茶樹插穗生根率的影響因素及優化研究

谷美儀，宋發如，田 娜，黃建安,3，劉仲華,3，劉碩謙,3*

1. 湖南農業大學 園藝學院，湖南 長沙 410128；2. 國家植物功能成分利用工程技術研究中心，湖南 長沙410128；3. 教育部茶學重點實驗室，湖南 長沙 410128

茶樹短穗扦插因操作簡單且成本不高，成為優良植株無性繁殖的重要方式[1]。茶樹扦插發根主要受扦插基質、扦插時間、扦插溫度、外源激素、茶樹品種等因素的影響，目前大部分研究主要在土培扦插的基礎上優化土壤、水分等條件，以提高茶樹短穗扦插的生根率，加快插穗生根速度[2-5]。盛忠雷[6]研究表明適宜福鼎大白茶扦插枝條生長的最佳土壤溫度在21℃～30℃，六個月后生根率可達到36%左右。吳淑平等[5]研究發現用泥炭土加泥沙土做處理使茶樹插穗生根最快，9個月后生根率達到71.1%。柴紅玲等[7]研究發現在適宜的生根劑濃度下，不同外源激素對扦插苗的生長具有一定的促進作用，其中NAA對插穗生根率影響最大，大約5個月后生根率可達60%～70%。

本試驗通過單因素試驗考察基質組成、環境溫度、植物生長調控劑等因素對茶樹插穗生根效率的影響。在此基礎之上，采用響應面分析法分析各因素之間的相互作用關系，構建茶樹插穗生根效率的數學模型，以期獲得茶樹插穗最佳生根培養條件，為縮短茶苗繁育周期、降低育苗成本、提高茶樹良種推廣速度提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及培養條件

采穗母本為湖南農業大學茶葉研究所母本園中3齡碧香早茶樹，選擇生命力旺盛的當年生、2/3以上半木質化枝條，沿斜角45°剪下，保持上端切口平整，插穗不破裂，插穗長度約為4～5 cm，人工氣候箱中培養，每天14 h的光照，光照強度15000 lx，空氣相對濕度保持85%。

1.2 試驗試劑

生根劑SGJ1、SGJ2、SGJ3、SGJ4和SGJ5， 由本實驗室配制，主要成分NAA（萘乙酸）、IBA（吲哚乙酸）、GA（赤霉素）、2,4-D（二氯苯氧乙酸）和柳樹新梢提取物。五種生根劑各成分配比分別為7∶2∶1∶0∶10、7∶1.5∶1∶0.5∶10、5∶1∶1∶0.5∶12.5、3∶1∶1∶0.5∶14.5和3 ∶1 ∶0.5 ∶0.5 ∶15。

1.3 單因素試驗

考察基質含沙量（沙土比）、溫度、生根劑種類、生根劑濃度、生根劑處理時間等因素對茶樹插穗生根的影響，每組設3個平行試驗，每組處理插穗60株。

1.3.1 含沙量影響試驗

將黃心土和不同比例的河沙混合，含沙量分別為30%～100%，環境溫度24℃。

1.3.2 溫度影響試驗

扦插基質為含沙量70%的黃土，溫度分別設為 14℃～30℃。

1.3.3 生根劑種類影響試驗

每組生根劑分別為試劑SGJ1、SGJ2、SGJ3、SGJ4和SGJ5，扦插基質為含沙量70%的黃土，生根劑濃度50 mg/L，環境溫度24℃。

1.3.4 生根劑濃度影響試驗

采用生根劑SGJ3，每組濃度分別為10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L 、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L、70 mg/L和80 mg/L。扦插基質為含沙量70%的黃土，環境溫度24℃。

1.3.5 生根劑處理時間影響試驗

采用50 mg/L的SGJ3生根劑分別處理茶樹插穗切口 1～13 min（各處理以 1 min 為單位遞增），扦插基質為含沙量70%的黃土，環境溫度24℃。

1.4 響應面實驗設計

在單因素試驗基礎上，以茶樹插穗生根率（Y）為響應值，含沙量（A）,溫度（B），生根劑濃度（C）和處理時間（D）為試驗因素進行4因素3水平響應面分析[8]。根據Box-Behnken中心組合試驗設計確定茶樹插穗最佳生根條件，其試驗因素及水平見表1。

表1 響應面實驗因素水平Table 1 The response surface test factors level

1.5 數據分析

采用EXCEL2019和Design-Expert.v8.0.6.1進行繪圖、統計分析與數據處理。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 含沙量對茶樹插穗生根率的影響

結果表明（圖1），在含沙量30%～70%茶樹插穗生根率顯著升高，且生根率在不同含沙量之間呈極顯著差異。當含沙量為70%時，曲線達到最高點，生根率8周內達到52.22%。隨含沙量增加，70%～100%含沙量生根率不具有顯著差異，生根率則趨于平緩，略有下降。因此，選用含沙量70%的河沙和黃心土混合基質較為適宜。

