古树扦插繁育研究进展

■杜常健 江泽平 史胜青

历经千百年的洗礼而顽强生存下来的古树名木，是大自然赐予人类的宝贵遗产和不可复制的“活”历史文物，有“活化石”“古文化”“国宝”之称，具有重要的科学、文化价值，也是园林绿化和旅游资源的重要组成部分。古树不仅能使我们更好地了解千百年来环境的演化过程、自然和历史现状，还是一座优良种源基因宝库，为林木育种提供优良材料。但长期以来，由于年龄的增长、自然环境恶化以及人为干扰破坏等原因，我国古树资源遭受到严重的破坏，数量急剧减少。

众多的古树在进化中具有了独特的抗逆性状，已成为宝贵的遗传资源。随着树龄增大，古树生长势衰弱日趋明显、根系扩张能力萎缩、死枝数目增多。虽然古树衰亡的趋势不可逆转，但是引起古树衰亡的客观原因却是可以通过保护工作来解决的。因此，保护和利用古树资源已迫在眉睫。目前，无性繁殖被认为是完整保护古树遗传资源的有效手段之一。但古树年龄和成熟度较高，无性繁殖时其不定根的再生能力很差。迄今为止，我国古树方面的研究大部分处于基础阶段，主要包括在古树资源调查、保护与复壮技术、健康评估、古树衰老的生理学特征研究等方面，但古树扦插的研究报道也逐渐增多。因此，本文在古树保护价值的基础上，概述古树扦插繁殖研究进展情况，以期为今后古树复壮与保护以及不定根发生机理研究提供参考。

古树保护价值

古树的历史文化价值主要表现在它所承载的民族文化和记录的历史事实等方面，是历史长河的见证，民族文化的积淀。例如，我国有轩辕柏、挂甲柏、秦桧、汉槐、隋梅、唐杏之说。古树记录着周围环境变迁的信息，它的年轮结构，就像一面历史的明镜，向人们展示着漫长岁月中气候、水文、地质、地理、生物、生态等的变化情况。例如，通过古树年轮的宽窄和结构能够推算出其所在地区的气候以及地质的变化。这在植物生态学和生物气象学等方面有很高的研究价值。

珍贵物种基因有着不可估量的作用，与人类社会的发展息息相关。古树基因图谱具有特殊性，其中抗衰老、抗虫、抗病等有价值的基因，是植物遗传改良的重要材料，已成为一座优良种源基因宝库。

古树是皇家陵园、名胜古迹的特色之一，它们庄重自然、苍劲古雅、姿态奇特，把祖国的山川湖海装点得更加庄严秀丽。经过千百年的风雨雕刻的古树，常有着苍劲外观和古朴的形态，可作为城市绿化的重要素材。

古树扦插生根过程

古树繁殖中，不定根的形成是一个复杂的发育过程，可以分根原基的启动和诱导、不定根的形成和不定根的生长发育3个阶段，如图1。根原基的启动和诱导阶段：在生长素的诱导下分生组织细胞分化形成不定根原基的初始细胞群，它具有细胞核大、细胞质浓、排列紧密的特点。形成阶段：根原基初始细胞不断分裂，其顶端形成穹顶的结构，皮层细胞程序化死亡从而使不定根原基穿过皮层、表皮，形成不定根。生长发育阶段：不定根伸出表皮继续生长，前期呈白色、较为脆弱，移苗容易损伤。从组织结构解剖学角度看，古树插穗解剖结构与生根关系密切，如皮层中存在环状厚壁组织时，受到物理限制较大，所以较难形成不定根。树木的幼年组织功能更旺盛，根原基启动阶段更容易，突破表皮受到的物理限制更少。林木自身的遗传性状是扦插生根难易的重要因素，古树能够历经百年洗礼与其自身的遗传性状密不可分，其茎段结构有良好的韧性，同时也是形成不定根较为困难的原因之一。

图1 侧柏和银杏扦插生根观察及不定根的形成过程模式图

影响古树扦插生根的因素

古树无性繁殖困难，主要是因为不定根形成能力与年龄、成熟度成负相关关系。

随着年龄的增长，古树在分生细胞活性、愈伤组织的诱导和生长、内源激素水平、矿质元素吸收等方面表现出衰老的生理特征，而这同样影响着古树扦插不定根的形成，如图2。目前，国内外学者围绕能否成功诱导不定根发生、如何提高生根率等方面进行了大量的研究，但关于古树不定根发生机理的研究相对较少。

图2 影响古树不定根形成的因素

古树衰老对分生细胞的活性和细胞生长速度的影响不容忽视，而不定根的形成是一个再分化的过程，与分生细胞和分裂细胞的活性密切相关。古树的生长主要由于分生组织细胞的季节活动，但生长速度随着古树年龄的增长而发生变化。分生组织细胞分裂、伸长、细胞壁形成、代谢过程，会受到衰老的影响，形成层细胞的敏感性随着树龄的增长而下降。这说明，古树衰老导致了分生细胞的活性降低，造成了古树不定根分化困难。

