短枝木麻黃不同種源及家系的水培生根能力差異分析*

魏 龍 周 毅 張 勇 魏永成 孟景祥

（1.廣東省森林培育與保護利用重點實驗室/廣東省林業(yè)科學研究院，廣東 廣州 510520；2.中國林業(yè)科學研究院 熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州510520 ）

全球氣候變化是當前被關注的熱點，碳達峰碳中和是我國現(xiàn)階段經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)建設協(xié)調發(fā)展國家戰(zhàn)略。木麻黃是適合我國華南地區(qū)沿海防護林和碳匯林工程的主要樹種之一[1]。木麻黃科植物含有4 個屬96 個種，天然分布于東南亞、澳大利亞北部和太平洋群島地區(qū)。木麻黃植物具有速生、抗風、抗沙埋、耐干旱、耐瘠薄和耐鹽堿等優(yōu)良生物特性，還具有與微生物（內外生菌根菌和Frankia固氮菌）共生固氮等特點，已廣泛引種栽培于世界各地的熱帶、亞熱帶地區(qū)[2-5]。在國外和我國華南和東南沿海地區(qū)，以短枝木麻黃Casuarina equisetifolia和粗枝木麻黃C. glauca為主的木麻黃屬植物被廣泛應用于困難立地生態(tài)修復和農(nóng)林復合系統(tǒng)的固氮改土，如海岸帶和海島防護林構建、水土流失區(qū)的防風和固土、重金屬污染土壤治理等用途[6-11]。目前，我國浙江、福建、廣東、海南和廣西沿海地區(qū)的木麻黃沿海防護林面積已達2.64 萬hm2，是我國重要的林業(yè)生態(tài)工程之一[12]。木麻黃天然分布區(qū)域環(huán)境的巨大差異是其遺傳多樣性形成的主要原因，也是其生理生態(tài)適應性和生態(tài)功能發(fā)揮的基礎[13-15]。木麻黃水培生根技術被發(fā)明以后，幼枝水培扦插生根技術大大降低了木麻黃無性繁殖的成本，具有速生、抗性和干形好的優(yōu)良無性系可快速大規(guī)模生產(chǎn)和推廣，使得我國木麻黃人工林的生產(chǎn)力和抗性得到迅速提高[16]。但研究表明，木麻黃的水培生根能力在不同種、種源、家系和無性系間的遺傳變異很大[17-18]，如短枝木麻黃、粗枝木麻黃和細枝木麻黃C. cunninghamiana的生根率分別為50%～99.8%、10%～60%和0～40%[19]。水培生根能力的差異限制了一些種和優(yōu)良無性系的規(guī)?；瘧?，因此水培生根能力是短枝木麻黃優(yōu)良無性系選育的關鍵指標。本研究以短枝木麻黃的不同地理種源為研究對象，開展區(qū)域間、國家間、種源間和家系間嫩枝水培生根能力差異的分析，以期為后續(xù)的種質資源引進、培育以及海岸帶生態(tài)修復和碳匯造林等生產(chǎn)應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試的短枝木麻黃21 個種源種子由澳大利亞林木種子中心（Australian Tree Seed Centre）提供，來自大洋洲、亞洲和非洲的10 個國家，可劃分為大洋洲天然種源、亞洲天然種源、非洲次生種源和亞洲次生種源4 個來源區(qū)域（表1），每個種源包含3～4 個家系，共70 個家系。溫室育苗于2020年7 月開始，芽苗長到10 cm 左右移栽到寬8 cm高15 cm 的營養(yǎng)杯中培育。每個家系移栽10 株，共移栽700 株。2021 年7 月苗高達到1 m 左右，采集苗木側枝上半木質化嫩枝用于水培生根試驗。

1.2 試驗設計和處理

每株苗木采集10 根嫩枝，每家系共采集100根。每根嫩枝長約15 cm，剝除嫩枝主干中下部的小側枝，僅留頂部3～4 根小側枝用于水培生根過程中的光合作用。處理好的嫩枝用40 mg·kg-1的吲哚丁酸溶液浸泡基部2～3 cm 12 h 后，流水沖洗干凈后再浸入清水5 cm 左右，置于50%太陽光照的溫室內水培生根，每天更換清水1 次。

每家系的100 根嫩枝分成4 次重復，25 根/重復。水培生根40 天后，觀察到水培的嫩枝已全部生根或已干枯時，測定嫩枝生根的以下數(shù)據(jù)：

（1）生根率（%），已生根嫩枝數(shù)量/參試嫩枝總數(shù)×100 ＝生根率。

（2）各種源家系中每根嫩枝長出的根數(shù)量。

（3）每根嫩枝上最長的5 條根的長度，取平均值作為該嫩枝的根長，如果不足5 條根則取所有根長度的平均值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用SAS 8.1 統(tǒng)計軟件[20]對不同區(qū)域間、國家間、種源間和家系間4 個層次的短枝木麻黃嫩枝水培生根數(shù)據(jù)進行方差分析，生根率百分數(shù)在方差分析前進行反正弦變換，采用Duncan 多重比較法對不同區(qū)域間、國家間、種源間和家系間短枝木麻黃嫩枝的生根率、生根數(shù)和根長均值進行比較。

