利用正交設計研究基質環境對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.江蘇省中國科學院植物研究所，江蘇南京 210014； 2.南京農業大學，江蘇南京 210095；3.中國科學院南京分院東臺灘涂研究院，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]。現代藥理學研究表明，白芨還具有抗腫瘤[4]、抗菌[5]等作用。此外，白芨花色艷麗，也是優良的景觀植物；白芨塊莖中所含的白芨膠，在食品工業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，導致其野生資源貯藏量急劇減少，瀕臨滅絕。目前，白芨已經被列為國家級重點保護野生藥用植物。為了保護白芨野生資源并保障其市場供應，對其進行“野生轉家種”勢在必行[7]。

種苗繁育是植物“野生轉家種”的重要環節，通常采用播種、扦插、分根及組培等方式。白芨種子極多，每個花莖可結果莢3～8個，每個果莢含種子2 000～10 000粒，但其種子極小，呈粉末狀且胚乳極不發達，僅有2～3個胚乳細胞，因此，白芨種子自然散落率和常規人工撫育成苗率極低。當前，農戶多采用分根法繁殖白芨，但其繁殖系數較低，僅為2～3，因此，種苗繁育成為白芨“野生轉家種”規模化生產的瓶頸。應用組織培養技術進行白芨胚體拯救是當前研究的熱點，也是有效的繁殖方法[8-9]，并且已有相關研究的成功報道[10-12]。然而，白芨無菌苗出瓶后的煉苗馴化和促進成苗技術仍不成熟，煉苗成活率較低。

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

目前，國內外對于白芨“野生轉家種”的研究相對較少，不同基質環境對白芨組培苗生長的影響未見報道。鑒于此，筆者對不同基質組合白芨組培苗的馴化成活率和生長狀況進行比較研究，以期明確白芨組培苗的適宜培養基質，并完善白芨種苗繁殖和栽培的技術體系，為白芨產業化栽培提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試白芨組培無菌苗由中國科學院南京分院東臺灘涂研究院和南京綠圃園藝環境工程技術有限公司共同培育并提供；試驗用苔蘚、椰糠和珍珠巖等基質材料均采購自當地市場。

1.2 方法

在露天苗床內，用木板插入土中5 cm，分隔為9個長 0.7 m、寬0.5 m的小區。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。在相同規格的小區面積(0.35 m2)下，苔蘚添加量設置5、10、15 g 3個梯度，分別記作A1、A2、A3；椰糠添加量設置30、60、90 g 3個梯度，分別記作B1、B2、B3；珍珠巖添加量設置40、80、120 g 3個梯度，分別記作C1、C2、C3。根據L9(33)正交表設計9個基質組合，分別為A1B1C1、A1B2C2、A1B3C3、A2B1C2、A2B2C3、A2B3C1、A3B1C3、A3B2C1、A3B3C2。將9個組合的不同基質按照試驗編號拌入9個小區的表層土中，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，各小區均栽植105株幼苗，澆足定根水。每天噴水1～2次，并噴灑30%體積分數的Hoagland營養液1次。10 d后，根據天氣情況，每1～2 d噴水1次。水和營養液均通過噴淋系統統一均勻噴撒。

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

1.3 數據分析

試驗數據采用Excel 2010、SPSS 19.0軟件進行統計和分析，采用One-Way ANOVA對相關數據進行單因素方差分析，采用Duncan’s方法對相關數據進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同基質對白芨組培苗煉苗成活率和株質量的影響

由表1可以看出，不同基質組合對白芨組培苗煉苗成活率和30 d株質量均有影響，9個處理組合中A2B2C3組合基質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。

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

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

由表4可知，不同基質組合對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因子的K值可知，最有利于白芨組培苗移栽成活的基質組合為A2B2C3。這一組合也存在于9個處理組合中，存活率也達到了最高值。

表1 不同基質組合對移栽成活率、生物量影響的直觀分析結果

注：左側、右側k值分別對應存活率、生物量；R1、R2分別對應存活率、生物量。

表2 不同基質對移栽成活率影響的方差分析結果

表3 苔蘚含量水平對移栽成活率影響的差異顯著性分析結果

注：同列數據后標有不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

表4 不同基質對生物量影響的方差分析結果

2.2 不同基質對白芨組培苗移栽后地上部分生長的影響

由表5可見，9個處理組合對白芨組培苗株高(df=8，F=6.459，P=0.001)、葉長(df=8，F=11.890，P<0.001)、葉寬(df=8，F=5.994，P=0.001)和葉片數(df=8，F=4.518，P=0.004)的影響均達到顯著水平。其中，A2B2C3組合最有利于葉片數增多和葉片的伸長生長，葉片數達到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，達到0.91 cm。