分生能力古树不定根的分化与愈伤组织形成率密不可分。大多数林木树种，愈伤组织的形成和不定根的产生是彼此独立的，不定根由形成层、维管薄壁细胞等母细胞直接分化形成，即没有通过诱导愈伤组织形成不定根。愈伤组织与根系的形成没有直接关系，其主要功能可能是防止病原菌的侵入和插条中有效物质的流失，并作为营养和水分运输的桥梁。但也有研究表明，老化愈伤组织含有较高的细胞分裂素，而生长素含量却很低，导致过度形成愈伤组织占用插穗基部的营养资源，抑制不定根的形成。

生长素植物激素与植物的生长、发育和衰老之间有复杂的关系。其中，生长素依然被认为是影响不定根发生的主要因素。许多学者认为，在植物再生过程中成熟组织或生根能力较低组织对生长素的响应可能会比幼嫩组织更差一些，即生长素生物合成和感知能力降低可能是随着树龄越大不定根发生越困难的主要原因之一。

不定根形成是响应外界各种因素刺激的结果，剪切、胁迫、激素处理等造成生长素极性运输中断，导致吲哚-3-乙酸在其茎基部积累，被认为是诱导根原基的必要条件。施加外源激素会促进不定根的形成，但是不同激素在植物体内发生作用的机制不同。母树年龄是影响扦插生根的重要因素，随着年龄的增加，IAA含量越来越低，ABA含量越来越高，IAA促进生根，ABA抑制生根，IAA/ABA的比值可以用来衡量枝条的生根能力。在翅果油树的扦插研究中同样发现，母树年龄与插条生根率呈极显著的线性负相关关系，而且随着母树年龄的增加，插条的生长素、玉米索及赤霉素含量有明显下降趋势，而脱落酸的含量上升。IAA作为植物内源生长素对不定根的形成和生长起着关键的调控诱导作用：在根分生组织形成之前需要较高浓度，但在根伸长时相对较低的浓度，原因是在不定根发生的第一阶段期生长素可作为诱导，但却抑制不定根的后期发育。因此生长素与古树不定根形成密切相关。

碳氮含量碳氮化合物不仅能够提供能量，还可以作为结构和存储化合物、渗透调节剂。非结构碳水化合物是参与植株生命代谢的重要能量物质（如葡萄糖、果糖、蔗糖、果聚糖、淀粉），是维持植物自身生长发育及响应环境调控的重要因子。古树年龄成熟度较高，其枝条中的碳水化合物含量相对较少。有研究表明，高龄银杏叶片中有11个与光合作用、蛋白质及氨基酸代谢有关上调表达的蛋白，有8个与植物的能量及碳水化合物代谢相关的蛋白下调表达。可溶性糖类和淀粉与不定根发育的关系复杂，而含氮化合物在一定范围内与扦插生根存在显著关系，如氮含量过高可能抑制插穗生根。碳/氮值（C/N）是判断生根难易的一个重要生理指标。研究认为， C/N比值高的插穗容易生根。可见插条内的营养水平对于不定根发生有重要意义。此外，“糖信号”在国际上已成为植物学领域的一个热点，能够诱导或抑制影响植物发育和生长过程中的各种基因，但是否参与不定根的发生目前还没见报道。古树衰老与碳氮有着密切的联系，碳氮又是不定根形成的重要因素。

矿质元素外部环境因素对古树的生长和衰老起着关键的作用，古树在固定的环境内生长数百年，土壤中及自身的矿质元素的不足会影响古树的生理状态。矿质元素水平可能是影响古树不定根再生能力的一个重要因素，但影响机理尚不清楚。有研究表明，雪松针叶中Mg和S元素随着年龄增加有减少的趋势；衰弱的白皮松针叶中Mg、Fe、Zn元素缺失严重；古槐树叶片中N、P、Mg元素含量明显低于幼槐；香樟古树叶片中N、P、K营养元素含量明显低于年幼香樟。Fe元素在不定根的发育过程中起到了重要的作用，能够促进不定根原基中的细胞分裂而提高生根率。虽然特定矿质元素的局部感应具体的分子机制还有待完全阐明，但有研究表明，植物激素，特别是生长素，作为营养依赖性修饰中的信号调控不定根的形成。矿质元素在古树衰老和不定根的形成中如何发挥作用还需深入的探讨。

展望

古树再生可以很好地保存其遗传资源，但古树不定根生发困难，这是一个世界性的难题。不定根的生发是脱分化和再分化的过程，涉及外源信号感知与内外信号级联耦合，影响因素涉及遗传特性、古树年龄、内源激素和外源激素、营养条件等。目前，从解剖学、生理、生化水平逐渐发展到基因和蛋白水平来解析不定根的形成机制，但对于古树生根机制的研究还很少。因此，结合本课题组近十年来在古树扦插研究方面的经验，我们认为，古树无性繁殖方面应关注以下几个方面：第一，建立古树资源嫁接采穗圃，为扦插繁殖研究提供相对一致的材料；第二，随着年龄增长，扦插生根与内源激素（尤其是生长素）、次生代谢物积累的关系；第三，扦插生根过程中解剖结构变化及愈伤组织过量产生与不定根发生的关系；第四，古树扦插繁殖技术体系的优化和建立。对这个问题的研究，不仅可为古树资源收集与保护、扦插生根机制的研究提供理论基础，也可为助力文化旅游与乡村振兴提供技术支撑。