苎麻嫩梢水培育苗技术参数优化

陈继康，朱娟娟，喻春明，朱爱国，陈平，高钢，陈坤梅，熊和平

（中国农业科学院麻类研究所，长沙410205）

近年来，苎麻多用途技术的研发和应用打破了其传统利用模式。除纤维纺织外，苎麻在畜牧养殖［1］、燃料乙醇［2］、医疗［3］、重金属污染耕地种植结构调整［4］等重大需求中发挥着越来越重要的作用。随着国家不断推进农业适度规模经营，企业自建基地，规模化、机械化种植成为苎麻生产的必然趋势。提供优质种子种苗是适应新形势下苎麻生产发展的首要环节。然而嫩梢土壤扦插［5-6］、细切种根［7］等传统无性繁殖育苗方式种苗存在来源受限、育苗难度大、土传病害严重、育苗时间受季节和气候影响大、严重依赖人工作业等弊端，不仅导致苎麻种苗成本昂贵，更无法适应机械化、规模化生产的要求。生产亟需高效、优质、轻简、可有效控制的苎麻新型工厂化繁育方法。

工厂化水培育苗是现代育苗技术的重要组成，研发苎麻水培工厂化育苗技术对实现苎麻育苗专业化、标准化和规模化具有重要意义［8］。前人对嫩梢雾培［9］、沙培［10］、水培［11］等方法进行了研究，但局限于嫩梢生根环节，缺乏对环境改善、种源开辟、资源循环、规范作业、参数体系等问题的分析，尤其缺乏对成本控制体系的探索。不仅上述问题没有得到有效解决，且又产生了废水废料处理、标准化生产等新问题，因而没有广泛应用，更没有进入工厂化阶段。鉴于此，本研究系统开展了苎麻嫩梢水培技术参数体系的优化，旨在为实现苎麻工厂化育苗提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

中苎2号是当前主要推广的苎麻品种之一，因此，本研究以中苎2号为试验材料进行水培技术参数体系优化。

1.2 水培方法

为避免土壤中不同氮素来源及形态的影响，本研究采取对各基因型嫩梢水培的方法开展试验。在扦插前15 d对国家种质长沙苎麻圃内种植的中苎2号进行打顶，培育健壮分枝（嫩梢）。分枝到达20 cm左右时剪下，选择生长健壮、无病虫害、茎粗均匀一致的分枝45株，均分为3组，每组为1个重复。削切分枝至15 cm，除去下部叶片，顶端保留3～4片嫩叶。将削切好的苎麻分枝浸入800倍多菌灵溶液消毒30 s，扦插到卡莲（Karen）水培仪中。水培仪内装入等量（15 L）清水或营养液培养，将光/暗周期调至为16/8 h，培养环境温度为（25±2）℃。每个重复分别采样，采集所有成活植株处理后进行测试。

1.3 处理设置

本研究由如下5项试验组成，其中后一项试验的水培方法均依据前面几项试验所得的较优参数进行调整。基本水培方法及重复数见1.2。

1.3.1 营养液添加时间

添加营养液后，水体呈富营养状态，滋生微生物造成嫩梢死亡是影响苎麻水培育苗的首要因素，因而首先研究了营养液添加时间对苎麻嫩梢水培的影响。分别在扦插后第1、2、3、4、5和6天添加营养液，依次编号为T1、T2、T3、T4、T5和T6，并以不添加营养液为对照（CK），探讨营养液不同添加时间对苎麻嫩梢水培生根的影响，降低水培苗腐烂数。营养液选用海珀尼卡液肥。根量采用烘干称重法测定。取整株根系用吸水纸小心吸干根系表面水分，采用甲烯蓝吸附法测定根系总吸收面积和活跃吸收面积，并计算比表面积，即比表面积=总吸收面积/体积［12］。

1.3.2 不同水体环境

设置循环流动、静止和静止+高锰酸钾3个处理，观察不同水体环境下苎麻生根率变化，其中循环流动处理开启水培仪的循环水泵，而其他两个处理水泵处于关闭状态。

1.3.3 促根方法

设置清水、营养液、生根粉及营养液+生根粉4个处理，比较不同处理对水培苎麻苗生根率、生根数、最大根长和根鲜重的影响。生根粉为美国艾博瑞生物技术有限公司研制的根霸王TM可湿性粉剂，主要成分为吲哚乙酸、萘乙酸钠。根据试验1.3.1和1.3.2的结果，4个处理均采用第4天添加营养液、循环液流培养方式。将生根粉稀释为200倍液浸蘸2 min后扦插。

