營養液濃度和基質配比對牛至扦插繁殖的影響

殷庭超，王怡超，楊鵬三，買梓杰，劉信寶，張 敬，徐 彬

（南京農業大學草業學院，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，牛至常被作為食用香料使用，由于常被用于披薩調味，也被稱為披薩草[4]。近年來，人們發現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]以及改善畜牧品質的作用[9]。牛至精油已經被用作優質天然飼料添加劑在畜牧養殖中使用[10]。

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

育苗繁殖是牛至栽培技術體系的重要一環。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良性狀，且簡便易行、經濟適用[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%；用生長素類生長調節劑萘乙酸處理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處理，然而有研究表明，不同的基質配比和營養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]。但通過適宜補充營養元素或改良扦插基質配比以提高牛至幼苗品質的研究尚未見報道，從插穗培育健壯牛至幼苗技術也待提高。本研究以篩選出的優質牛至株系為材料，探索了不同濃度營養液和栽培基質對牛至扦插效率的影響，為牛至優質株系的擴繁和推廣應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

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

1.2 供試材料

所有供試材料取自南京農業大學草業學院草類生理與分子生物學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，生物量產量約為30 000 kg·hm?2，且耐旱性強，通過營養體擴繁后已在田間栽培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2～3 cm。

1.3 試驗設計

各處理均重復4次。將牛至插穗扦插于內徑為9 cm、高7.9 cm 的塑料花盆內，每5個花盆視為一個重復。扦插所用基質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)。扦插前基質用清水浸濕，保持濕潤。

1.3.1不同大量元素濃度營養液設置

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 營養液(以下簡稱“營養液”)澆灌，以清水作為對照(CK)。扦插完成后澆灌各處理所對應的營養液或清水，營養液澆灌頻率為每周1次。扦插基質為體積比1∶ 1的泥炭土和蛭石粉。

1.3.2不同基質配比設置

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)的扦插基質作為5個處理，每周澆灌0.25×Hoagland營養液。

1.4 數據統計分析

扦插40 d 后測量各處理的插穗存活率、生根率、鮮重、芽數、株高和分枝數。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、根體積以及根尖數量；并統計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統計分析試驗數據；采用DUNCAN分析對觀測所得各指標均值進行多重比較，標記不同處理下差異顯著性(P< 0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同濃度營養液對牛至插穗的影響

澆灌不同濃度的營養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均隨營養液濃度的增加而呈現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均達到最大值，與對照相比，株高、分枝數和單株鮮重分別增加了97%、38%和242%。

表1 不同濃度營養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

澆灌不同濃度營養液不僅促進了牛至的地上部生長，也同時促進了牛至的根系發生和生長(表2、圖1)。各處理對根系發生和生長的促進效果與對地上部生長的效果基本一致。不同濃度營養液對牛至的生根率影響不同。插穗的生根率隨著營養液濃度的生根表現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處理促進了根長、根尖數、根表面積和根體積，而C5處理顯著抑制了根尖數、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、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。隨著營養液濃度提高，4種類型的根長和根表面積也基本呈現出先上升后下降的趨勢(表3)。其中，C2處理促進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液處理(P< 0.05)。

表3 改良霍格蘭營養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 不同基質配比對牛至插穗生長的影響

進一步分析扦插基質中的5種泥炭土和蛭石配比對牛至插穗的影響(表4)發現，在統一澆灌0.25×Hoagland 營養液后，各基質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、株高和分枝數均為各處理中最大。

表4 不同基質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(S1處理)則不利于牛至插穗的生根，生根率僅為80%。

