生根率的次序由大到小为处理时间,激素类型,激素质量浓度;各因素的最优水平:激素类型为ABT2,激素质量浓度为200 mg/L,处理时间为2 h.影响插穗生根指数的次序由大到小为处理时间,激素质量浓度,激素类型;各因素的最优水平:激素类型为IBA,激素质量浓度为200 mg/L,处理时间为2 h.
由表 4显示,第8组处理[插穗种类、激素质量浓度、处理时间(下同)分别为NAA,200 mg/L,1 h]不定根出现的时间最早,为第21.67 d,与第2组处理(IBA,200 mg/L,2 h)、第7组处理(NAA,100 mg/L,4 h)、第4组处理(ABT2,100 mg/L,2 h)和第9组处理(NAA,300 mg/L,2 h)差异无统计学意义,与其他5组处理差异有统计学意义;不定根出现最晚的为第3组处理(IBA,300 mg/L,4 h),为第27 d,比最早出现时间晚5.33 d.
在平均根数方面,出现最多根数的为第2组处理,为34.02条,其次为第7组处理,为32.60条,两者有差异但无统计学意义.平均根数较少的为第5组处理(ABT2,200 mg/L,4 h)和第10组处理(CK),平均根数分别为21.80条和22.33条,两者差异无统计学意义,与其他组差异有统计学意义.除了第5组处理,其他组均与对照差异有统计学意义.
平均根长最长的为第2组处理,为1.99 cm,与其他处理差异有统计学意义,其次为第6组处理(ABT2,300 mg/L,1 h),平均根长为1.35 cm.平均根长最短的为第5组处理,为0.96 cm.除了第2组处理和第5组处理,其他处理均与对照差异有统计学意义.
在最长根长方面,最长的为第2组处理,为8.60 cm,其次为第7组处理,为8.26 cm,只有这两个处理的最长根长在8.00 cm以上,最短的为第5组处理,为4.16 cm,与最长根长相差4.44 cm.第5组处理比对照短,且与对照差异无统计学意义,两个处理最长根长都小于5.00 cm.
生根率最高的为第2组处理,达82.22%,其次为第4组处理和第9组处理,生根率分别为81.11%和76.67%,三者之间差异无统计学意义.生根率较低的为第3组处理、第1组处理、第5组处理和对照,分别为56.67%,64.44%,64.45%和61.11%,4个处理差异无统计学意义.
生根指数最高的为第2组处理,为5 562.33,与其他组差异有统计学意义.生根指数较低的为第5组处理、第3组处理、第1组处理和对照组,4个处理的生根指数均小于2 000.
综合分析第2组处理的生根情况最好,第3组处理和第5组处理生根情况与对照组接近或比对照组差.
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由表 5可知,不同基质处理缙云黄芩插穗对其生根影响显著,不定根出现最早为蒸馏水处理(第15.67 d),与其他基质处理差异有统计学意义;其次为蛭石与珍珠岩比例为1:1处理(第22.33 d).平均根数方面,蛭石与珍珠岩比例为1:1处理的平均根数最多,为34.72条;其次为蒸馏水处理,平均根数为30.87条,两者差异无统计学意义.在平均根长、最长根长、生根率和生根指数方面,蒸馏水处理均与其他3个处理差异有统计学意义,其他3个之间有差异但无统计学意义.蛭石与珍珠岩比例为1:1处理是除蒸馏水处理后,在平均根长、最长根长和生根指数上,第2个较好的处理.在生根率方面,第2个较好的为河沙处理.
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由表 6可知,不定根出现最早的枝条为半木质化枝条和硬枝,时间分别在第30.33 d和31.00 d,两者之间差异无统计学意义,但均与软枝差异有统计学意义.平均根数最多的为半木质化枝条,为30.70条;其次为硬枝,为27.14条,两者之间存在差异但无统计学意义;平均根数最少的为软枝,为20.74条,与后两者差异有统计学意义.在平均根长方面,较长的为半木质化枝条和硬枝,分别为1.49 cm和1.45 cm,两者之间有差异但无统计学意义,与软枝差异有统计学意义.最长根长出现在半木质化枝条中,达9.69 cm;软枝的最短,为7.73 cm,两者差异有统计学意义,但与硬枝差异无统计学意义.生根率最大的为半木质化枝条,为55.56%,与软枝和硬枝的生根率差异有统计学意义.生根指数最大的也为半木质化枝条,指数为2 545.82,其与硬枝的生根指数差异无统计学意义,与软枝差异有统计学意义.综合分析,初步认为在秋季半木质化枝条最适合缙云黄芩进行扦插,硬枝次之,软枝可能因为营养物质不足等原因,其扦插能力最弱.
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由表 7可知,2年生枝条在生根方面均优于当年生枝条,可能因为春季正值缙云黄芩长新芽,刚生长的叶子和茎过于幼嫩,营养物质不足,不能支撑插穗顶端质量,使得很多插穗弯曲死亡.
