利用正交設(shè)計(jì)研究基質(zhì)環(huán)境對(duì)白芨組培苗生長的影響

李乃偉， 湯興利， 束曉春， 徐道華，， 周義峰，3

(1.江蘇省中國科學(xué)院植物研究所，江蘇南京 210014； 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇南京 210095；3.中國科學(xué)院南京分院東臺(tái)灘涂研究院，江蘇鹽城 224200)

白芨[Bletillastriata(Thunb.)Reichb.f.]為蘭科(Orchidaceae)白芨屬(BletillaReichb.f.)多年生宿根草本植物[1]，其干燥塊莖入藥[2]，具有收斂止血、消腫生肌等功效，常用于治療咯血、吐血、外傷出血、瘡瘍腫毒及皮膚皸裂[3]。現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，白芨還具有抗腫瘤[4]、抗菌[5]等作用。此外，白芨花色艷麗，也是優(yōu)良的景觀植物；白芨塊莖中所含的白芨膠，在食品工業(yè)中常用作混懸劑及乳化劑[6]。近年來，白芨原料的市場需求量快速上升，野生白芨遭到瘋狂采挖，導(dǎo)致其野生資源貯藏量急劇減少，瀕臨滅絕。目前，白芨已經(jīng)被列為國家級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生藥用植物。為了保護(hù)白芨野生資源并保障其市場供應(yīng)，對(duì)其進(jìn)行“野生轉(zhuǎn)家種”勢在必行[7]。

種苗繁育是植物“野生轉(zhuǎn)家種”的重要環(huán)節(jié)，通常采用播種、扦插、分根及組培等方式。白芨種子極多，每個(gè)花莖可結(jié)果莢3～8個(gè)，每個(gè)果莢含種子2 000～10 000粒，但其種子極小，呈粉末狀且胚乳極不發(fā)達(dá)，僅有2～3個(gè)胚乳細(xì)胞，因此，白芨種子自然散落率和常規(guī)人工撫育成苗率極低。當(dāng)前，農(nóng)戶多采用分根法繁殖白芨，但其繁殖系數(shù)較低，僅為2～3，因此，種苗繁育成為白芨“野生轉(zhuǎn)家種”規(guī)模化生產(chǎn)的瓶頸。應(yīng)用組織培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行白芨胚體拯救是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，也是有效的繁殖方法[8-9]，并且已有相關(guān)研究的成功報(bào)道[10-12]。然而，白芨無菌苗出瓶后的煉苗馴化和促進(jìn)成苗技術(shù)仍不成熟，煉苗成活率較低。

營養(yǎng)、水分、光照等是組培苗煉苗成活的主要影響因子。煉苗使用的培養(yǎng)基質(zhì)為組培苗根部生長提供營養(yǎng)和水分。因此，基質(zhì)的選擇及配比是影響白芨組培苗煉苗成功的關(guān)鍵因素。

目前，國內(nèi)外對(duì)于白芨“野生轉(zhuǎn)家種”的研究相對(duì)較少，不同基質(zhì)環(huán)境對(duì)白芨組培苗生長的影響未見報(bào)道。鑒于此，筆者對(duì)不同基質(zhì)組合白芨組培苗的馴化成活率和生長狀況進(jìn)行比較研究，以期明確白芨組培苗的適宜培養(yǎng)基質(zhì)，并完善白芨種苗繁殖和栽培的技術(shù)體系，為白芨產(chǎn)業(yè)化栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試白芨組培無菌苗由中國科學(xué)院南京分院東臺(tái)灘涂研究院和南京綠圃園藝環(huán)境工程技術(shù)有限公司共同培育并提供；試驗(yàn)用苔蘚、椰糠和珍珠巖等基質(zhì)材料均采購自當(dāng)?shù)厥袌觥?/p>