在不同基質配比下，牛至插穗根系生長也呈現出差異(圖2、表5)。其中，S4處理時，總根長、根尖數、根表面積和根體積均最大；而S2處理后，其根長、根尖數、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展(表6)。與營養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物質，為細胞分裂、組織分化和器官的形成提供營養，在不定根發生前，插穗從基質中吸收養分的能力弱[20]。因此，扦插苗的不定根發生是插穗成活的關鍵因素之一[21]。大量研究表明，基質種類、生長調節劑、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生都需要消耗大量的養分，若不加以補充，會導致插穗生長速率下降或死亡[23]。營養液能夠及時補充植物的各種養分虧缺，有利于活化根系細胞分裂活動，促進根系快速生成[24]。因此，澆灌適宜濃度及配比的營養液可促進插穗迅速生長和根系發育[25]。本研究探討5種不同濃度Hoagland 營養液對牛至插穗生長的影響，結果表明，隨著營養液濃度增加，牛至插穗的鮮重、分枝數等地上指標以及總根長、根表面積等根系指標均呈先升后降的趨勢。其中，0.25×營養液(C2處理)促進牛至插穗的存活和生長的作用顯著(P<0.05)，且有利于根系的擴展和毛狀根的生成。而隨著大量元素濃度的升高，營養液對牛至插穗生長促進效果減弱，這可能是相應的高濃度離子引起牛至細胞內水分反滲透，造成插穗脫水的鹽害作用相關；也可能與某個單一大量元素對牛至根系發生的抑制作用有關，具體機理有待進一步研究。與本研究結果一致，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]也發現，隨著營養液濃度的增加，水芹(Oenanthe javanica)生物量、光合參數、可溶性蛋白等指標均呈現出先升后降的趨勢，1.5×營養液濃度最有利于水芹生長和品質提升；而有研究表明[28]，不同濃度營養液對勛章菊(Gazania rigens)扦插結果也與本研究結論相似，0.25×營養液處理后根系長度顯著高于其他處理(P<0.05)，而1×和2×濃度營養液處理后根系生長顯著受抑制(P> 0.05)，沒有根系產生。各研究結果表明，雖然不同植物所適的營養液濃度有所差異，但在扦插或植物生長過程中，適宜濃度營養液有利于植物生長發育。

扦插基質的選擇對于插穗成活和生長至關重要，其主要作用為支撐插穗并為插穗提供水分和營養元素。謝黨恩和永雪薇[16]發現，使用消毒滅蟲的黃沙作為基質，牛至插穗的存活率最高可達75%。朱富勇等[29]發現以珍珠巖–腐殖土–蛭石(體積比為1∶1∶1)為基質，青牛膽(Tinospora sagittata)的扦插成活率最高，株高、根數和平均根長等指標的綜合效果最優。周余華等[30]探討不同基質對圓錐繡球(Hydrangea paniculata)插條的影響，結果表明，體積比為1∶1 的泥炭和蛭石混合基質使圓錐繡球的生根率最高，蛭石處理后生根數量最多，以泥炭為扦插基質，繡球的新枝高度最高和分枝數量最多。鄧群仙等[31]發現，珍珠巖、蛭石以及兩者混合的基質均有利于牛至插條生根，但單一蛭石基質更有利于其不定根的生長。本研究選用規模化生產中常用的輕質基質蛭石和泥炭為材料，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，而泥炭的營養元素含量更豐富。結果表明，泥炭和蛭石體積比25∶75的處理(S4處理)，牛至分枝數量、芽數最多，株高最高、鮮重最大，且總根長、根表面積、根體積和根尖數目等根系指標均最好。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作用。

插條體內貯存的營養物質和內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物質、內源激素存在差異[32]。糖類物質是植物體內主要營養的儲藏和運輸形式，扦插生根前主要靠插穗自身的營養物質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[33]。張應團[34]發現，杜仲(Eucommia ulmoides)枝條中部總糖和蔗糖含量高于梢部，使用中部進行扦插成活率高于梢部；此外，不同的內源激素水平對扦插效果也產生影響。有研究表明[35]，幼嫩的梢部代謝旺盛，內源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。在前期試驗中也發現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的基質并澆灌0.25×Hoagland 營養液，牛至插穗的存活率、生根率仍可以達到100%，顯著高于以往報道[16,31]，且插穗生長速度快、根系發達、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用。

4 結論

扦插基質配比和營養液濃度均影響牛至插穗的根系發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，每周澆灌0.25×Hoagland 營養液，可以有效促進插穗不定根的發生和生長，并促進插穗的分枝發生和莖葉生長。