应用正交设计法优选莼菜扦插繁殖方法

庄枫红，马姜明， 2，梅军林，覃扬浍

(1.广西师范大学生命科学学院，广西桂林541006；2. 广西师范大学珍稀濒危动植物生态与环境保护教育部重点实验室，广西桂林541006)



应用正交设计法优选莼菜扦插繁殖方法

庄枫红1，马姜明1， 2，梅军林1，覃扬浍1

(1.广西师范大学生命科学学院，广西桂林541006；2. 广西师范大学珍稀濒危动植物生态与环境保护教育部重点实验室，广西桂林541006)

为探索最佳的莼菜扦插繁殖方法，本研究采用正交试验设计，从水位深度、扦插部位和扦插方式等因素研究莼菜扦插成活的影响因子及扦插的最佳方法。研究结果表明，采用莼菜枝条的中部为插穗，水位深度为泥土以上枝条的2倍，扦插方式为平插时，莼菜植株的生长状况最好，培养1个月后，其成活率、茎平均生长速度、新叶叶片数以及新叶叶面积和分别为70%、 0.14 cm/(d·株)、20片/株、119.10 cm2/株。

莼菜；正交试验设计；扦插繁殖

莼菜Braseniaschreberi，又名马蹄草、水荷叶、水葵、露葵或湖菜，是第三纪植物区系的残遗珍稀种源，隶属睡莲科，为多年生宿根草本水生植物[1-2]，分布于中国、俄罗斯、日本、印度、北美、大洋洲东部及西非的池塘和河湖中。在我国，莼菜主要分布于江苏、浙江、安徽、江西、湖南、四川、云南和台湾等省份[1]，主要产区为江苏太湖地区、浙江西湖地区、四川螺吉山和湖北利川地区。莼菜是世界著名珍稀水生蔬菜，药用价值高[3-4]。莼菜含有酸性多糖、蛋白质、氨基酸、维生素、组胺及微量元素等化学成分，有抗肿瘤、抗溃疡、抗菌消炎和促进免疫等生物活性，具有营养、医疗、保健功效[5]。

由于莼菜主要分布于浅水湖泊、池塘，其生境隔离现象突出。近年来，随着人类活动的加剧，如围湖造田、工艺废水任意排放和不合理的土地利用制度，导致生态环境破坏和过度开发利用，使莼菜在我国的分布范围及其自然种群数量急速减少，濒临灭绝，已被列为国家一级重点保护濒危野生植物[6]。莼菜可以进行有性繁殖，但因有性繁殖的后代易出现性状变异，即母系性状不能稳定地遗传给子代，子代总会出现性状分离，根据表现型选择的优良性状常常不能在子代重演，不易保持品种优良的特征特性，且莼菜种子繁殖能力极差，故一般采用扦插繁殖。扦插繁殖法即可保持莼菜的品质，如叶片胶质丰富、叶肉肥厚和质地柔滑等，又可缩短采摘期，以提高经济效益[7]。一般当年扦插，当年即可采摘。目前，关于莼菜栽培方面的研究主要为栽培管理技术[8]，包括品种选择、栽培水面选择、定植方式、水分管理、施肥方法、虫害防治、采收方式、选种方法等内容。有关莼菜扦插繁殖方面的研究还较少，有必要进行不同措施对莼菜扦插成活率的影响的探究。普遍认为，正交设计法是选择最佳实验方案颇为有效的工具，其优越性在于省时省力[9]，而有关正交试验在莼菜扦插繁殖的应用尚未见报道。本研究采用正交试验设计方案，从基于莼菜成活率得出莼菜扦插的最优水平组合，拟为更好地掌握莼菜的无性繁殖及栽培管理技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

莼菜为无性繁殖，供试材料来源于湖南省怀化市通道县。试验选择健壮、无病虫害的枝条。

1.2 方法

1.2.1 插床

选择大小一致的塑料桶(90 L)为插床，用20 g/L高锰酸钾溶液进行喷洒消毒，24 h后，盛入约2/5的沙子(在桶里加入适量的三元复合肥)进行各组试验，每桶扦插4株，重复5次，定期定量更换活水并清除杂草、杂质。

1.2.2 正交试验设计

(1)因素一：不同水位深度。

将莼菜枝条剪切成8 cm长，枝条插入泥土中的深度为4 cm左右，将淹没沙子以上的水位分别设置成泥土以上枝条的一半(2 cm)、 泥土以上枝条的1倍(4 cm)、泥土以上枝条的2倍(8 cm)这3个水位深度。

(2)因素二：不同扦插部位。

将莼菜枝条按照枝条上部、枝条中部、枝条下部这3个部分剪切成8 cm长。

(3)因素三：不同扦插方式。

将莼菜枝条按照斜插和平插的方法进行定植。斜插是把茎基部插入沙子中，上部露出沙子1节以上。平插是将茎的两头同时插入沙子中，如已发芽，将新芽露出沙子，插后抹平沙子即可[10]。

