一種速生抗性泡桐苗的組培繁育及種植環(huán)境監(jiān)測

黃蕊 覃國樂 黃金艷 唐秀楠 劉彩梅

收稿日期：2023-07-19

基金項(xiàng)目：2022年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“廣西鄉(xiāng)土碳匯樹種泡桐組培研究”（202210605012）。

作者簡介：黃蕊（2001—），女，廣西靈山人，在讀本科生。

*為通信作者，E-mail：893894541@qq.com。

黃 蕊，覃國樂，黃金艷，等.一種速生抗性泡桐苗的組培繁育及種植環(huán)境監(jiān)測[J].南方農(nóng)業(yè)，2023，17（16）：-251.

摘 要 研究以白花泡桐根萌嫩芽為外植體，對消毒方式、植物生長調(diào)節(jié)劑及其濃度配比條件進(jìn)行優(yōu)化，篩選出合適的外植體滅菌方式為酒精消毒10 s+0.1%氯化汞溶液消毒20 min，初代培養(yǎng)基是6-BA（6-芐氨基嘌呤）0.8 mg·L-1+NAA（萘乙酸）0.25 mg·L-1+TDZ（噻苯隆）0.1 mg·L-1，繼代培養(yǎng)基是MS+6-BA0.5 mg·L-1+NAA0.08 mg·L-1+TDZ0.02 mg·L-1，生根培養(yǎng)基是1/2MS+IBA（吲哚-3-丁酸）

0.75 mg·L-1+ NAA0.8 mg·L-1+活性炭0.1g·L-1+氯化膽堿0.05 mg·L-1。利用風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星對泡桐種植環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明泡桐對CO2和粉塵有較強(qiáng)的吸收能力，并有效降低了土壤的pH值。

關(guān)鍵詞 速生抗性；泡桐組培苗；種植；環(huán)境監(jiān)測

中圖分類號：S792.43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.16.077

白花泡桐（Paulownia fortunei）是我國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)目優(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)云二號氣象衛(wèi)星對泡桐種植環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。

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。

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外植體消毒的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對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、2號、3號、4號、5號、6號，并將其研磨成細(xì)粉末狀，烘干待測。1）金屬成分檢測：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儀依次檢測。2）pH測量：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。

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

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)。

（6）

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

水、土壤、大氣等是環(huán)境監(jiān)測的重點(diǎn)，其工作內(nèi)容包括調(diào)查、布點(diǎn)、取樣、測試、分析等[7-8]。通過建立的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(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)云二號氣象衛(wèi)星對泡桐種植環(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，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)生長情況

繼代第20 d白花泡桐生長狀況良好，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)，根的生長速度較快。8～10 d后可觀察到白花泡桐長出大量根系，培養(yǎng)30 d，生根率可達(dá)98%，根的數(shù)量多且壯實(shí)，生長均勻，瓶苗的大部分根可以在整個(gè)培養(yǎng)基上生長。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狀況良好，天橋種植基地和馴化舊基質(zhì)的生長情況不好，其中馴化舊基質(zhì)的苗死亡的情況出現(xiàn)較多，故對這3個(gè)區(qū)域的金屬成分進(jìn)行比對分析，如表2所示。

測定采集的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。

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

通過風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星從2022年12月至2023年8月中旬對泡桐種植環(huán)境中的CO2濃度進(jìn)行監(jiān)測，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。

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。

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。

2.7 衛(wèi)星監(jiān)測種植環(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，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狀況較差，增殖系數(shù)變低且根莖、頂芽、葉柄還會出現(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，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)境生長要對移栽基質(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。

不同的植物生長調(diào)節(jié)劑組合對白花泡桐植株的生長高度、增殖系數(shù)、葉片數(shù)量、腋芽數(shù)會產(chǎn)生一定的影響，在參試因素中，白花泡桐植株生長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)基中植株長得最高的結(jié)論相似[13]。利用風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星對泡桐種植環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明泡桐對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。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧）