一種速生抗性泡桐苗的組培繁育及種植環(huán)境監(jiān)測(cè)

黃 蕊，覃國(guó)樂，黃金艷，唐秀楠，劉彩梅

（河池學(xué)院，廣西河池 546300）

白花泡桐（Paulownia fortunei）是我國(guó)速生木材和園林綠化樹種之一，不僅能改善生態(tài)環(huán)境，解決當(dāng)前我國(guó)木材供應(yīng)不夠充足的問題，還有助于提高農(nóng)民收入[1]。由于泡桐屬種間可天然雜交，自然形成的種子變異的可能性較大，為保證母本的優(yōu)良性狀，埋根、埋條和組培等無性繁殖是繁殖泡桐優(yōu)株的主要方式[2]。但是埋根和埋條的繁殖速度慢且人力投入大、占地面積大。泡桐組培繁育技術(shù)研究始于20 世紀(jì)80 年代，但當(dāng)時(shí)僅對(duì)泡桐離體快繁技術(shù)進(jìn)行了初步研究，未形成高效的再生體系和遺傳轉(zhuǎn)化體系。本項(xiàng)目?jī)?yōu)選白花泡桐無節(jié)良材母株，重點(diǎn)研究速生抗性白花泡桐組織培養(yǎng)技術(shù)及種植推廣，并利用風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星對(duì)泡桐種植環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

由廣西綠桐林業(yè)科技有限公司提供種根，經(jīng)大棚里埋根所萌發(fā)的嫩芽。

1.2 試驗(yàn)方法

培養(yǎng)基配比設(shè)計(jì)見表1。

表1 初代培養(yǎng)基配比表 單位：mg·L-1

繼代培養(yǎng)基組成為6-BA 0.5 mg·L-1+NAA 0.08 mg·L-1+TDZ 0.02 mg·L-1；誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基為1/2MS+IBA 0.75 mg·L-1+NAA 0.8 mg·L-1+活性炭0.1 g·L-1+氯化膽堿0.05 mg·L-1。

以上培養(yǎng)基中均添加蔗糖30 g·L-1、瓊脂5.2 g·L-1，pH 調(diào)至6.8；121 ℃高溫滅菌20 min。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

1.3.1 白花泡桐外植體消毒和培養(yǎng)

覃玉鳳在開展檸檬草（Cymbopogon citratus）組織培養(yǎng)技術(shù)研究中發(fā)現(xiàn)，下部萌芽外植體誘導(dǎo)率較高，原因可能是莖段下部分生細(xì)胞較多，幼化性強(qiáng)，分化能力較強(qiáng)[3]。在植物組培的整個(gè)過程中，外植體消毒至關(guān)重要。對(duì)植物外植體消毒常用的方法有流水沖洗、0.1%氯化汞消毒、酒精消毒、肥皂水清洗及青霉素酸鈉浸泡等方式[4-6]。本研究在借鑒前人對(duì)外植體消毒的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)白花泡桐采用無菌水沖洗3～5 次，用酒精消毒10 s，再用無菌水清洗3 次，再用0.1%氯化汞溶液消毒20 min，在消毒時(shí)持續(xù)晃動(dòng)瓶子使外植體表面與氯化汞溶液充分接觸，待回收0.1%氯化汞溶液后再用無菌水清洗3～4 次，然后將芽取出置于無菌濾紙上吸干水分，剪去芽下端和葉柄后，轉(zhuǎn)入外植體培養(yǎng)基中。

1.3.2 白花泡桐繼代培養(yǎng)

將初代培養(yǎng)的無菌苗莖段剪切成1.5 cm 左右并去除葉柄進(jìn)行繼代培養(yǎng)，接種20 瓶，重復(fù)3 次，統(tǒng)計(jì)繼代培養(yǎng)過程中的污染率，培養(yǎng)20 d 后統(tǒng)計(jì)腋芽誘導(dǎo)率。

1.3.3 白花泡桐生根誘導(dǎo)

按照前述配方對(duì)植株進(jìn)行根系誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，在培養(yǎng)基中接種無菌苗，定期觀察和記錄植株生長(zhǎng)情況，培養(yǎng)30 d 后，統(tǒng)計(jì)生根率。

1.3.4 白花泡桐煉苗及移栽

選擇生根培養(yǎng)基中植株正常、根系發(fā)育良好、莖段粗壯、株高7 cm 以上的芽苗為煉苗材料。為提高組培苗的質(zhì)量，將所得的生根苗置于室溫、自然光下煉苗5 d，打開瓶蓋煉苗時(shí)噴施10%磷酸二氫鉀1～2 次，有助于提高組培苗的莖稈硬度，提高成活率。取出白花泡桐組培苗并洗凈根部培養(yǎng)基，移栽到裝有移栽基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)杯中，保持溫度25 ℃左右和濕度70%～80%，培養(yǎng)30 d 后統(tǒng)計(jì)其成活率。

