殷庭超，王怡超，楊鵬三，買梓杰，劉信寶，張 敬，徐 彬

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，江蘇南京 210095）

牛至(Origanum vulgure)是唇形科牛至屬多年生草本或半灌木，別名隨經(jīng)草、香薷或茵陳等[1]。牛至天然分布于歐亞大陸。在我國，野生牛至在南至云南、廣東，北至新疆、甘肅，以及長江流域和臺灣省均有分布[1-2]。牛至用途廣泛，我國在東漢就有將牛至藥用的記錄[3]。而在地中海地區(qū)，牛至常被作為食用香料使用，由于常被用于披薩調(diào)味，也被稱為披薩草[4]。近年來，人們發(fā)現(xiàn)從牛至全株提取的芳香精油具有抗菌抑菌[5-6]、抗氧化[5,7]、提高飼草利用率[8]以及改善畜牧品質(zhì)的作用[9]。牛至精油已經(jīng)被用作優(yōu)質(zhì)天然飼料添加劑在畜牧養(yǎng)殖中使用[10]。

隨著牛至需求量日益增大，規(guī)模化生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牛至勢在必行。而我國目前仍以牛至野生資源開發(fā)為主，尚無大規(guī)模人工栽培[11]。我國野生牛至主產(chǎn)地的牛至精油含量偏低，精油含量(體積質(zhì)量比)不足葉片干重的1%。因此，篩選優(yōu)質(zhì)牛至種質(zhì)，并建立牛至種質(zhì)的高效擴(kuò)繁技術(shù)是牛至栽培技術(shù)體系的重要一環(huán)。

育苗繁殖是牛至栽培技術(shù)體系的重要一環(huán)。植物繁殖主要包括有性繁殖和無性繁殖兩大類[12]。其中，扦插繁殖是無性繁殖的重要方式之一，不僅能夠保持母株的優(yōu)良性狀，且簡便易行、經(jīng)濟(jì)適用[13]。目前，謝黨恩和永雪薇[14]的研究表明，牛至插穗在黃沙中的存活率最高，但僅可達(dá)75%；張紅瑞等[15]報道，牛至莖中部插穗的成活率高于梢部或基部插穗，但僅50%，而莖梢的成活率僅13.33%；用生長素類生長調(diào)節(jié)劑萘乙酸處理4 h 能夠顯著提高牛至插穗成活率和生根量。

目前，對于牛至扦插繁殖的研究基本都是對牛至插穗的預(yù)處理，然而有研究表明，不同的基質(zhì)配比和營養(yǎng)液澆灌能夠顯著提高插穗的生根率，改善幼苗的生長狀況[16-17]。但通過適宜補(bǔ)充營養(yǎng)元素或改良扦插基質(zhì)配比以提高牛至幼苗品質(zhì)的研究尚未見報道，從插穗培育健壯牛至幼苗技術(shù)也待提高。本研究以篩選出的優(yōu)質(zhì)牛至株系為材料，探索了不同濃度營養(yǎng)液和栽培基質(zhì)對牛至扦插效率的影響，為牛至優(yōu)質(zhì)株系的擴(kuò)繁和推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

研究在江蘇省南京市溧水區(qū)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)白馬教學(xué)科研基地的全自動化玻璃溫室內(nèi)開展(119°18′71.96″E，31°62′00.06″N)。溫室內(nèi)的晝夜溫度設(shè)置為28℃/23 ℃，實際溫度為設(shè)定溫度的±5 ℃，濕度為25%～42%。無遮陰或補(bǔ)光處理。

1.2 供試材料

所有供試材料取自南京農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院草類生理與分子生物學(xué)實驗室自主選育的同一個牛至株系(暫命名為“希牛1號”)。該株系精油含量> 2%，是野生普通牛至精油含量的2～10倍，生物量產(chǎn)量約為30 000 kg·hm?2，且耐旱性強(qiáng)，通過營養(yǎng)體擴(kuò)繁后已在田間栽培2年，田間綜合表型性狀佳。為保證供試插穗的一致性，選擇長勢一致、枝條粗壯、無病害的植株，截取莖梢部6～7 cm 作為插穗，每個插穗留葉4對。插穗從母株上剪下后浸泡在清水中，扦插時將基部剪去，插條插入基質(zhì)2～3 cm。

1.3 試驗設(shè)計

各處理均重復(fù)4次。將牛至插穗扦插于內(nèi)徑為9 cm、高7.9 cm 的塑料花盆內(nèi)，每5個花盆視為一個重復(fù)。扦插所用基質(zhì)為不同配比的泥炭土(丹麥品式托普泥炭土，pH 5.5～6.0，粒徑<6 mm)和蛭石粉(粒徑<2 mm)。扦插前基質(zhì)用清水浸濕，保持濕潤。

1.3.1不同大量元素濃度營養(yǎng)液設(shè)置

牛至扦插后，分別使用含有0.125倍(C1)、0.25倍(C2)、0.5倍(C3)、1倍(C4)、2倍(C5)5個不同大量元素濃度的改良Hoagland 營養(yǎng)液(以下簡稱“營養(yǎng)液”)澆灌，以清水作為對照(CK)。扦插完成后澆灌各處理所對應(yīng)的營養(yǎng)液或清水，營養(yǎng)液澆灌頻率為每周1次。扦插基質(zhì)為體積比1∶ 1的泥炭土和蛭石粉。

1.3.2不同基質(zhì)配比設(shè)置

分別選用泥炭土和蛭石體積配比為100∶0(S1)、75∶25(S2)、50∶50(S3)、25∶75(S4)和0∶100(S5)的扦插基質(zhì)作為5個處理，每周澆灌0.25×Hoagland營養(yǎng)液。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

扦插40 d 后測量各處理的插穗存活率、生根率、鮮重、芽數(shù)、株高和分枝數(shù)。將根系洗凈后，用掃描儀(愛普生，12000XL，日本)掃描根系，使用WinRHIZO軟件(V5.0，加拿大)統(tǒng)計各處理插穗總根長、根平均直徑、根表面積、根體積以及根尖數(shù)量；并統(tǒng)計0≤d<0.25、0.25≤d<0.5、0.5≤d <1、d ≥1 mm 不同直徑(d)的根系[18]。

采用SPSS 21.0統(tǒng)計分析試驗數(shù)據(jù)；采用DUNCAN分析對觀測所得各指標(biāo)均值進(jìn)行多重比較，標(biāo)記不同處理下差異顯著性(P< 0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度營養(yǎng)液對牛至插穗的影響

澆灌不同濃度的營養(yǎng)液對牛至插穗存活率和生長均有不同影響(表1)。與對照組相比，C1、C2、C3和C4處理均顯著提高了牛至插穗的存活率、株高和單株鮮重(P<0.05)，插穗各地上部生長指標(biāo)均隨營養(yǎng)液濃度的增加而呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。而C5處理對牛至插穗存活率和生長的促進(jìn)效果不顯著(P≥0.05)。其中，C2處理后，牛至插穗的各地上部生長指標(biāo)均達(dá)到最大值，與對照相比，株高、分枝數(shù)和單株鮮重分別增加了97%、38%和242%。

表1 不同濃度營養(yǎng)液對牛至插穗地上部生長的影響Table1 Effectsof different concentrationsof modified Hoagland'snutrient solution on shoot growth of oregano cuttings

澆灌不同濃度營養(yǎng)液不僅促進(jìn)了牛至的地上部生長，也同時促進(jìn)了牛至的根系發(fā)生和生長(表2、圖1)。各處理對根系發(fā)生和生長的促進(jìn)效果與對地上部生長的效果基本一致。不同濃度營養(yǎng)液對牛至的生根率影響不同。插穗的生根率隨著營養(yǎng)液濃度的生根表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢，在C3處理時，插穗生根率為100%，而C5處理時，插穗生根率低于對照，為75%(表2)。

圖1 不同濃度營養(yǎng)液后牛至插穗根系掃描圖Figure 1 Root scanning of oregano cuttings with different concentrations of modified Hoagland's nutrient solution

與對照組相比，除C4處理的根表面積低于對照(P≥0.05)外，C1、C2、C3和C4處理促進(jìn)了根長、根尖數(shù)、根表面積和根體積，而C5處理顯著抑制了根尖數(shù)、根表面積(P<0.05)。各處理中，C2處理的效果最佳，與對照組相比，其總根長、根尖數(shù)、根表面積和根體積分別增加了287%、662%、153%和464%(表2)。

表2 不同濃度營養(yǎng)液對牛至插穗根系生長的影響Table 2 Effectsof different concentrationsof modified Hoagland'snutrient solution on root growth of oregano

依據(jù)根系直徑的不同，將根分為0≤d<0.25、0.25≤d<0.5、0.5≤d<1、d ≥1 mm共4種類型。隨著營養(yǎng)液濃度提高，4種類型的根長和根表面積也基本呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(表3)。其中，C2處理促進(jìn)根系中各類型根生長的效果均為最佳，4種根類型的長度分別為756.17、294.55、88.98和21.97 cm，根 表 面積 分 別為21.97、29.48、18.22和12.87 mm2，顯著高于其他濃度營養(yǎng)液處理(P< 0.05)。

表3 改良霍格蘭營養(yǎng)液濃度在不同根系直徑分級下對根系總長度、根表面積影響Table 3 Effect of modified Hoagland's nutrient solution concentration on total root length and root surface area under different root diameter classification

2.2 不同基質(zhì)配比對牛至插穗生長的影響

進(jìn)一步分析扦插基質(zhì)中的5種泥炭土和蛭石配比對牛至插穗的影響(表4)發(fā)現(xiàn)，在統(tǒng)一澆灌0.25×Hoagland 營養(yǎng)液后，各基質(zhì)處理下的插穗存活率均高于90%，其中S4和S5處理下插穗存活率為100%，但各處理間沒有顯著差異(P> 0.05)。

不同基質(zhì)配比對牛至插穗生長影響不同(表4)。單株鮮重隨著蛭石占比增加呈現(xiàn)出先升后降的趨勢。其中，S4處理最佳，單株鮮重、株高和分枝數(shù)均為各處理中最大。

表4 不同基質(zhì)配比對牛至插穗地上部生長的影響Table 4 Effectsof different substrate ratios on shoot growth of oregano cuttings

不同基質(zhì)配比影響了牛至插穗的生根率(表5)。其中，S4和S5處理下插穗的生根率均為100%；而單一泥炭土的基質(zhì)(S1處理)則不利于牛至插穗的生根，生根率僅為80%。

在不同基質(zhì)配比下，牛至插穗根系生長也呈現(xiàn)出差異(圖2、表5)。其中，S4處理時，總根長、根尖數(shù)、根表面積和根體積均最大；而S2處理后，其根長、根尖數(shù)、根表面積和根體積均最低，表明其根系生長較差。

圖2 不同泥炭土和蛭石配比處理后牛至插穗根系掃描圖Figure 2 Root scanning of oregano cuttings after different peat soil and vermiculite ratio treatment

表5 不同泥炭土和蛭石配比對牛至插穗根系生長的影響Table 5 Effects of different ratiosof peat soil and vermiculite on root growth of oregano cuttings

基質(zhì)配比也顯著影響了根系中不同類型根的生長(P<0.05)。S2處理時，牛至根系平均直徑最大，而根系生長較好的S4處理中根平均直徑最小(表5)。在不同根直徑分級下，S4處理時，插穗總根長和根表面積均顯著高于其他處理(P<0.05)；而當(dāng)泥炭土占比為100%和75%時(S1和S2處理)，插穗的總根長和總表面積均處于較低水平，表明泥炭過多不利于牛至插穗根系的發(fā)展(表6)。與營養(yǎng)液濃度篩選的試驗相似，根系生長狀況較好的處理，在0 ≤d <0.25 mm 的根系直徑下，其根長度較長，因此其根系的平均直徑較其他處理小(表6)。

表6 不同泥炭土和蛭石配比處理在不同根系直徑分級下的根系總長度和根表面積Table 6 Effectsof different peat soil and vermiculite ratio on total root length and root surface area under different root diameter classification

3 討論

扦插繁殖是植物無性繁殖中重要的手段之一，通過扦插繁殖，可以在較短的時間內(nèi)獲得大量與母株遺傳背景一致的材料[19]。在植物的扦插生根前期，插穗主要是通過呼吸作用消耗貯藏的營養(yǎng)物質(zhì)，為細(xì)胞分裂、組織分化和器官的形成提供營養(yǎng)，在不定根發(fā)生前，插穗從基質(zhì)中吸收養(yǎng)分的能力弱[20]。因此，扦插苗的不定根發(fā)生是插穗成活的關(guān)鍵因素之一[21]。大量研究表明，基質(zhì)種類、生長調(diào)節(jié)劑、溫度、濕度和光照等因素會影響插穗的生長狀況[22]。

由于插穗傷口的愈合和新根的發(fā)生都需要消耗大量的養(yǎng)分，若不加以補(bǔ)充，會導(dǎo)致插穗生長速率下降或死亡[23]。營養(yǎng)液能夠及時補(bǔ)充植物的各種養(yǎng)分虧缺，有利于活化根系細(xì)胞分裂活動，促進(jìn)根系快速生成[24]。因此，澆灌適宜濃度及配比的營養(yǎng)液可促進(jìn)插穗迅速生長和根系發(fā)育[25]。本研究探討5種不同濃度Hoagland 營養(yǎng)液對牛至插穗生長的影響，結(jié)果表明，隨著營養(yǎng)液濃度增加，牛至插穗的鮮重、分枝數(shù)等地上指標(biāo)以及總根長、根表面積等根系指標(biāo)均呈先升后降的趨勢。其中，0.25×營養(yǎng)液(C2處理)促進(jìn)牛至插穗的存活和生長的作用顯著(P<0.05)，且有利于根系的擴(kuò)展和毛狀根的生成。而隨著大量元素濃度的升高，營養(yǎng)液對牛至插穗生長促進(jìn)效果減弱，這可能是相應(yīng)的高濃度離子引起牛至細(xì)胞內(nèi)水分反滲透，造成插穗脫水的鹽害作用相關(guān)；也可能與某個單一大量元素對牛至根系發(fā)生的抑制作用有關(guān)，具體機(jī)理有待進(jìn)一步研究。與本研究結(jié)果一致，有研究表明[26]用0.25×MS(Murashige&Skoog culture medium)和200 mg·L?1的NaHSO3可以有效改善高山檜(Sabina chinensis)的生根效果，使其生根率提高了35%；此外，李政璞等[27]也發(fā)現(xiàn)，隨著營養(yǎng)液濃度的增加，水芹(Oenanthe javanica)生物量、光合參數(shù)、可溶性蛋白等指標(biāo)均呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，1.5×營養(yǎng)液濃度最有利于水芹生長和品質(zhì)提升；而有研究表明[28]，不同濃度營養(yǎng)液對勛章菊(Gazania rigens)扦插結(jié)果也與本研究結(jié)論相似，0.25×營養(yǎng)液處理后根系長度顯著高于其他處理(P<0.05)，而1×和2×濃度營養(yǎng)液處理后根系生長顯著受抑制(P> 0.05)，沒有根系產(chǎn)生。各研究結(jié)果表明，雖然不同植物所適的營養(yǎng)液濃度有所差異，但在扦插或植物生長過程中，適宜濃度營養(yǎng)液有利于植物生長發(fā)育。