圖1 含沙量對茶樹插穗生根率的影響Figure 1 Effects of sand content on rooting rate of tea cuttings

2.1.2 溫度對茶樹插穗生根率的影響

結果表明（圖2），當溫度為14℃時插穗生根率最低，生根率為9.44%。后隨溫度升高，生根率急劇上升。當溫度為24℃時，生根率達到最高值，同最低、最高溫之間存在顯著差異，8周內生根率為53.33%。但當溫度高于24℃時，隨溫度上升生根率反而下降。

圖2 溫度對茶樹插穗生根率的影響Figure 2 Effect of temperature on rooting rate of tea cuttings

2.1.3 生根劑種類對茶樹插穗生根率的影響

不同的生根劑效果相差顯著，結果如圖3所示。其中生根劑SGJ3作用效果最顯著，生根率同其他生根劑存在顯著差異，茶樹插穗生根率最高，3周內達到73.33%；而生根劑SGJ2作用最低,插穗生根率僅為31.67%。

圖3 不同生根劑對茶樹插穗生根率的影響Figure 3 Effects of different rooting agent on rooting rate of tea cuttings

2.1.4 生根劑濃度對茶樹插穗生根率的影響

結果表明（圖4），生根劑濃度在10～50 mg/L，各濃度間存在顯著差異，插穗生根率直線上升。50 mg/L時達到最高，生根率3周內可達73.33%。后隨濃度增加生根率逐步下降。因此，選用生根劑SGJ3濃度為50 mg/L較為適宜。

圖4 生根劑濃度對茶樹插穗生根率的影響Figure 4 Effects of rooting agent concentration on rooting rate of tea cuttings

2.1.5 處理時間對茶樹插穗生根率的影響

結果表明（圖 5），1～9 min 內，生根率呈上升趨勢，當切口處理時間為9 min時，插穗生根率達到最高，3周內達到85.56%。但超過9 min后，生根率之間不具有顯著差異，且隨處理時間的增加生根率略有下降。因此，9 min為最佳處理時間。

圖5 處理時間對茶樹插穗生根率的影響Figure 5 Effect of treatment time on rooting rate of tea cuttings

2.2 響應面法優化茶樹插穗生根條件

2.2.1 方差分析及顯著性檢驗

試驗結果見表2。采用Design-Expert.V8.0.6軟件對響應面試驗結果進行多元回歸分析，建立多元二次方程如下：

Y=88.59-0.19A+0.0888-0.19C+0.51D+ 0.24A×B-0.085A×C-0.040A×D-0.19B×C-0.85B×D-0.19C×D-0.92A2-0.83B2-1.34C2-1.65D2。以茶樹插穗生根率為響應值，根據表2試驗結果，對生根條件模型進行回歸分析，結果見表3。

表2 響應面試驗設計與結果Table 2 Design and results of the response surface test

由表3可知，該模型極顯著（P< 0.0001）, 失擬項不顯著（P= 0.08 > 0.05）, 表明擬合狀況良好[9-10]。且方程決定系數R2=0.9841，CV = 0.24%，說明該模型可以解釋98.41%茶樹生根的變化，能很好反應真實的茶樹插穗生根率。此外，信噪比 = 28.27 > 4，說明模型合理 ,試驗可靠性高，可用于茶樹插穗生根最佳條件的確定。由表3還可知，因素A、C、D、A2、B2、C2、D2、AB、BD、CD均對茶樹插穗生根影響表現出了顯著水平。由方差F值可知，4個因素對生根率的影響程度為：處理時間（D）>含沙量（A）>生根劑濃度（C）>溫度（B）。

2.2.2 各因素及其交互作用分析

通過回歸模型，可以得到各因素之間交互作用對茶樹插穗生根率的等高線圖和響應面立體分析圖。由圖6～圖11可直觀看出各因素間存在交互作用，其中處理時間對生根率的影響最為顯著，表現為曲面陡峭；其次為含沙量和生根劑濃度，表現為曲線較平滑[11]，同表3分析結果吻合。

圖6 含沙量(A)與溫度(B)對茶樹插穗生根率的交互作用的響應面（左）和等高線（右）Figure 6 Response surface (left) and contour (right) of interaction between sand content (A) and temperature (B) on rooting rate of tea cuttings

圖7 含沙量(A)與生根劑濃度(C)對茶樹插穗生根率的交互作用的響應面（左）和等高線（右）Figure 7 Response surface (left) and contour (right) of interaction between sand content (A) and rooting agent concentration (C) on rooting rate of tea cuttings

