基于正交試驗(yàn)的白樺扦插生根影響因素優(yōu)化

李政綸，陳 坤，姜 靜

(東北林業(yè)大學(xué) 林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150040)

白樺(BetulaplatyphyllaSuks.)是東北地區(qū)的重要闊葉鄉(xiāng)土速生樹(shù)種之一，其適應(yīng)性和抗逆性較強(qiáng)，是非常優(yōu)良的膠合板材和紙漿材樹(shù)種。自20世紀(jì)90年代起，相繼開(kāi)展了白樺優(yōu)良種質(zhì)的選擇、優(yōu)良家系和無(wú)性系選擇、雜交育種、基因工程育種等研究，篩選出了一批優(yōu)良種質(zhì)、家系和優(yōu)良個(gè)體等良種[1-6]。但白樺與其他林木一樣存在基因型高度雜合性和自交不育性，因此，建立高效的無(wú)性繁殖方法，進(jìn)而保持白樺良種的優(yōu)良品質(zhì)已是該樹(shù)種的研究重點(diǎn)。目前，白樺的組培擴(kuò)繁技術(shù)已經(jīng)建立[7]，但是該技術(shù)需要專(zhuān)業(yè)設(shè)備、組培專(zhuān)業(yè)人員操作，因而，很難在各生產(chǎn)實(shí)踐部門(mén)大范圍推廣應(yīng)用；嫁接繁殖也需要具有豐富經(jīng)驗(yàn)的人員操作，同樣也很難在生產(chǎn)基層推廣應(yīng)用。扦插是傳統(tǒng)的無(wú)性繁殖中應(yīng)用前景最廣泛的一種技術(shù)手段，該技術(shù)具有簡(jiǎn)單易行、成本低等特點(diǎn)。20世紀(jì)90年代初，盡管有白樺嫩枝扦插繁殖技術(shù)的相關(guān)報(bào)道，但由于白樺不同無(wú)性系間生根能力差異很大，至今尚未建立一套易推廣的扦插繁殖技術(shù)[8-9]。因此，本文以白樺嫩枝為材料，研究了激素種類(lèi)、激素質(zhì)量濃度、處理時(shí)間對(duì)白樺扦插成活的影響，建立了白樺扦插生根技術(shù)體系，為白樺良種的規(guī)模化生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

采穗母樹(shù)為定植于東北林業(yè)大學(xué)白樺育種基地4年生的白樺(Betulaplatyphylla×Betulapendula)家系，于2019年早春將白樺母樹(shù)截干，截干高度為15 cm。于2019年6月下旬待截干母樹(shù)長(zhǎng)出萌條后，采集健康、長(zhǎng)勢(shì)一致的當(dāng)年生枝條制穗，剪去枝條的頂梢和基部，將枝條的中間部位剪成長(zhǎng)6～8 cm的插穗，并剪除插條基部的葉片，每個(gè)插穗頂端留1～2片葉、下部剪成平滑切口。將插條按正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行處理后，扦插于消毒后的插床基質(zhì)中，扦插株行距為10 cm×6 cm，深度為插穗的1/2。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用L25(53)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)激素種類(lèi)(A)、激素濃度(B)、激素處理時(shí)間(C)3個(gè)因素，每個(gè)因素5水平，具體因素和水平見(jiàn)表1。試驗(yàn)共計(jì)25個(gè)處理組合(表2)，每處理20個(gè)插條，3次重復(fù)，每處理組合共計(jì)60個(gè)插條。

1.2.2 扦插基質(zhì)與管理 扦插基質(zhì)為蛭石∶河沙∶珍珠巖=1∶1∶1，扦插苗床設(shè)在塑料棚中，苗床長(zhǎng)3.8 m、寬1.2 m，基質(zhì)厚度為20 cm，25個(gè)處理扦插于1個(gè)苗床中，3次重復(fù)，試驗(yàn)共計(jì)3個(gè)苗床。插穗生根期間用遮陽(yáng)網(wǎng)調(diào)控棚中光照強(qiáng)度，并安裝自動(dòng)噴灌系統(tǒng)、自動(dòng)定時(shí)造霧設(shè)備，根據(jù)天氣情況設(shè)定噴霧時(shí)間間隔，晴天氣溫較高時(shí)每1 h噴灌澆水1次，每10～15 min造霧1次，每次60 s；陰天可適當(dāng)減少?lài)娝⒃祆F的次數(shù)和時(shí)間，保證基質(zhì)的適宜濕度，通過(guò)遮陰、噴水、造霧控制塑料棚中白天平均溫度小于30 ℃，夜間平均溫度在22 ℃左右，扦插生根的早期塑料棚內(nèi)濕度控制在80%～90%，當(dāng)插穗開(kāi)始生根后適當(dāng)降低棚中的濕度。及時(shí)清理腐爛死亡的插穗，每隔7 d交替噴施50%多菌靈可濕性粉劑500～1000倍液、80%代森錳鋅可濕性粉劑600～800倍液進(jìn)行病害防治。

1.2.3 插穗的移栽 分別于2019年9月下旬(插穗落葉前)、2020年4月下旬進(jìn)行移栽，共計(jì)移栽1000株，將插穗移栽至13 cm×11 cm的花盆中，基質(zhì)為草炭土∶河沙∶黑土(v/v)=4∶2∶2，移栽苗木置于塑料大棚中進(jìn)行常規(guī)水肥管理，6月初統(tǒng)計(jì)移栽成活率，移栽成活率(%)=成活插穗數(shù)/移栽生根插穗總數(shù)×100。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)與分析 扦插90 d后，測(cè)定各處理的生根率、生根數(shù)量、根鮮重。扦插生根率(%)=生根插穗數(shù)/插穗總數(shù)×100。

運(yùn)用Excel 2003對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，用SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析、多重比較、極差分析、相關(guān)性分析，將百分率經(jīng)過(guò)反正玄轉(zhuǎn)換后，再進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理組合對(duì)白樺扦插生根指標(biāo)的影響

按正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)組合處理插穗，在扦插的90 d后分別對(duì)各試驗(yàn)組的生根率、生根數(shù)量、根鮮重進(jìn)行方差分析。結(jié)果表明，上述生根指標(biāo)在各處理間的差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05) (表2)。扦插生根率以處理2、處理16的最高，平均生根率為53.50%，顯著高于處理4、5、8、9、11、12、13、15、19、20、24、25，與其他處理間差異未達(dá)到顯著水平；根鮮重以處理1、處理16最高，平均根鮮重為5.97 g，顯著高于處理4、5、8、9、11、12、13、14、15、19、20、21、24、25；生根數(shù)量以處理17最高，為42條，顯著高于處理1、3、4、5、8、9、10、11、12、13、14、15、16、19、20、21、24、25。

表2 各處理組合白樺的插穗生根率、根鮮重、生根數(shù)量比較

2.2 不同因素對(duì)生根指標(biāo)影響的差異顯著性分析

由表3可知，在扦插生根率上，3個(gè)因素中只有激素濃度對(duì)扦插生根率的影響達(dá)到顯著水平；在生根數(shù)上，也是只有激素濃度顯著影響生根數(shù)量；在根鮮重上，3個(gè)因素中的激素濃度、激素處理時(shí)間2個(gè)因素對(duì)根鮮重的影響達(dá)到了顯著水平。結(jié)果表明，激素濃度是影響生根指標(biāo)的關(guān)鍵因素，而激素種類(lèi)對(duì)生根指標(biāo)的影響均未達(dá)到顯著水平。

表3 三因素對(duì)扦插生根指標(biāo)影響的方差分析

在方差分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行多重比較，由表4可知，激素濃度各水平對(duì)生根率、根鮮重的影響均以水平1最高(20 mg/L)，而在生根數(shù)量方面則以激素濃度水平2最高(50 mg/L)；處理時(shí)間各水平對(duì)根鮮重的影響以水平2最高(2 h)，激素種類(lèi)各水平雖然對(duì)生根指標(biāo)的影響未達(dá)到顯著水平，但是由表4可知，當(dāng)激素種類(lèi)為IBA時(shí)，生根率、根鮮重、生根數(shù)3個(gè)生根指標(biāo)均最高。

表4 各因素的不同處理水平間生根指標(biāo)的多重比較

2.3 各因素的主次效應(yīng)分析

極差可反映因素對(duì)生根指標(biāo)影響的主次關(guān)系，極差值越大則表明該因素越重要。根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，結(jié)果見(jiàn)表5。從生根率來(lái)看，激素濃度對(duì)生根率的影響占主導(dǎo)地位(R=0.32)，其次是激素種類(lèi)(R=0.20)，第三是激素處理時(shí)間(R=0.14)，即影響白樺扦插生根率各因素的主次水平排序?yàn)锽>A>C。同樣，影響生根數(shù)量各因素的主次水平排序也為B>A>C；而影響根鮮重各因素的主次水平排序則為B>C>A，即激素濃度對(duì)根鮮重的影響占主導(dǎo)地位，其次是激素處理時(shí)間，第三是激素種類(lèi)。總之，根據(jù)各因素主次水平排序結(jié)果確定，對(duì)扦插生根指標(biāo)起主導(dǎo)作用的是激素濃度，其次為激素種類(lèi)或激素處理時(shí)間。