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先将缙云黄芩2年生的半木质化枝条浸泡于200 mg/L IBA中2 h,再放置于蒸馏水中扦插,待插穗长出根后,对其进行野放,A组为直接野放,B组为先通过大棚种植练苗再野放,见图 1,图 2,试验发现,通过扦插繁殖实现缙云黄芩野外回归是可行的.扦插苗通过大棚种植练苗野放后,在成活率、平均出芽数和最多出芽数方面远优于直接野放.练苗后野放的缙云黄芩插穗成活率为96.67%,其平均出芽数为3.67个,最多出芽数为9.33个,生长情况较好,植株高大,根系发达,甚至部分植株在第二年春季已经进行生殖繁殖.而直接野放的插穗成活率相对较低,为48.89%,比练苗后野放的插穗存活率低47.78%;平均出芽数为1.52个,比练苗野放的插穗少2.15个;最多出芽率为2.67个,比练苗野放的插穗少6.66个,植株矮小,根系不发达.这可能是因为对生根后的插穗进行直接野放,它不能很好地适应野外生存环境,而先通过大棚练苗,插穗长出新枝,扦插苗具有更好的适应能力,移栽于野外,其存活与生长情况更好.
2.1. 最适扦插条件研究
2.1.1. 激素种类、激素质量浓度及处理时间对缙云黄芩扦插生根的影响
2.1.2. 基质处理对缙云黄芩插穗生根的影响
2.1.3. 缙云黄芩枝条木质化程度对其扦插的影响
2.1.4. 缙云黄芩枝条年龄对其扦插的影响
2.2. 缙云黄芩野外回归研究
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从结果可以看出,缙云黄芩2年生的半木质化枝条作为插穗其生根效果最佳,均优于其他处理.一般情况下,木质化程度过低和过高,均不利于插穗生根[11].木质化程度较低,其内部营养物质、水分和根原始体数量相对较少,在较差环境下插穗生根困难;木质化程度过高,虽然其营养物质质量分数、种类较为丰富,但新陈代谢缓慢,而且生根抑制物质积累较多,同样不利于生根.因此,缙云黄芩半木质化枝条最有利于插穗生根.枝条年龄也是这样,枝条年龄太小,其枝条弱小,柔嫩,叶柄细长,被扦插后植株易萎蔫失水死亡;多年生枝条,枝条内生根抑制物质较多,细胞分裂能力较弱;两年生的枝条较强壮,新陈代谢较快,含有生根抑制剂较少,利于植物生根.
扦插基质方面,研究发现蒸馏水处理在促进缙云黄芩生根方面最优,缙云黄芩在液态基质上生长状况最好,原因可能是水分充足,缙云黄芩易生根.在固态基质中,蛭石与珍珠岩比例为1:1处理最好,因为珍珠岩具有质地轻、持水量大、疏松等特点;蛭石为黑褐色的矿物质,吸收能量较多,可提高温度1~2 ℃,但通透性不及前者,两者混合使用可以取长补短,比单一基质更利于缙云黄芩生根成活[12].在生根率方面,河沙处理生根率也较高,因为河沙的透气性好、易吸热、升温快等特点导致生根率较高.菜田土的生根效果最差,因为菜田土比重、容重过大导致总空隙度、通气性以及容积含水量过小,不利于插穗生根.总体来说,缙云黄芩适合扦插在透气性强、通风性好、排水良好、营养丰富的基质中.
在整个试验中,不同种类的外源激素对缙云黄芩扦插生根影响不同.总体来看,缙云黄芩激素最佳处理方式为200 mg/L IBA处理插穗2 h.激素质量浓度和处理时间的不同,其生根效果不一样,外源激素质量浓度过高或处理时间过长容易导致插穗下切口受到毒害作用或者刺激强烈产生大量愈伤组织反而影响不定根的形成;质量浓度过低或处理时间较短对诱导生根作用不明显,诱导期变长,插穗容易死亡.
将缙云黄芩2年生的半木质化枝条浸泡于200 mg/L IBA中2 h,用于野外回归.扦插苗通过大棚种植练苗野放后,在成活率、平均出芽数和最多出芽数方面远优于直接野放.这可能是因为对生根后的插穗进行直接野放,它不能很好地适应野外生存环境,因为野外扦插地点在缙云山针阔混交林中,土壤类型为腐殖土,环境复杂,光照和水分均不可控,因此对插穗各方面性能要求严苛.而先通过大棚练苗再进行野放,插穗长出新枝,具有更好的适应能力,生存生长状况更好.这说明珍稀濒危植物缙云黄芩野外回归是可实现的.这对增加缙云黄芩株数,扩大其种群数量和规模,提高植株成活率,保护濒危植物缙云黄芩等具有重要意义.其最优野放处理为在室内对缙云黄芩插穗进行最优处理后,将其植于蛭石与珍珠岩比例为1:1或蒸馏水等基质中,待其发芽长出新的枝条后再对其进行野外移栽.