本研究从水位深度、扦插部位和扦插方式这3个因素来探讨莼菜扦插成活率的最优水平组合。正交表选用3因素3水平，各因素的不同水平见表1。试验共分6个处理，每次处理20株。

表1 L6(2×32)正交试验因素和水平

表2 莼菜扦插的正交试验设计方案

1.2.3 测定指标与数据处理

培养1个月以后，全面调查不同试验处理的莼菜植株成活率，测定指标包括：茎平均生长速度、新叶叶片数以及叶面积和。

成活率=成活的插条/供试的插条×100%。

茎平均生长速度=试验期间茎条增长总长度/试验总时间。

2 结果与分析

2.1 不同处理对莼菜植株的茎平均生长速度的影响

由图1可知，不同处理下莼菜的茎平均生长速度差异显著。不同处理中莼菜的茎平均生长速度由快到慢的顺序为：A3B2C1>A2B3C1>A3B3C2>A2B1C2>A1B2C2>A1B1C1。第5种处理即水位深度为8 cm、扦插部位为枝条中部和扦插方式为平插(A3B2C1)，莼菜的茎平均生长速度最快，为0.14 cm/(d·株)；而第1种处理即水位深度为2 cm、扦插部位为枝条上部和扦插方式为平插(A1B1C1)，莼菜的茎平均生长速度最慢，为0.08 cm/(d·株)，即第5种处理较有利于莼菜的茎生长。

图1 不同处理对莼菜植株茎平均增长速度的影响Fig.1 Effect of different treatment on Brasenia schreberi stem the number of Brasenia schreberi leaves

图2 不同处理对莼菜植株叶片数的影响Fig.2 Effect of different treatment on average growth rate

2.2 不同处理对莼菜植株的新叶叶片数的影响

由图2可知，不同处理下莼菜的叶片数差异显著。不同处理中莼菜的新叶叶片数由多到少的顺序为：A3B2C1>A3B3C2>A1B1C1>A1B2C2>A2B3C1>A2B1C2。第5种处理即水位深度为8 cm、扦插部位为枝条中部和扦插方式为平插(A3B2C1)，莼菜的新叶叶片数最多，为20片/株；而第3种处理即水位深度为4 cm、扦插部位为枝条上部和扦插方式为斜插(A2B1C2)，莼菜的新叶叶片数最少，为9片/株，即第5种处理较有利于莼菜的叶片生长。

2.3 不同处理对莼菜植株的新叶叶面积和的影响

由图3可知，不同处理下莼菜的新叶叶面积和差异显著。不同处理中莼菜的新叶叶面积和由大到小的顺序为A1B1C1>A3B2C1>A2B1C2>A1B2C2>A3B3C2>A2B3C1。第1种处理即水位深度为2 cm、扦插部位为枝条上部和扦插方式为平插(A1B1C1)，莼菜的新叶叶面积和最大，为119.46 cm2。第5种处理即水位深度为8 cm、扦插部位为枝条中部和扦插方式为平插(A3B2C1)，莼菜的新叶叶面积和为119.10 cm2。2种处理的新叶叶面积和只相差了0.36 cm2。而第4次处理即水位深度为4 cm、扦插部位为枝条下部和扦插方式为平插(A2B3C1)，莼菜的新叶叶面积和最小，为85.59 cm2，即第1种处理较有利于莼菜的新叶叶面积和的增大。

图3 不同处理对莼菜植株新叶叶面积和的影响Fig.3 Effect of different treatment on Brasenia schreberi plant new leaf area

2.4 不同处理对莼菜植株成活率的影响

正交试验中试验因子的极差越大，说明试验因子对试验的影响越大。因此，试验因子显得格外重要。由于主要因子的水平变动对试验的影响大，所以必须控制在最优水平上。对于次要因子，可根据具体情况选取适当的水平。由表3可知，不同处理中莼菜植株成活率由高到低的顺序为：A3B2C1>A3B3C2=A1B2C2>A1B1C1=A2B3C1>A2B1C2。第5种处理即水位深度为8 cm、扦插部位为枝条中部和扦插方式为平插(A3B2C1)，莼菜植株成活率最高，为70%；而第3种处理即水位深度为4 cm、扦插部位为枝条上部和扦插方式为斜插(A2B1C2)，莼菜植株成活率最低，为30%。各因素影响扦插成活的主次顺序为：(主→次)水位深度→扦插部位→扦插方式，最优组合为A3B2C1，即用莼菜枝条中部平插于8 cm的水位深度中栽植。该组合的莼菜植株成活率、茎平均生长速度、新叶叶片数和新叶叶面积和分别为70%、0.14 cm/(d·株)、20片/株、119.10 cm2/株。该组合的植物成活率、茎平均生长速度和新叶叶片数显著高于其他组合，而第1种处理即水位深度为2 cm、扦插部位为枝条上部和扦插方式为平插(A1B1C1)时，莼菜的新叶叶面积和最大，但与该组合的新叶叶面积和只相差了0.36 cm2。因此在生产实际中，应该采用枝条中部作为插穗并采用平插的扦插方式以提高成活率。