1.2 方法

在露天苗床內(nèi)，用木板插入土中5 cm，分隔為9個(gè)長 0.7 m、寬0.5 m的小區(qū)。苗床基部使用園土，表層使用不同配比的苔蘚、椰糠和珍珠巖混合基質(zhì)。在相同規(guī)格的小區(qū)面積(0.35 m2)下，苔蘚添加量設(shè)置5、10、15 g 3個(gè)梯度，分別記作A1、A2、A3；椰糠添加量設(shè)置30、60、90 g 3個(gè)梯度，分別記作B1、B2、B3；珍珠巖添加量設(shè)置40、80、120 g 3個(gè)梯度，分別記作C1、C2、C3。根據(jù)L9(33)正交表設(shè)計(jì)9個(gè)基質(zhì)組合，分別為A1B1C1、A1B2C2、A1B3C3、A2B1C2、A2B2C3、A2B3C1、A3B1C3、A3B2C1、A3B3C2。將9個(gè)組合的不同基質(zhì)按照試驗(yàn)編號(hào)拌入9個(gè)小區(qū)的表層土中，充分拌勻。再將開瓶鍛煉3 d的白芨組培瓶苗移栽至各育苗小區(qū)，各小區(qū)均栽植105株幼苗，澆足定根水。每天噴水1～2次，并噴灑30%體積分?jǐn)?shù)的Hoagland營養(yǎng)液1次。10 d后，根據(jù)天氣情況，每1～2 d噴水1次。水和營養(yǎng)液均通過噴淋系統(tǒng)統(tǒng)一均勻噴撒。

移栽后每天觀察幼苗生長情況，30 d后統(tǒng)計(jì)各苗床中白芨幼苗的存活數(shù)，并在各組合中分別選取長勢較一致的10株試驗(yàn)苗，測量其株高、單株鮮質(zhì)量、單株葉片數(shù)、最大葉長度和寬度、單株根數(shù)及最長根長和所有根長的平均值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010、SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，采用One-Way ANOVA對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan’s方法對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基質(zhì)對(duì)白芨組培苗煉苗成活率和株質(zhì)量的影響

由表1可以看出，不同基質(zhì)組合對(duì)白芨組培苗煉苗成活率和30 d株質(zhì)量均有影響，9個(gè)處理組合中A2B2C3組合基質(zhì)栽種的白芨苗存活率最高，為60.49%，為最低組合A3B3C2存活率的2.25倍；A2B3C1組合蓄積生物量最大，為1.46 g，是最低組合A3B3C2蓄積生物量的3.17倍。

對(duì)表1中極差R1大小的比較分析可知，3個(gè)試驗(yàn)因素對(duì)存活率的影響從大到小依次為苔蘚、椰糠、珍珠巖；對(duì)極差R2大小的比較表明，對(duì)生物量的影響從大到小依次為苔蘚、珍珠巖、椰糠。方差分析結(jié)果表明：3種基質(zhì)因子中影響移栽成活率的主要為苔蘚，對(duì)移栽成活率影響達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，而椰糠、珍珠巖對(duì)其影響均不顯著(表2)。

用Duncan’s方法檢驗(yàn)苔蘚不同含量水平對(duì)移栽成活率的影響，由表3方差分析結(jié)果看出，不同苔蘚含量水平對(duì)移栽成活率有較大影響。當(dāng)苔蘚質(zhì)量為10 g時(shí)，移栽成活率最高，基質(zhì)中苔蘚成分增加或減少均會(huì)降低移栽成活率，且差異達(dá)到極顯著水平(df=2，F(xiàn)=23.913，P=0.001)。

由表4可知，不同基質(zhì)組合對(duì)白芨組培苗移栽后生長的影響差異均不顯著。

通過直觀分析各基質(zhì)因子的K值可知，最有利于白芨組培苗移栽成活的基質(zhì)組合為A2B2C3。這一組合也存在于9個(gè)處理組合中，存活率也達(dá)到了最高值。

表1 不同基質(zhì)組合對(duì)移栽成活率、生物量影響的直觀分析結(jié)果

注：左側(cè)、右側(cè)k值分別對(duì)應(yīng)存活率、生物量；R1、R2分別對(duì)應(yīng)存活率、生物量。

表2 不同基質(zhì)對(duì)移栽成活率影響的方差分析結(jié)果

表3 苔蘚含量水平對(duì)移栽成活率影響的差異顯著性分析結(jié)果

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)有不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

表4 不同基質(zhì)對(duì)生物量影響的方差分析結(jié)果

2.2 不同基質(zhì)對(duì)白芨組培苗移栽后地上部分生長的影響

由表5可見，9個(gè)處理組合對(duì)白芨組培苗株高(df=8，F(xiàn)=6.459，P=0.001)、葉長(df=8，F(xiàn)=11.890，P<0.001)、葉寬(df=8，F(xiàn)=5.994，P=0.001)和葉片數(shù)(df=8，F(xiàn)=4.518，P=0.004)的影響均達(dá)到顯著水平。其中，A2B2C3組合最有利于葉片數(shù)增多和葉片的伸長生長，葉片數(shù)達(dá)到3.3張，株高、葉片長分別為0.93、7.81 cm；A2B1C2組合最有利于葉片寬的生長，達(dá)到0.91 cm。