圖8 含沙量(A)與處理時間(D)對茶樹插穗生根率的交互作用的響應面（左）和等高線（右）Figure 8 Response surface (left) and contour (right) of interaction between sand content (A) and soaking time (D) on rooting rate of tea cuttings

圖9 溫度(B)與生根劑濃度(C)對茶樹插穗生根率的交互作用的響應面（左）和等高線（右）Figure 9 Response surface (left) and contour (right) of interaction between temperature (B) and rooting agent concentration (C) on rooting rate of tea cuttings

圖10 溫度(B)與處理時間(D)對茶樹插穗生根率的交互作用的響應面（左）和等高線（右）Figure 10 Response surface (left) and contour (right) of interaction between temperature (B) and soaking time (D) on rooting rate of tea cuttings

圖11 生根劑濃度(C)與處理時間(D)對茶樹插穗生根率的交互作用的響應面（左）和等高線（右）Figure 11 Response surface (lift) and contour (right) of interaction between rooting agent concentration (C) and soaking time (D) on rooting rate of tea cuttings

表3 回歸模型的方差分析Table 3 Variance analysis of regression model

2.2.3 響應面驗證試驗

利用Design-Expert v8.0.6軟件分析數據可得茶樹插穗生根最佳條件為：基質含沙量69.45%、溫度23.89℃、生根劑濃度54.33mg/L、切口處理時間8.41 min，預測最佳生根率為88.66%。為驗證模型預測的準確性和可靠性，按照最佳生根條件并綜合考慮生產實際，將溫度參數修改為24℃，進行3次驗證試驗。結果表明，茶樹插穗實際平均3周生根率為88.4%，與模型預測值非常接近，說明根據此模型得到的最佳生根條件是可靠的。

本試驗為了與常規方法比較，設對照試驗（采用常規扦插方法，黃土基質，未經處理，室溫培養24℃），結果表明，第10周的生根率為83.6%、平均單株不定根數為2.7根。與常規方法相比，本試驗建立的扦插方法大幅度縮短了育苗周期。此外，如圖12所示，單株插穗的不定根數量也明顯提高，單株不定根最多達到23根，平均單株的不定根數為5.9根，遠高于常規方法。

圖12 部分茶樹插穗3周內生根情況（左）和根數較多的部分插穗（右）Figure 12 Rooting of some tea cuttings within 3 weeks (left) and some cuttings with large number of roots (right)

3 討論

本試驗考察了基質組成、環境溫度、植物生長調控劑等因素對插穗生根效率的影響，在此基礎之上，采用響應面分析法分析了各因素之間的相互作用關系,構建了茶樹插穗生根效率的數學模型，獲得了茶樹插穗最佳生根的培養條件。

茶樹扦插基質是決定扦插成功的關鍵, 土壤質地疏松、通氣好, 扦插茶苗愈合發根快[12]。研究發現，基質含沙量為70%的黃心土更利于茶樹插穗生根（圖1）。溫度對插穗的生根也有顯著影響，溫度在24℃時插穗生根率最高（圖2），其原因可能是因為此時茶樹插穗生長代謝最活躍，促進了營養物質和生長素的合成及傳輸，增加可溶性蛋白和可溶性糖含量，從而有效促進了根原基的形成[13-15]。低于或超過最適溫度時，酶活性較低，生根率逐漸下降。同時也發現，生根劑對加快茶樹插穗生根速度起到了決定作用，濃度為50 mg/L的生根劑SGJ3可以顯著加快茶樹插穗生根，將生根時間縮短到3周內（80%以上的插穗形成了不定根，圖5）。本試驗中使用的生根劑主要成分為柳樹新梢提取物，可能含有促進植物組織生根的天然激素，從而有效促進茶樹插穗生根。響應面分析發現，各因素可協同影響茶樹插穗生根率，其中生根劑與基質對茶樹插穗生根率的影響最大。另外，處理時間和濃度兩者間的交互作用呈極顯著（圖11）。張明澤等[16]通過植物激素研究可使茶樹插穗扦插5個月后生根率達到83.3%；孫緒聰等[17]研究發現，6個月后茶樹扦插條生根率達到91.16%。王雪萍[18]等人通過對溫度和光周期進行調控縮短了茶樹插穗的生根時間，2個月后生根率達92.31%。本試驗通過條件優化，將88.4%的茶樹插穗生根時間縮短至3周內，大幅度加快了茶樹插穗生根速度，提高了良種繁育效率。此外，在本試驗的優化條件下，單株茶樹插穗的不定根數也有了明顯的提高，茶苗根系更加發達，對提高茶苗移栽的成活率以及茶樹的抗性具有重要意義。

本試驗研究顯著提高了茶樹插穗生根速度，對加速良種繁育、降低育苗成本有重要意義。但是，對于其促進茶樹插穗生根的機理尚不完全清楚，有待于進一步深入研究。