表3 L6(2×32)正交试验结果

注：① K1代表水平1的总值，K2代表水平2的总值，K3代表水平3的总值；②k1代表水平1的平均值，k2代表水平2的平 均值，k3代表水平3的平均值；③极差R代表各水平平均值的最大值-最小值。

3 讨论

正交试验是用来科学设计多因素的一种方法，主要优点是能在多试验条件中选出代表性强的少数试验方案，并从中找出最优方案。正交试验广泛应用于农业、医学、工业等领域。正交试验优化了试验方法或工艺，提高了数据的精准度[11]。本试验通过采用正交试验分别选取不同的影响因子进行试验，筛选出莼菜扦插的最佳方法，为其食用和药用价值的开发利用奠定了基础。

从莼菜的扦插部位来源来看，采用莼菜枝条中部来进行扦插，植株成活率为60%，而采用莼菜枝条上部和枝条下部来进行扦插，植株成活率分别为37.5%和47.5%。这可能是因为扦插时愈伤组织和不定根的形成需要消耗大量的营养物质，特别是碳水化合物和氮素化合物，不仅是生根和生长不可缺少的，而且也是插穗生根前维持生长的重要能源[12]。试验证明，枝条上部之所以扦插生根困难且生长速度慢，与插穗组织中碳水化合物储藏能量不足有密切的关系，因为可溶性糖是生根所必需的主要物质[13]。而采用植物扦插繁殖的材料时，其木质化程度低的枝条内富含各种生长激素，细胞分生组织十分活跃，枝条成活率和生长较好，木质化程度越大成活率越低，且生根少而慢[14-15]。枝条下部的木质化程度高，其分化能力较低，导致其成活率降低。但由于枝条中部的木质化程度较低，且组织中的碳水化合物含量足以维持其生长，因此成活率较高。

从水位深度来看，水位为泥土以上枝条的2倍(8 cm)时的成活率最高。这是因为当水位只有泥土以上枝条的一半时，枝条顶部会裸露于环境中，水分容易散失而使那一半枝条干枯，叶片萎蔫，而导致近顶部的节不能生根，所以其生根率相对较低，最后导致成活率较低。而当水位是泥土以上枝条的一倍时，随着水位波动，枝条顶部偶尔会裸露于环境中而导致近顶部的节不能生根。前人的研究发现，适当的水位增高有利于植物鲜体保存以及休眠芽和种子萌发[16]，水位对植物的健康生长起到一定的作用，水位主要通过影响光照、水压、养分以及透明度等因素来影响植物的生长[17]。为了适应水位增加，沉水植物表现出形态上的可塑性和适应性，如延长节间距、增加株高、增加节数等[18]，水环境可通过影响植物的结构、生长繁殖，从而影响生物量积累及分配[19]，而当水位是泥土以上枝条的2倍时，水体中有足够的光照及养分，更有利于枝条的生根及生长。试验表明，栽植后水深一般控制在基质以上枝条的2倍左右的浅水层，有利于其生根成活[20]。从扦插方式来看，平插条件下莼菜植株成活率较高，为53.33%，斜插条件下植株成活率为43.33%，平插时莼菜植株成活率高于斜插条件，这是因为平插时插穗与养分、水分接触范围最大[21]，几乎使每个茎节均与基质紧密接触，有利于插穗在各节上生根[22]，因此平插有利于植株生根及生长。

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Optimization of the Cutting Propagation Conditions forBraseniaschreberiby Orthogonal Design

(责任编辑 马殷华)

ZHUANG Fenghong1， MA Jiangming1， 2， MEI Junlin1， QING Yanghui1

(1.College of Life Science， Guangxi Normal University， Guilin Guangxi 541006， China; 2. Key Laboratory of Ecology of Rare and Endangered Species and Environmental Protection (Ministry of Education)，

Guangxi Normal University, Guilin Guangxi 541006， China)

In order to explore the best cutting propagation method ofBraseniaschreberi, orthogonal design is adopted to study the effect ofBraseniacutting survival factors and the best way to cutting from the factors such as water depth, cutting area and cutting way. The results show thatBraseniaschreberigrows the best by using the middle of the branches cuttings, water depth of 8 cm and cuttings way for flat insert. After one month, the survival rate is 70%, the average growth rate of stem is 0.14 cm/d, the number of new leaves is 20 tablets/plants and the new leaves area is 119.10 cm2.

Braseniaschreberi; orthogonal experiment design; cutting propagation

10.16088/j.issn.1001-6600.2016.03.021

2016-04-15

广西自然科学基金资助项目(2014GXNSFAA118108) ；国家自然科学基金资助项目(31160156)；广西高校科研项目(2013ZD008)；中国地质科学院岩溶生态系统与石漠化治理重点开放实验室基金(KERDC201101)

马姜明(1976—)，男，江西永新人，广西师范大学教授，博士，硕导。E-mail： mjming03@gxnu.edu.cn

S645.9

A

1001-6600(2016)03-0144-06