2 結果與分析

2.1 地理種源間生根率差異

表2 表明，生根率在不同種源間和家系間都有極顯著差異（P＜0.01），在區(qū)域間間和國家間達到了顯著差異（分別為P=0.044 和P=0.088）。在不同區(qū)域比較中，亞洲天然種源和非洲次生種源的生根率（分別為89.3%和87.4%）較高，顯著高于大洋洲天然種源和亞洲次生種源的生根率（分別為75.4%和72.1%），但亞洲天然種源和非洲次生種源之間，大洋洲天然種源和亞洲次生種源之間的生根率差異不顯著；在不同國家間比較中，以肯尼亞3 個種源的生根率最高，平均值達到95.0%，以澳大利亞1 個種源的平均生根率最低（59.9%），除了澳大利亞外，其他9 個國家間種源的生根率均達不到統(tǒng)計學上的顯著差異；在種源間的比較中，以肯尼亞的一個次生種源18142的生根率最高（95.2%），極顯著高于除了18135（93.6%，肯尼亞次生種源）和18267（92.8%，中國次生種源）兩個種源的其他所有種源。生根率最低的種源為18269（46.7%，中國次生種源）；在家系間，生根率也存在著極顯著的差異，最高的家系的生根率達到100%，而最低的家系的生根率為0。

2.2 地理種源間生根數(shù)的差異

由表2 可知，生根數(shù)在不同國家間、種源間和家系間都有極顯著差異（P＜0.01），但在區(qū)域間沒有顯著差異（P＝0.227）。不同國家比較（表3），中國次生種源的生根數(shù)最多（8.6 根），非洲貝寧次生種源的最少（4.3 根）；在不同種源比較中，種源18268（11.3 根）的生根數(shù)最多，極顯著高于其他所有種源的生根數(shù)。種源18355（4.2 根）的生根數(shù)最少；在不同家系中，生根數(shù)最多的達到17 根（種源18268），最少的只有1 根（種源18355）。

2.3 地理種源間根長的差異

不同地理種源短枝木麻黃嫩枝水培生根的根長在不同區(qū)域間（P＝0.57）、種源間（P＝0.85）和家系間（P＝0.19）差異不顯著，僅在不同國家間有極顯著差異（P＜0.01）。在不同國家的比較中，來源于非洲國家貝寧的嫩枝水培生根的根長（1.8 cm），顯著高于一些國家如馬來西亞（1.1 cm）、澳大利亞（1.2 cm）等國家種源的根長；不同區(qū)域間、種源間和家系間的根長達不到統(tǒng)計學意義上的顯著程度。

2.4 生根參數(shù)間的相關分析

短枝木麻黃嫩枝水培生根的3 個參數(shù)間的相關分析結果表明（表4），生根率、生根數(shù)和根長兩兩之間的相關系數(shù)R值都很小，且P值都較大，說明這3 個參數(shù)間都沒有呈現(xiàn)出顯著的相關關系。

3 結論與討論

扦插是林木擴繁中應用最廣的一種無性繁殖方法，它與嫁接、壓條等無性繁殖方法相比具有簡單易行、繁殖系數(shù)高和速度快、成本低廉等優(yōu)點。木麻黃的嫩枝水培生根是一種無土的扦插繁殖方法，且其繁殖系數(shù)更高，更有利于優(yōu)良無性系苗木的大規(guī)模生產(chǎn)和推廣，是我國木麻黃苗木的主要生產(chǎn)方法。扦插生根的類型主要分為皮部生根型、愈傷組織生根型和混合生根型3 種[21]。本試驗中，我們觀察到短枝木麻黃嫩枝經(jīng)過激素處理并在清水中培養(yǎng)約15 天后，白色的根從小枝下部高2～4 cm 的節(jié)間長出，雖然嫩枝的切口處也會形成一些愈傷組織，但未發(fā)現(xiàn)這些愈傷組織能長出根系，因此可以推斷短枝木麻黃屬于典型的皮部生根型植物。

已有的研究表明，同種植物的不同種源或家系的扦插生根能力存在著顯著差異，如樟樹Cinnamomum camphora不同種源家系在相同扦插條件下的生根率最高可達80.7%，最低的只有33.3%[22]，落羽杉Taxodium distichum不同種源家系在相同條件下的生根率最高為75.0%，最低只有10.0%[23]。短枝木麻黃水培生根能力的差異主要表現(xiàn)在種源和家系的水平上，本試驗中生根能力最強的種源是肯尼亞次生種源18142，生根率高達95.2%，最弱的種源是中國次生種源18267，生根率僅為46.7%。在區(qū)域和國家水平上差異不顯著，因此在木麻黃新品種選育過程中，生根能力只需在種源和家系水平上進行選擇。

相關性分析表明，評價短枝木麻黃嫩枝生根能力的3 個觀測指標（生根率、生根數(shù)和根長）無顯著相關性，間接說明根生長的這3 個性狀可能由不同的基因來調控，例如擬南芥Arabidopsis thaliana、楊樹Populustrichocarpa等不定根的形成和伸長都各由不同的基因家族來調控[24-25]，因此生根率作為短枝木麻黃無性系生根能力主要的評價指標，可以更加便捷高效選育優(yōu)良無性系。