應用均勻設(shè)計優(yōu)化北美冬青‘奧斯特’嫩枝扦插中生長調(diào)節(jié)劑用量

孫印兵，張 慧，羅珍珍，解曉旭，劉 暉

（煙臺市園林建設(shè)養(yǎng)護中心，山東 煙臺 264000）

均勻設(shè)計（Uniform Design,UD）由我國數(shù)學家方開泰、王元于1978年共同提出，是處理多因素、多水平試驗的首選試驗設(shè)計方法[1]。該方法應用數(shù)論方法，將設(shè)計點均勻散布在試驗范圍內(nèi)，能夠有效的優(yōu)化試驗條件，它突出試驗設(shè)計點的“均勻分散性”，大大降低了試驗次數(shù)[2]。該方法最初在導彈設(shè)計方面取得了很好成效，現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)、生物化工、微生物工程等方面取得了廣泛而有效的應用[3]。

北美冬青（Ilex verticillata）為冬青科冬青屬，多年生落葉灌木。原產(chǎn)于美國東北部，分布于沼澤、潮濕灌木區(qū)和池塘邊[4]。該樹種結(jié)果量大、果實鮮紅亮麗、掛果期長，是極具觀賞價值的園林樹種，在歐美等地得到了廣泛應用。2006年由杭州潤土園藝科技有限公司引入國內(nèi)，目前在吉林、山東、浙江、湖北等地20 多個省市自治區(qū)均有引種栽培，而且均能良好生長，可以廣泛應用于庭院栽植和切枝觀賞，具有很大的應用價值和廣泛的應用前景[5]。但多年來，北美冬青的扦插生根率一直很低，嚴重影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本試驗旨在通過應用均勻設(shè)計研究植物生長調(diào)節(jié)劑對北美冬青扦插生根的影響，優(yōu)化北美冬青嫩枝扦插中生長調(diào)節(jié)劑的用量，提高北美冬青的育苗水平和質(zhì)量，解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展中扦插生根的瓶頸問題，助力北美冬青的推廣應用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為煙臺市園林科研所引種栽培的北美冬青‘奧斯特’（Ilex verticillate ‘Oosterwijk’），生長5年，采集由基部生長出來的、當年新抽枝條的半木質(zhì)化嫩枝，制作成長3～4 cm、一葉一芽、基部平切的插穗，進行試驗。

試驗在煙臺市園林科研所的現(xiàn)代化連棟溫室內(nèi)進行，溫室配備內(nèi)外遮陽系統(tǒng)、加溫保溫系統(tǒng)、風機濕簾系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)等，溫室內(nèi)照度為5000～20000 lux，溫度為20～32 ℃，移動苗床高75 cm、寬180 cm，噴霧采用自動間歇噴霧控制系統(tǒng)，相對濕度80 %～98 %。扦插基質(zhì)采用纖維長度為0～5 mm 進口白水苔泥炭與珍珠巖3:1（體積比）混合基質(zhì)，用1000 倍高錳酸鉀溶液噴施消毒后使用,穴盤為72 孔穴盤。

1.2 試驗方法

常用于木本植物扦插的生長調(diào)節(jié)劑有IAA（吲哚乙酸）、IBA（吲哚丁酸）和NAA（萘乙酸）等。本研究采用均勻設(shè)計，確定IBA（x1）、NAA（x2）、IAA（x3）3 個因素，每個因素10 個水平，采用均勻設(shè)計表U*10（108）的第1、5、6 列，隨機化處理后得到表1，按表1濃度配制成相應的10 組生根劑，每組生根劑處理36 個插穗，速蘸10 s，重復3 次。扦插60 d 后統(tǒng)計插穗生根率、根數(shù)/株、根長/株，用生根指數(shù)（Rooting Index，根數(shù)/株×根長/株×生根率）反映各處理的生根情況。

表1 生長調(diào)節(jié)劑均勻設(shè)計試驗方案Table 1 Factors and levels of growth regulator for UD

考慮到生長調(diào)節(jié)劑間的交互作用，把生根指數(shù)Y 與各生長調(diào)節(jié)劑濃度Xi（i=1,2,3）的關(guān)系確定為二次回歸關(guān)系，其回歸模型為：

其中，β0、βi、βii、βij為回歸系數(shù)，i、j 為1～3 的整數(shù)，ε 為隨機誤差[6]。在IBM SPSS Statistics 26 進行逐步回歸，確定模型中各生長調(diào)節(jié)劑的作用系數(shù)，估計IBA、NAA 和IAA 對生根的主效應和交互效應。然后應用MATLAB 9.7 對回歸方程求偏導，計算生根指數(shù)Y 最大時3 種生長調(diào)節(jié)劑的最佳用量。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗指標測定結(jié)果

試驗發(fā)現(xiàn)10 個處理的‘奧斯特’嫩枝扦插生根指標顯著不同（表2）。生根率和根數(shù)2 個指標在0.05 水平差異顯著，生根率指標中，處理10 的生根率達到82.41 %,顯著高于其他處理，而處理4 的生根率為49.03%,顯著低于其他處理；根數(shù)指標中，處理8 的平均每株根數(shù)為16.2 條，顯著高于其它處理的根數(shù)，處理3、4、9 則顯著低于其它處理；而根長列數(shù)據(jù)在0.05 水平下差異不顯著。綜合指標生根指數(shù)最優(yōu)的是處理10，達到了56.53，其次是處理5 和8，分別為56.31 和54.28。由于均勻設(shè)計方案注重均勻分散性而忽略整齊可比性，因此很難通過觀察某幾個指標發(fā)現(xiàn)規(guī)律性，需要借助回歸分析對綜合指標生根指數(shù)進行分析。