本試驗(yàn)中的4個(gè)指標(biāo)從不同層面考察了不同基質(zhì)對(duì)白芨組培苗地上部分生長的影響，為進(jìn)一步全面反映各個(gè)處理因素及水平對(duì)白芨組培苗地上部分生長的綜合效應(yīng)，本試驗(yàn)采用綜合評(píng)定法，即將同一處理下各指標(biāo)測定值與各處理中的最高測定值的比值相加，得到該處理的地上生長綜合指標(biāo)(overall desirability，簡稱OD)，并對(duì)OD值進(jìn)行直觀分析。從表5極差分析結(jié)果可以看出，3個(gè)試驗(yàn)因素對(duì)白芨組培苗移栽成活后地上部分生長的影響從大到小為苔蘚、椰糠、珍珠巖。通過極差比較，篩選出最有利于白芨組培苗地上部分生長的基質(zhì)組合為A2B2C3。由表6可以看出，3種基質(zhì)中影響地上部分生長的主要因素為苔蘚，差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。

表5 不同基質(zhì)組合對(duì)白芨組培苗地上部分影響的直觀分析結(jié)果

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)有不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。表7同。

表6 不同基質(zhì)組合對(duì)白芨組培苗地上部分綜合指標(biāo)值影響

2.3 不同基質(zhì)對(duì)白芨組培苗移栽后地下部分生長的影響

由表7可以看出，9個(gè)處理組合對(duì)白芨組培苗根數(shù)(df=8，F(xiàn)=4.653，P=0.003)、總根長(df=8，F(xiàn)=4.337，P=0.005)和平均根長(df=8，F(xiàn)=3.358，P=0.016)的影響均達(dá)到顯著水平，對(duì)最長根長影響不顯著(df=8，F(xiàn)=1.841，P>0.05)。其中，A1B3C3組合最有利于根數(shù)增多，根數(shù)達(dá)到 10.3 條；A2B3C1組合最有利于根系伸長生長，總根長、最長根長、平均根長分別為56.87、10.04、5.79 cm。

表7 不同基質(zhì)組合對(duì)白芨組培苗地下部分影響的直觀分析結(jié)果

同樣以D值對(duì)白芨組培苗地下部分生長的影響進(jìn)行直觀分析。從表7極差分析結(jié)果可以看出，3個(gè)試驗(yàn)因素對(duì)白芨組培苗移栽成活后地下部分生長的影響效應(yīng)從大到小排序?yàn)樘μ\>椰糠>珍珠巖。通過極差比較，篩選出最有利于白芨組培苗地下部分生長的基質(zhì)組合為A2B3C3。不同基質(zhì)組合對(duì)地下部分影響的方差分析結(jié)果見表8。由綜合指標(biāo)的多因素方差分析結(jié)果可以看出，3種基質(zhì)中對(duì)地下部分生長的影響均未達(dá)到顯著水平。

表8 不同基質(zhì)組合對(duì)白芨組培苗地下部分綜合指標(biāo)

3 討論與結(jié)論

3.1 栽培基質(zhì)組合的確定

從試驗(yàn)結(jié)果可以得出，最有利于白芨組培苗移栽成活的基質(zhì)組合為A2B2C3，即質(zhì)量比1 ∶6 ∶12的苔蘚、椰糠、珍珠巖組合最有利于提高白芨組培苗的馴化成活率，成活率達(dá)到60.49%；最有利于白芨組培苗地上部分生長的基質(zhì)組合為A2B2C3，即質(zhì)量比1 ∶6 ∶12的苔蘚、椰糠、珍珠巖組合最有利于葉片數(shù)增多和葉片的伸長生長，葉片數(shù)達(dá)到3.3張，株高、葉片長分別為0.93、7.81 cm；苔蘚、椰糠、珍珠巖3種基質(zhì)因素對(duì)白芨地下部分生長的綜合影響差異不顯著，直觀分析得出的最有利于白芨組培苗地下部分生長的基質(zhì)組合為A2B3C3，即質(zhì)量比1 ∶9 ∶12的苔蘚、椰糠、珍珠巖組合。