表5 不同因素對(duì)扦插生根指標(biāo)影響的極差分析

進(jìn)而，根據(jù)K1、K2、K3、K4、K5值，確定影響扦插生根率的各因素最適組合為A1B1C1，即：最佳激素種類(lèi)為IBA、最適激素濃度為20 mg/L、最佳處理時(shí)間為0 h；影響根鮮重的各因素最適組合為A1B1C2，即：最佳激素種類(lèi)為IBA、最適激素濃度為20 mg/L、最佳處理時(shí)間為2 h；影響生根數(shù)的各因素最適組合為A1B2C2，即：最佳激素種類(lèi)為IBA、最適激素濃度為50 mg/L、最佳處理時(shí)間為2 h。綜合上述分析結(jié)果，確定白樺扦插生根采用20～50 mg/L IBA處理0～2 h可獲得最佳的扦插效果。

2.4 插穗移栽最佳時(shí)期的確定

對(duì)生根插穗移栽成活率分析顯示，于扦插當(dāng)年進(jìn)行移栽，其成活率僅為35%。而留在插床中越冬后，次年早春再移栽，其成活率為100%。故此，建議白樺插穗生根后，于第2年早春進(jìn)行移栽。

3 結(jié)論與討論

林木扦插能否生根主要取決于插穗質(zhì)量、激素處理、扦插環(huán)境等因素。其中，插穗質(zhì)量是扦插生根的內(nèi)因，起主導(dǎo)作用，插穗質(zhì)量主要受母樹(shù)基因型、母樹(shù)年齡、采穗時(shí)間、插穗部位等的影響。因此結(jié)合樹(shù)種特點(diǎn)，選擇最佳生理狀態(tài)的插條，是扦插成活的前提[10]。例如，側(cè)柏(PlatycladusorientalisL. Franco)扦插隨年齡的升高，生根率逐漸下降[11]；銀杏(GinkgobilobaL.)扦插生根率隨枝齡的增加反而降低[12]。黃櫨(Cotinuscoggygria)、金蒲桃(Xanthostemonchrysanthus)等樹(shù)木若采用嫩枝扦插的生根率可達(dá)80%以上[13-14]。白樺屬于扦插難以生根的樹(shù)種，前期研究顯示，35～50年生的白樺伐根后，用當(dāng)年生萌條扦插生根率平均可達(dá)70%，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，白樺無(wú)性系間的生根率差異顯著[8-9]。本試驗(yàn)是以4年生白樺家系截干后根萌條為插穗進(jìn)行扦插生根，結(jié)果再次證明了白樺根萌條的生根能力較強(qiáng)，是白樺嫩枝扦插生根的首選。

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)誘導(dǎo)插穗不定根發(fā)生起重要的作用，主要涉及施加何種激素、使用濃度為多少、最適處理時(shí)間為多長(zhǎng)等，由此可知，其影響因素眾多。為了減少試驗(yàn)工作強(qiáng)度，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是最佳途徑。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)可以集合多因素、多水平，通過(guò)一次篩選即可獲得影響扦插生根的最優(yōu)因素組合[15]。本試驗(yàn)采用3因素5水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)果顯示，3因素中激素濃度對(duì)扦插生根指標(biāo)的影響起主導(dǎo)作用，當(dāng)激素種類(lèi)為IBA時(shí)，白樺扦插生根率、根鮮重、生根數(shù)量均最高。總之，根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)確定影響白樺扦插生根指標(biāo)的各因素最適組合是：采用20～50 mg/L IBA處理白樺插穗0～2 h，其生根率最高。

插穗生根后的移栽也是扦插苗木繁殖的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，生根的插穗只有移栽成活，才能獲得大量的無(wú)性系苗木。對(duì)于扦插容易生根的植物而言，在插穗生根后待根系發(fā)育完全，經(jīng)過(guò)7 d左右的練苗即可移栽[16-17]。筆者試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，扦插生根較困難的白樺，雖然獲得了生根插穗，但由于不定根產(chǎn)生數(shù)量較少，插穗移栽時(shí)間的選擇就顯得非常關(guān)鍵。如果在生根插穗尚未落葉前(扦插的當(dāng)年9月中旬)進(jìn)行移栽，其成活率僅為35%，認(rèn)為當(dāng)年移栽成活率低的原因是，生根插穗的移栽過(guò)程必定伴隨一些不定根的損失，移栽后新生根系還沒(méi)有完全木質(zhì)化，苗木就進(jìn)入落葉、停止生長(zhǎng)發(fā)育階段，降低了其越冬的抗性。生根插穗越冬后為何能夠提高其移栽成活率，后續(xù)筆者還將進(jìn)行深入的研究。

扦插生根過(guò)程的外界溫度、濕度、光照等環(huán)境要素也至關(guān)重要，本試驗(yàn)僅采用半自動(dòng)化的設(shè)施來(lái)調(diào)節(jié)溫濕度，因此，建立自動(dòng)化環(huán)境調(diào)控試驗(yàn)設(shè)施，是未來(lái)白樺扦插生根育苗的目標(biāo)。