本試驗中的4個指標從不同層面考察了不同基質對白芨組培苗地上部分生長的影響，為進一步全面反映各個處理因素及水平對白芨組培苗地上部分生長的綜合效應，本試驗采用綜合評定法，即將同一處理下各指標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(overall desirability，簡稱OD)，并對OD值進行直觀分析。從表5極差分析結果可以看出，3個試驗因素對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組合為A2B2C3。由表6可以看出，3種基質中影響地上部分生長的主要因素為苔蘚，差異達到了顯著水平(P<0.05)。

表5 不同基質組合對白芨組培苗地上部分影響的直觀分析結果

注：同列數據后標有不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。表7同。

表6 不同基質組合對白芨組培苗地上部分綜合指標值影響

2.3 不同基質對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個處理組合對白芨組培苗根數(df=8，F=4.653，P=0.003)、總根長(df=8，F=4.337，P=0.005)和平均根長(df=8，F=3.358，P=0.016)的影響均達到顯著水平，對最長根長影響不顯著(df=8，F=1.841，P>0.05)。其中，A1B3C3組合最有利于根數增多，根數達到 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 不同基質組合對白芨組培苗地下部分影響的直觀分析結果

同樣以D值對白芨組培苗地下部分生長的影響進行直觀分析。從表7極差分析結果可以看出，3個試驗因素對白芨組培苗移栽成活后地下部分生長的影響效應從大到小排序為苔蘚>椰糠>珍珠巖。通過極差比較，篩選出最有利于白芨組培苗地下部分生長的基質組合為A2B3C3。不同基質組合對地下部分影響的方差分析結果見表8。由綜合指標的多因素方差分析結果可以看出，3種基質中對地下部分生長的影響均未達到顯著水平。

表8 不同基質組合對白芨組培苗地下部分綜合指標

3 討論與結論

3.1 栽培基質組合的確定

從試驗結果可以得出，最有利于白芨組培苗移栽成活的基質組合為A2B2C3，即質量比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，成活率達到60.49%；最有利于白芨組培苗地上部分生長的基質組合為A2B2C3，即質量比1 ∶6 ∶12的苔蘚、椰糠、珍珠巖組合最有利于葉片數增多和葉片的伸長生長，葉片數達到3.3張，株高、葉片長分別為0.93、7.81 cm；苔蘚、椰糠、珍珠巖3種基質因素對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組合為A2B3C3，即質量比1 ∶9 ∶12的苔蘚、椰糠、珍珠巖組合。

3.2 基質保濕與白芨組培苗生長的關聯性

綜合不同基質組合對白芨移栽存活率、生物量、地上部分和地下部分生長的影響結果，可以看出不同基質對移栽存活率和地上部分的影響顯著，對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(表層基質+底層園土)的影響，而生物量蓄積包含地上、地下2個部分，因此本試驗中表層基質對生物量的影響未達到顯著水平，可能由于地下園土中的須根質量在生物量中的比重較大。不同基質組合對地上部分生長的顯著影響，說明表層基質對假鱗莖的保濕能夠促進假鱗莖營養向地上部分的轉移，從而促進地上生長。

3.3 不同基質成分對基質保濕的作用

基質環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或扦插基質，發揮的作用大同小異，已應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，有較強的吸收力，排水保肥能力優良，但是作為植物性有機質，容易出現缺素現象。膨脹珍珠巖作為無土載培基質，具有保水性和增加基質空隙、防止土壤板結的功效。

本研究所用3種基質均具有保水作用，然而從試驗結果看出，3種基質對白芨組培苗移栽成活和生長有著不同大小的效應。其中，苔蘚的影響效應最為顯著。苔蘚和椰糠屬有機介質，可以用作肥料，為植株提供營養。珍珠巖屬無機介質，可改良土壤，但提供營養能力弱。椰糠顆粒較粗，容易產生較大空隙，致使白芨組培苗與煉苗基質接觸不夠緊密，從而影響移栽成活率。因此，基質中苔蘚的含量對白芨組培苗移栽至關重要。其中苔蘚作用明顯，適量的苔蘚基質能夠促進組培苗的移栽成活和生長。通過對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，但會與白芨組培苗爭奪養分，導致煉苗植株的死亡。

本研究所用3種基質的組合使用能夠有效保持苗床表層水分，濕度對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，而營養只能靠假鱗莖內積累的營養成分供應。因此，栽培基質表層部分的水分對白芨組培苗的移栽至關重要。

3.4 大田苗床煉苗與大棚煉苗的不同之處

本試驗的白芨組培苗整體成活率不高，雖然本試驗中不同組合間最高成活率達到60.49%，但低于曹婧等利用1 ∶1的珍珠巖、泥炭土基質獲得的93.80%成活率[16]，但其試驗是在大棚內的離地苗床上進行的，不受大田環境影響。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入生產模式，省去2次容器移栽過程及縮短育苗周期，對白芨的種苗繁育更具指導意義。下一步筆者擬通過增加栽培基質厚度及輔助微灌設施的方式，從而提高白芨組培苗大田移栽成活率。

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