3.2 基質(zhì)保濕與白芨組培苗生長的關(guān)聯(lián)性

綜合不同基質(zhì)組合對(duì)白芨移栽存活率、生物量、地上部分和地下部分生長的影響結(jié)果，可以看出不同基質(zhì)對(duì)移栽存活率和地上部分的影響顯著，對(duì)生物量和地下部分的影響不顯著。說明白芨組培苗的移栽存活主要受表層基質(zhì)成分的保濕性影響，地下部分的生長可能主要受整體栽培土質(zhì)(表層基質(zhì)+底層園土)的影響，而生物量蓄積包含地上、地下2個(gè)部分，因此本試驗(yàn)中表層基質(zhì)對(duì)生物量的影響未達(dá)到顯著水平，可能由于地下園土中的須根質(zhì)量在生物量中的比重較大。不同基質(zhì)組合對(duì)地上部分生長的顯著影響，說明表層基質(zhì)對(duì)假鱗莖的保濕能夠促進(jìn)假鱗莖營養(yǎng)向地上部分的轉(zhuǎn)移，從而促進(jìn)地上生長。

3.3 不同基質(zhì)成分對(duì)基質(zhì)保濕的作用

基質(zhì)環(huán)境是影響組培苗煉苗和扦插苗生根的重要元素之一，影響著成活率和根系活力。苔蘚、椰糠和珍珠巖作為常用的保水型栽培基質(zhì)或扦插基質(zhì)，發(fā)揮的作用大同小異，已應(yīng)用于多種植物的組培苗煉苗和扦插繁殖中[13-15]。苔蘚植物具有保持水土的作用，植株之間的空隙很多，具有良好的保持土壤和貯蓄水分的作用。椰糠顆粒較粗，有較強(qiáng)的吸收力，排水保肥能力優(yōu)良，但是作為植物性有機(jī)質(zhì)，容易出現(xiàn)缺素現(xiàn)象。膨脹珍珠巖作為無土載培基質(zhì)，具有保水性和增加基質(zhì)空隙、防止土壤板結(jié)的功效。

本研究所用3種基質(zhì)均具有保水作用，然而從試驗(yàn)結(jié)果看出，3種基質(zhì)對(duì)白芨組培苗移栽成活和生長有著不同大小的效應(yīng)。其中，苔蘚的影響效應(yīng)最為顯著。苔蘚和椰糠屬有機(jī)介質(zhì)，可以用作肥料，為植株提供營養(yǎng)。珍珠巖屬無機(jī)介質(zhì)，可改良土壤，但提供營養(yǎng)能力弱。椰糠顆粒較粗，容易產(chǎn)生較大空隙，致使白芨組培苗與煉苗基質(zhì)接觸不夠緊密，從而影響移栽成活率。因此，基質(zhì)中苔蘚的含量對(duì)白芨組培苗移栽至關(guān)重要。其中苔蘚作用明顯，適量的苔蘚基質(zhì)能夠促進(jìn)組培苗的移栽成活和生長。通過對(duì)苔蘚用量水平的比較可以看出，用量不可以過大，過量的苔蘚生長雖然具有保濕作用，但會(huì)與白芨組培苗爭奪養(yǎng)分，導(dǎo)致煉苗植株的死亡。

本研究所用3種基質(zhì)的組合使用能夠有效保持苗床表層水分，濕度對(duì)提高白芨組培苗的移栽成活率及地上部分生長具有著重要意義。在白芨組培苗馴化過程中，根系活力不足，地上部分水分只能靠外部提供，而營養(yǎng)只能靠假鱗莖內(nèi)積累的營養(yǎng)成分供應(yīng)。因此，栽培基質(zhì)表層部分的水分對(duì)白芨組培苗的移栽至關(guān)重要。

3.4 大田苗床煉苗與大棚煉苗的不同之處

本試驗(yàn)的白芨組培苗整體成活率不高，雖然本試驗(yàn)中不同組合間最高成活率達(dá)到60.49%，但低于曹婧等利用1 ∶1的珍珠巖、泥炭土基質(zhì)獲得的93.80%成活率[16]，但其試驗(yàn)是在大棚內(nèi)的離地苗床上進(jìn)行的，不受大田環(huán)境影響。本研究將組培苗直接在大田苗床上煉苗，可使白芨組培苗出瓶后直接進(jìn)入生產(chǎn)模式，省去2次容器移栽過程及縮短育苗周期，對(duì)白芨的種苗繁育更具指導(dǎo)意義。下一步筆者擬通過增加栽培基質(zhì)厚度及輔助微灌設(shè)施的方式，從而提高白芨組培苗大田移栽成活率。

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