1.3.4 营养液配方

根据现有的不同配方水培营养液（霍格兰和阿农、Hewitt通用、日本园艺、法国农业研究所普及营养液和荷兰花卉研究所配方）以及苎麻需肥特性，配制苎麻水培营养液，其中N、P、K的配比及主要化合物用量见表1、2，微量元素配方参考文献［13］。各处理营养液除N、P、K外，其他元素含量均一致。

表1 苎麻水培营养液配方处理中N、P、K的配比Tab.1 NPK content in nutrient solutions for ramie cultured in hydroponics mg/L

表2 苎麻水培营养液配方处理主要化合物用量Tab.2 Major component of chemicals in nutrient solutions for ramie cultured in hydroponics mg/L

1.3.5 密度和光源

设置不同扦插密度（M1/M2/M3）分别对不同光源类型（G1/G2），两两组合，共有 M1G1、M1G2、M2G1、M2G2、M3G1、M3G2 6种组合。其中 M1为180株/平方米，M2为160株/平方米，M3为120株/平方米；G1为红蓝光LED植物生长灯光源、G2为日光灯光源。

1.3.6 数据分析

采用SPSS 19.0软件对所测数据进行统计分析，用平均值和标准误表示测定结果，对不同处理间进行方差分析（ɑ=0.05），用Duncan法对各测定数据进行多重比较，采用Microsoft Excel 2016制图。

2 结果与分析

2.1 营养液不同添加时间对水培苎麻嫩梢生根的影响

由表3可知，过早添加营养液显著降低苎麻嫩梢的生根率，其中第1天（T1）和第2天（T2）添加分别较对照降低了42.9%和11.9%。延迟营养液添加时间可提高生根率，但过迟则导致根量、根系总吸收面积和活跃吸收面积下降。综合比较各性状可见，扦插后的第4天添加营养液促进根系的生长，并且植株腐烂程度较低。

表3 营养液不同添加时间对水培苎麻嫩梢生根的影响Tab.3 Effects of nutrient solution applied at different times on rooting traits of ramie cultured in hydroponics

续表3

2.2 不同水环境对苎麻扦插苗生根的影响

对不同水环境下水培苎麻嫩梢的生根率进行对比发现，水体循环流动条件下，苎麻嫩梢在第6天即开始生根，并在第7天达到生根高峰期，第8天生根率达到100%（图1）。与两种静止水体的处理相比，循环流动既能提早生根的时间和整齐度，又能较好地降低嫩梢死亡率。在静止水体中添加KMnO4持续消毒虽然能够提高生根率，但对生根时间没有显著影响。

图1 不同水环境对水培苎麻嫩梢生根的影响Fig.1 Effect of nutrient solution flow types on rooting ratio of ramie shoots cultured in hydroponics

2.3 不同促根方法对水培苎麻苗扦插生长的影响

不同促根方法对水培苎麻嫩梢生根率的影响具有显著差异（图2）。4个处理均在第6天开始生根，初期以两种添加营养液的处理生根率较高，但营养液+生根粉处理在第8天即停止生根，总生根率仅达到60.0%。单纯浸蘸生根粉的处理前期生根率低于营养液处理组但高于清水对照组，最终生根率达到93.3%。可见，使用生根粉对苎麻嫩梢水培生根率造成不利影响。

图2 不同促根方法对水培苎麻嫩梢生根率的影响Fig.2 Effects of root promoting methods on rooting ratio of ramie shoots cultured in hydroponics

进一步观察不同促根方法对水培苎麻苗根系生长的影响，发现两个使用生根粉的处理单株根数明显较高，而最大根长则以两个使用营养液的处理较高，仅使用生根粉的处理最低（图3）。可见，生根粉对水培苎麻嫩梢的作用主要在于增加根数，而使用营养液可以提高根长并促进生根。

图3 不同促根方法对水培苎麻苗根系生长的影响Fig.3 Effects of root promoting methods on root growth of ramie seedlings cultured in hydroponics