1.3.5 白花泡桐育苗階段煉苗土金屬成分和pH 測(cè)量

采用6 種基質(zhì)作為煉苗基質(zhì)，分別為天橋種植基地土壤、中州種植基地土壤、椰糠、馴化舊基質(zhì)、進(jìn)口泥炭、復(fù)配基質(zhì)，且按順序命名為1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)、5 號(hào)、6 號(hào)，并將其研磨成細(xì)粉末狀，烘干待測(cè)。1）金屬成分檢測(cè)：將研磨細(xì)的干燥土壤適量分類裝袋，使用土壤重金屬檢測(cè)儀依次檢測(cè)。2）pH 測(cè)量：將土壤和純水按照1 ∶5 的質(zhì)量比，攪拌成溶液，靜置分層后，用pH 計(jì)測(cè)量上層清液。

1.3.6 培養(yǎng)條件

培養(yǎng)光照強(qiáng)度和時(shí)間按培養(yǎng)階段進(jìn)行不同處理，初代、繼代、生根及實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)為光照培養(yǎng)，光照強(qiáng)度為1 500～2 500 lx，每天12～14 h。誘導(dǎo)愈傷及愈傷組織增殖實(shí)驗(yàn)暗培養(yǎng)。室內(nèi)溫度均為（25±2）℃，煉苗移栽置于大棚中培養(yǎng)。

1.3.7 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

污染率、成活率、腋芽誘導(dǎo)率、愈傷組織誘導(dǎo)率、生根率、愈傷組織增殖率的計(jì)算公式如（1）～（6）所示。

式中，R1、R2、R3、R4、R5分別為污染率、成活率、腋芽誘導(dǎo)率、愈傷組織誘導(dǎo)率、生根率，%；n1為污染個(gè)數(shù)、n2為接種數(shù)、n3為未污染且成活個(gè)數(shù)、n4為萌發(fā)腋芽數(shù)、n5為接種莖段數(shù)、n6為產(chǎn)生愈傷組織的外植體數(shù)、n7為接入外植體數(shù)、n8為生根植株數(shù)，個(gè)。

式中，R6為愈傷組織增殖率，%；m1為培養(yǎng)后愈傷組織質(zhì)量、m2為接入時(shí)愈傷組織質(zhì)量，kg。

1.3.8 種植環(huán)境衛(wèi)星監(jiān)測(cè)

水、土壤、大氣等是環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，其工作內(nèi)容包括調(diào)查、布點(diǎn)、取樣、測(cè)試、分析等[7-8]。通過建立的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境質(zhì)量及自然災(zāi)害等的實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)，充分發(fā)揮生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)及環(huán)保技術(shù)的作用[9]。本實(shí)驗(yàn)主要通過風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星對(duì)泡桐種植環(huán)境中的CO2濃度變化、鹽堿地塊土壤pH 值變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”及鹽堿地種植土壤改良提供數(shù)據(jù)支撐和理論參考。

2 結(jié)果與分析

2.1 白花泡桐消毒與接種

采用上述消毒措施處理后，成活率為80%。

2.2 白花泡桐繼代培養(yǎng)生長(zhǎng)情況

繼代第20 d 白花泡桐生長(zhǎng)狀況良好，成活率為89.6%，腋芽誘導(dǎo)率達(dá)76%，增殖系數(shù)達(dá)到最大值5，所培養(yǎng)出的材料較好，根莖和頂芽枯萎、死亡或者植株玻璃化的現(xiàn)象較少，而且所得幼苗莖稈均勻健壯，葉片大且鮮綠，苗高5～6 cm。

2.3 白花泡桐生根誘導(dǎo)

將無菌植株接種到生根誘導(dǎo)培養(yǎng)基，接種5～8 d后基部膨大出現(xiàn)愈傷組織，出現(xiàn)根點(diǎn)，根的生長(zhǎng)速度較快。8～10 d 后可觀察到白花泡桐長(zhǎng)出大量根系，培養(yǎng)30 d，生根率可達(dá)98%，根的數(shù)量多且壯實(shí)，生長(zhǎng)均勻，瓶苗的大部分根可以在整個(gè)培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。葉片深綠豐滿，株高在7～10 cm。

2.4 白花泡桐煉苗及移栽

白花泡桐組培苗誘導(dǎo)生根15 d 后，選擇根系發(fā)育良好、莖段粗壯、株高7 cm 以上的苗進(jìn)行煉苗移栽。置于室溫、自然光下煉苗后，移栽到裝有移栽基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)杯中，培養(yǎng)30 d 后其成活率可達(dá)85%。

2.5 白花泡桐育苗階段煉苗土金屬成分和pH 測(cè)量

所采集的6 個(gè)區(qū)域的土壤樣品中，中州種植基地的泡桐苗生長(zhǎng)狀況良好，天橋種植基地和馴化舊基質(zhì)的生長(zhǎng)情況不好，其中馴化舊基質(zhì)的苗死亡的情況出現(xiàn)較多，故對(duì)這3 個(gè)區(qū)域的金屬成分進(jìn)行比對(duì)分析，如表2 所示。

表2 三個(gè)典型區(qū)域土壤的金屬成分測(cè)定值 單位：mg·kg-1

測(cè)定采集的6 種基質(zhì)pH 值：天橋種植基地pH 為6.28；中州種植基地pH 為4.53；椰糠pH 為6.44；馴化舊基質(zhì)pH 為6.54；進(jìn)口泥炭pH 為5.18；復(fù)配基質(zhì)pH 為6.25。由此可知泡桐煉苗適宜在微酸和中性土壤中生長(zhǎng)。

2.6 衛(wèi)星監(jiān)測(cè)種植環(huán)境CO2 變化結(jié)果

通過風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星從2022 年12 月至2023 年8 月中旬對(duì)泡桐種植環(huán)境中的CO2濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明泡桐種植地CO2濃度顯著降低，說明泡桐能夠吸收環(huán)境中的CO2，有利于種植環(huán)境往生物固碳方向發(fā)展，見圖1～圖4。

圖1 2022 年12 月泡桐種植地CO2 濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)

從圖1 可以看出，2022 年12 月泡桐種植地CO2濃度最高值高于840 mg·kg-1的天數(shù)為31 d；2023 年2月泡桐還在休眠期，無葉片進(jìn)行光合作用，種植地CO2濃度最高值僅有2 d（10 日、11 日）低于800 mg·kg-1（圖2）；從圖3 可以看出2023 年7 月泡桐種植地最低CO2濃度高于600 mg·kg-1的天數(shù)為8 d，其余23 d的CO2濃度低于600 mg·kg-1，整個(gè)7 月基本都小于800 mg·kg-1。原因是泡桐樹在5 月為始葉期，歷經(jīng)5 月和6 月，泡桐葉片明顯增加，這時(shí)光合作用明顯增強(qiáng)，吸收CO2能力提升。

圖2 2023 年2 月泡桐種植地CO2 濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖3 2023 年7 月泡桐種植地CO2 濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)

從圖4 可以看出15 d 的時(shí)間里1 日、2 日、6 日和10 日為睛天高溫天氣，空氣CO2濃度在476 mg·kg-1向415 mg·kg-1遞減，其余時(shí)間基本為下雨天，空氣CO2濃度在396 mg·kg-1向300 mg·kg-1遞減，因?yàn)檫@個(gè)階段泡桐的葉片數(shù)和葉面積明顯增多，吸收的CO2量比7 月更多。

圖4 2023 年8 月1—15 日泡桐種植地每天最低CO2 濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)

2.7 衛(wèi)星監(jiān)測(cè)種植環(huán)境pH 變化結(jié)果

根據(jù)2022 年欽北區(qū)近海泡桐種植基地土壤的pH變化數(shù)據(jù)，pH 由9.2 降低到8.3 左右，說明泡桐在堿性土壤中也能生長(zhǎng)，并能逐漸降低土壤的堿性，其落葉腐爛后提高了土壤的有機(jī)質(zhì)含量。

3 結(jié)論與討論

繼代第20 代以后白花泡桐生長(zhǎng)狀況較差，增殖系數(shù)變低且根莖、頂芽、葉柄還會(huì)出現(xiàn)不同程度的枯萎和死亡，與蘇江在白花泡桐增殖培養(yǎng)中植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑濃度配比失當(dāng)時(shí)的情況相似[10]。張永珊在藏紅花球莖生物學(xué)特性及繁育增殖的初步研究中表明氯化膽堿可促進(jìn)組培苗生根、根的伸長(zhǎng)，且不定根短粗有助于培養(yǎng)健壯的組培苗，提高移栽成活率[11]。因此在NAA 和6-BA 的基礎(chǔ)上添加氯化膽堿有助于無菌苗生根。煉苗有助于移栽，若不進(jìn)行煉苗直接移栽，易引起白花泡桐組培苗根部腐爛死亡使得移栽成活率降低[12]。組培苗從無菌環(huán)境進(jìn)入有菌環(huán)境生長(zhǎng)要對(duì)移栽基質(zhì)進(jìn)行消毒，做好移栽后一段時(shí)間內(nèi)的覆膜保濕、保溫等工作可確保組培苗移栽的成活率。

不同的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合對(duì)白花泡桐植株的生長(zhǎng)高度、增殖系數(shù)、葉片數(shù)量、腋芽數(shù)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，在參試因素中，白花泡桐植株生長(zhǎng)高度的因素影響力排序?yàn)?-BA ＞TDZ ＞NAA。與Mohamad 添加了高濃度6-BA 的培養(yǎng)基中植株長(zhǎng)得最高的結(jié)論相似[13]。利用風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星對(duì)泡桐種植環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明泡桐對(duì)CO2和粉塵有較強(qiáng)的吸收能力，并能有效降低土壤的pH 值。

4 展望

泡桐樹是生態(tài)環(huán)境友好的鄉(xiāng)土速生樹種，既能吸收環(huán)境中的CO2還能降低堿性土壤的pH 值，市場(chǎng)前景廣，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。上述研究結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)可以為白花泡桐優(yōu)株種苗組培快繁產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)支撐，為打造碳匯交易林，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。