表2 不同生長調(diào)節(jié)劑水平對嫩枝扦插生根的影響Table 2 Effect of different levels of growth regulator on rooting

2.2 生根指數(shù)的回歸分析

通過對10 個處理的生根指數(shù)進行逐步回歸，我們得出3 種生長調(diào)節(jié)劑對北美冬青‘奧斯特’扦插生根作用的回歸方程：Y=35.120+23.479X1-15.218X22+14.266X2X3

該回歸方程的調(diào)整R2=0.889，說明生根指數(shù)的總變差中有88.9%是由生長調(diào)節(jié)劑IBA、NAA 和IAA 共同影響；德賓-沃森檢驗結(jié)果為1.538,數(shù)據(jù)符合獨立性；F=25.110>F0.01(3,6)=9.78，P=0.001，回歸方程的擬合效果很好，建模成功。

偏回歸系數(shù)顯著性檢驗（表3）表明各系數(shù)對生根指數(shù)Y 的影響達到顯著或極顯著水平。VIF 值均小于2，表明不存在多重共線性。根據(jù)標準回歸系數(shù)β 和t 檢驗的P 值大小可以判斷，回歸系數(shù)顯著，且X1（IBA 的主效應）>X22（NAA 的二次項效應）>X2X3（NAA 和IAA 的交互效應）。

表3 偏回歸系數(shù)的顯著性檢驗Table 3 Analysis of coefficient

由回歸方程可知，在試驗范圍[0.10,1.00]內(nèi)，X1、X3取最高水平時Y 具有最大值，即X1=1.00、X3=1.00。對方程求偏導，得最優(yōu)解X2=0.469，該解在本試驗取值范圍內(nèi)，回歸方程取得最大值Y=61.942。

回歸方程的三維曲線圖（圖1）可以直觀理解IBA、NAA 和IAA 對生根的影響，生根指數(shù)沿IBA（X1）方向成比例增長，沿NAA（X2）方向先高后低呈拋物線趨勢，沿IAA（X3）方向隨X2增加而增速變大。試驗方案（表1）中處理5（X1=0.90，X2=0.10，X3=0.80）、處理8（X1=1.00，X2=0.60，X3=0.40）和處理10（X1=0.70，X2=0.20，X3=0.50）的試驗設(shè)計取樣點分布在三維圖較高位置，因而生根指數(shù)較好。

圖1 回歸方程的三維曲線圖Figure 1 Three-dimensional picture of regression equation

3 討論

扦插繁育在生產(chǎn)應用中具有取材便捷、生長周期短、成本低廉等優(yōu)點。嫩枝扦插技術(shù)的廣泛應用，加上生根類生長調(diào)節(jié)劑的使用，解決了很多扦插難題，使得許多扦插困難的樹種、花卉易于繁育。本研究運用均勻設(shè)計研究IBA、NAA 和IAA 3 種常用生長調(diào)節(jié)劑對扦插生根的影響效應，取得了良好的試驗結(jié)果。對于北美冬青的半木質(zhì)化插穗，3 種生長調(diào)節(jié)劑均能顯著或極顯著的影響生根指數(shù)，根據(jù)回歸方程和試驗結(jié)果得出生長調(diào)節(jié)劑的最佳用量：IBA、NAA 和IAA 分別為1.00 g/L、0.469 g/L 和1.00 g/L。由于IBA 和IAA 的最佳用量處于試驗范圍的右邊界，需要進一步調(diào)整試驗范圍，繼續(xù)新一輪優(yōu)化研究。

影響嫩枝扦插生根的因素很多，如插穗、基質(zhì)、溫度、濕度、光照等[7]。本研究在現(xiàn)代化連棟溫室內(nèi)進行，采用自動化間歇噴霧控制系統(tǒng)、內(nèi)外遮陽系統(tǒng)、風機濕簾系統(tǒng)、水源凈化系統(tǒng)等，控制光照、溫度、濕度、供水等環(huán)境條件，采用進口泥炭作為優(yōu)良的扦插基質(zhì)，這些為試驗成功提供了良好保障。‘奧斯特’嫩枝扦插的外界環(huán)境條件有待進一步優(yōu)化，找出嫩枝扦插的最優(yōu)育苗條件，提高‘奧斯特’嫩枝扦插水平，是下一步試驗的研究重點。

均勻設(shè)計運用控制論中的“黑箱”思想，把整個試驗過程看作一個“黑箱”，把參與試驗的因素進行均勻設(shè)計作為系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)，把試驗結(jié)果作為輸出參數(shù)，運用回歸分析考察試驗因素與結(jié)果之間的作用關(guān)系，而無需關(guān)注生長調(diào)節(jié)劑與插穗生根之間復雜的分子作用機理，從而為嫩枝扦插的生長調(diào)節(jié)劑用量提供指導。均勻設(shè)計以其良好的均勻分散性，極大的降低了試驗次數(shù)，在我國軍工、醫(yī)藥等領(lǐng)域獲得了廣泛而有成效的應用[8]。