2.4 不同营养液配方对水培苎麻扦插苗生长的影响

研究调查了不同营养液处理下中苎2号的生根率及根系生长情况（图4）。结果表明，添加不同营养液对中苎2号的生根率没有显著影响，但对根系伸长具有显著影响。随着扦插时间延长，添加营养液处理与清水对照（CK）的根长差距逐步扩大，其中扦插后第12天F1处理苎麻种苗最大根长较对照高26.4%，F2-F5的4个处理间没有显著差异，但均显著小于F1而大于CK。从根系伸长增长率变化来看，苎麻在生根后根系迅速伸长，而增长率急剧下降，至扦插后第10天（生根后第5天）开始平缓增长直至停滞。F1则因第7天的基础根长显著较大（10.32 cm，较 F5长50.4%）而第8天的增长率偏小。整体来看，F1处理（N：60 mg/L、P：15 mg/L、K：90 mg/L）为苎麻水培最佳营养液浓度。

图4 不同营养液配方对水培苎麻根系生长的影响Fig.4 Effects of different nutrient solution on root growth of ramie seedlings cultured in hydroponics

2.5 不同扦插密度和光源对苎麻嫩梢水培生根的影响

由表4可知，扦插密度是影响苎麻嫩梢生根率的主要因素，密度越大，扦插苗越易腐烂；光照类型是影响苎麻种苗根系生长的主要因素，日光灯较红蓝LED光源可显著促进根系生长；扦插密度与光源类型的互作效应不显著。由于在不影响生根率和种苗素质（根量）的条件下，工厂化育苗要求更高的扦插密度，因此M2G2处理为较优选择。

表4 不同扦插密度和光源对水培苎麻嫩梢生根效果的影响Tab.4 Effects of planting density and light source on rooting of ramie shoots cultured in hydroponics

3 讨论与结论

根据研究结果，适于苎麻水培的技术参数体系主要包括：采集嫩梢长10～15 cm，顶部留叶4～5片；800倍多菌灵浸泡嫩梢中下部30 s；采用循环液流培养；培养环境温度20～25℃；全光谱光源（日光灯）补光；扦插密度为160株/平方米，在扦插后第4天添加营养液，营养液N、P、K浓度分别为 60、15、90 mg/L。

苎麻嫩梢土壤扦插育苗方式的主要问题包括：一是依赖人工，工作苦、效率低，每个环节均需大量人工作业；二是种苗来源受限，繁殖系数低，育苗周期长：嫩梢源于苎麻腋芽，每个腋芽仅能采集一次，获得一株嫩梢，之后便要等待母体重新生长、打顶、培养嫩梢、再采集，生产季节性强、时间成本巨大；三是土传病害影响大，“换地育苗”加大工厂化难度：土壤中含有大量土传病害、害虫等有害生物［14］，极易造成伤口感染，导致幼苗死亡，因而苎麻育苗忌重茬，不断转换育苗基地又无法满足专业育苗机构基本要求；四是成活率影响因素多而且难以控制：其成活率直接受土壤质地、天气变化、人工管理的精细度和嫩梢扦插的深度、密度、均匀度等影响［15］。这些问题导致土壤扦插方法育苗成本高、技术风险大、秧苗质量不稳定等弊端，不符合工厂化育苗和机械化种植的要求。

工厂化水培育苗是现代育苗技术的重要组成。借助工厂化设施对环境的有效控制及作业的便利性，加之水培较土壤培养具有更迅捷、更精准的优势，开展苎麻水培工厂化育苗技术研究和应用，对实现苎麻育苗专业化、标准化和规模化具有重要意义。本研究基于苎麻工厂化育苗技术［8］，从液流状态、营养液配方及添加方式、促根方法及扦插方法入手系统分析了水培条件下苎麻嫩梢的生根特性。研究按照生产流程，设定相对独立的因素，通过5项试验，后一项试验基于已完成试验的结果，逐步优化提升，提出完整水培成苗技术参数体系，2015～2016两个年度的生产试验种苗成活率均达92.3%以上（3万株/批次），对优化改进苎麻工厂化育苗具有较高参考价值。研究还发现不同光源类型对嫩梢水培的不同作用，即日光灯促进生根而红蓝LED光源促进根系生长。根据该结果，前期采用日光灯补光，后期采用红蓝LED补光可进一步提高育苗效果，但整体经济效益有待于进一步研究。