扦插基質(zhì)的選擇對于插穗成活和生長至關(guān)重要，其主要作用為支撐插穗并為插穗提供水分和營養(yǎng)元素。謝黨恩和永雪薇[16]發(fā)現(xiàn)，使用消毒滅蟲的黃沙作為基質(zhì)，牛至插穗的存活率最高可達(dá)75%。朱富勇等[29]發(fā)現(xiàn)以珍珠巖–腐殖土–蛭石(體積比為1∶1∶1)為基質(zhì)，青牛膽(Tinospora sagittata)的扦插成活率最高，株高、根數(shù)和平均根長等指標(biāo)的綜合效果最優(yōu)。周余華等[30]探討不同基質(zhì)對圓錐繡球(Hydrangea paniculata)插條的影響，結(jié)果表明，體積比為1∶1 的泥炭和蛭石混合基質(zhì)使圓錐繡球的生根率最高，蛭石處理后生根數(shù)量最多，以泥炭為扦插基質(zhì)，繡球的新枝高度最高和分枝數(shù)量最多。鄧群仙等[31]發(fā)現(xiàn)，珍珠巖、蛭石以及兩者混合的基質(zhì)均有利于牛至插條生根，但單一蛭石基質(zhì)更有利于其不定根的生長。本研究選用規(guī)?；a(chǎn)中常用的輕質(zhì)基質(zhì)蛭石和泥炭為材料，探究其不同比例對牛至插穗存活和生長的影響。其中，蛭石的孔隙度大、保水和透氣性好，而泥炭的營養(yǎng)元素含量更豐富。結(jié)果表明，泥炭和蛭石體積比25∶75的處理(S4處理)，牛至分枝數(shù)量、芽數(shù)最多，株高最高、鮮重最大，且總根長、根表面積、根體積和根尖數(shù)目等根系指標(biāo)均最好。此外，對比各處理在不同根直徑分級下的根長和根面積可知，泥炭和蛭石體積比25∶75的處理(S4處理)對各根直徑分級下的牛至根系生長均有促進(jìn)作用。

插條體內(nèi)貯存的營養(yǎng)物質(zhì)和內(nèi)源激素水平也影響插條生根和成活率。有研究表明，同一扦插枝條不同部位所含的營養(yǎng)物質(zhì)、內(nèi)源激素存在差異[32]。糖類物質(zhì)是植物體內(nèi)主要營養(yǎng)的儲藏和運輸形式，扦插生根前主要靠插穗自身的營養(yǎng)物質(zhì)為其根系的生長提供能量[23]。研究表明，插穗生根與插穗含糖量有關(guān)[33]。張應(yīng)團(tuán)[34]發(fā)現(xiàn)，杜仲(Eucommia ulmoides)枝條中部總糖和蔗糖含量高于梢部，使用中部進(jìn)行扦插成活率高于梢部；此外，不同的內(nèi)源激素水平對扦插效果也產(chǎn)生影響。有研究表明[35]，幼嫩的梢部代謝旺盛，內(nèi)源GAs(gibberellins)和IAA(indole-3-acetic acid)含量高，有利于植物生長，且隨著枝條老化，內(nèi)源激素含量會逐漸降低，莖基部含量最低。綜合考慮，莖中段取材方便，且總糖量和激素水平適中，適宜作為扦插材料。張紅瑞等[15]報道牛至莖梢部插穗的成活率僅為13.3%，顯著低于莖中段插穗的成活率。在前期試驗中也發(fā)現(xiàn)莖中部插穗更容易生根、成活，這與張紅瑞等[15]的報道一致。但為了保證所用插穗的一致性，本研究所用插穗均取自成活率較低的莖梢部(頂端)；而在該研究條件下，使用泥炭和蛭石體積比25∶75的基質(zhì)并澆灌0.25×Hoagland 營養(yǎng)液，牛至插穗的存活率、生根率仍可以達(dá)到100%，顯著高于以往報道[16,31]，且插穗生長速度快、根系發(fā)達(dá)、植株健壯。因此，該扦插繁殖條件適宜在牛至工廠化育苗中推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

扦插基質(zhì)配比和營養(yǎng)液濃度均影響牛至插穗的根系發(fā)生和地上部植株生長。泥炭和蛭石體積比25∶75作為育苗基質(zhì)，每周澆灌0.25×Hoagland 營養(yǎng)液，可以有效促進(jìn)插穗不定根的發(fā)生和生長，并促進(jìn)插穗的分枝發(fā)生和莖葉生長。