基于正交试验的金线莲光环境参数多指标优化＊

韦鸿钰，李 蕊，褚 璇，刘洪利，牟英辉，马稚昱** (.仲恺农业工程学院，广州 505；.华南农业大学农学院，广州 5064)

金线莲别名金线兰、金线草，为多年生兰科开唇兰属植物，素有“药王”“金草”等美称，有清热凉血、祛风利湿、解毒、止痛、镇咳等功效，是中国的珍稀中草药。野生金线莲生长于阴暗潮湿的高海拔区域，其自然发芽率低，生长周期缓慢，随着近代工业发展对于自然环境的破坏，野生金线莲生存现状更为艰难。植物工厂可通过科学精准的环境调控使植物的光合作用最大化，从而使其形态更佳，营养价值更高[1-6]。

光环境是影响金线莲生长的重要因素之一，LED 作为现阶段植物工厂最理想光源被尝试应用于金线莲的设施栽培。目前有学者就单一光环境参数对金线莲的某一指标的影响开展了相关研究，并取得了一定成果[7-18]。但金线莲的品质评价要综合考虑感官指标和理化指标[19-21]。本文采用正交试验与相对差距和法对台湾金线莲及福建金线莲两个品种的光环境参数进行多指标优化，获得设施栽培金线莲的最优光环境配方，为设施栽培金线莲光环境精准调控提供理论依据。

第一,以提高学生的听说实践能力为总体目标,培养用所掌握的综合语言知识和技能做事的能力;第二,遵循“输出驱动-输入促成”假设,引导和激活学生在进入大学之前已输入的语言知识和技能,激发学生在真实语境下应用语言知识和语言技能的愿望;第三,根据教学目标,选定合适的教学内容,对实验组的教学内容进行二次改编,同一级别采用相同的教学材料。然后,依次展开教学组织、教学评估、教学实践展示和欣赏。

试验材料及方法

试验材料

供试材料为地缘（厦门）生物科技有限公司的金线莲瓶装组培苗，苗期4 个月左右。移栽前打开瓶口进行炼苗处理，7～15 天后，挑选长势一致组培苗株，清洗后定植至50 cm×30 cm×5 cm育苗盘内，每盘30 株，每个处理移栽2 盘共60 株。栽培基质为基质:蛭石:树皮=6:2:1，灌溉方式采用渗透灌溉。试验在仲恺农业工程学院闭锁式人工光型栽培室进行，环境条件设置为白天温度24℃，夜间温度20℃，空气湿度设定在60%。

①见宝玉这个样子，因说道“况且能多大年纪的人，略病一病儿就这么想那么想的，这不是自己倒给自己添病了吗”(第十一回)

试验设计及方法

各样本与最优样本的加权相对差距和为

（1）株高：从植物体的根茎底端到植株的最高生长点作为金线莲的株高值，用直尺直接测量，保证直尺的精度在1 mm。

表1 金线莲试验因素水平编码

评价指标及测定方法

根据2013 年福建省质量技术监督局发布的地方标准《地理标志产品永安金线莲》，金线莲的品质评价涉及感官指标和理化指标，故确定金线莲评价指标为株高、干重、多糖、黄酮[24]，各指标测定方法如下：

在前期单因素试验的基础上确定光强、光质、光周期三个主要因素的零水平参数如下：光强为40 μmol/(m2· s)，光质为蓝红1:1(R1B1)，光周期为16 h/d，在零水平10%～30% 波动范围内进行其他水平的选取，按照正交试验的试验均衡与分散原则，确定试验因素的水平编码表见表1，该试验为三因素三水平[22-23]。

（2）干重：把植株放入已经预热完好的烘箱内进行烘干处理，使用120 ℃高温进行杀青处理，此过程需要20 min 左右，然后65℃烘干72 h 至恒重状态下，用电子天平测定干重值。

多指标优化具体算法如下：试验有m 个参评样本，有n 个评价指标，每一个样本的指标数据库为：

11.统计学处理：采用SPSS 22.0统计软件进行数据处理。计量资料采用均数±标准差表示，组间比较采用两独立样本t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

金线莲的四个评价指标均为高优指标，视其权重相同且均为1。根据前述公式2 计算各组D 值，结果如表4所示。由相对差距和法原理可知D值越小，越接近最优水平，表4 中光强的最优水平为A 1，光质的最优水平为B 1，光周期的最优水平为C 3，即综合考虑各评价指标确定的最优方案为A1 B 1C 3，即光强20 μmol/(m2·s)，光质蓝红6:1，光周期20 h/d。

数据统计及分析方法

采用极差法分析各因素对单一评价指标影响的主次关系；采用相对差距和法对正交试验的结果进行多指标优化。

（3）多糖：光照处理后30 天，每组试验取0.5 g 金线莲干样，粉碎后40 目过筛后，加入5 mL 蒸馏水，80℃水浴锅加热90 min，冷却至室温，定容至10 mL，过滤后初段弃1 mL，收集余下滤液。吸取余下滤液1 m L，加入7.5 mL 无水乙醇，6000 r/min 离心，弃上清液，沉淀用φ=90% 的乙醇洗涤2 次，6000 r/min 离心，弃上清液，沉淀加水溶解，定容至10 mL。吸取0.2 mL，加蒸馏水至1 mL，加入φ=2.0%的苯酚溶液1 mL，浓硫酸5 mL，混匀，沸水浴加热2 min，冷却后用分光光度计于490 nm 处测定吸光度。通过标准曲线计算多糖含量。

试验设计

根据图5和相关分析：随着溶液钼浓度的升高，产品中值粒径在8.73～13.56μm之间波动呈不规律变化，颗粒粒径与粒径分布没有明显改变。反应结束后取出冷却，数分钟后晶体才开始析出，产物未出现团聚，颗粒大小较均匀，颗粒表面形貌完整均呈片状。综合比较，选择溶液钼浓度223.2g/L为最优浓度。

针对单一指标对上述试验结果进行极差分析结果见图1 和表3，由结果可知，各因素对福建金线莲株高及黄酮影响的主次关系一致，为光强>光周期>光质；对干重影响的主次关系为光周期>光强>光质；对多糖影响的主次关系为光质>光强>光周期。

结果分析

福建金线莲光环境参数优化

根据正交试验表L9(34) 完成9 组试验并测量福建金线莲的株高、干重、多糖、黄酮四个指标，结果如表2 所示。

表2 金线莲正交设计实验方案L9(34)

式中xj0的取值按如下规则确定：若某一评价指标为高优指标，则取评价对象中该指标的最大数值；若某一评价指标为低优指标，则取评价对象中该指标的最小数值。wi是各个指标的权重。Mi是各指标的中位数。结果将依据最终的D 值结果大小进行排列，D 值越小，说明这个指标的质量越高，越接近最佳结果。

图1 各因素对福建金线莲单一评价指标影响结果

表3 金线莲的极差分析表

针对单一评价指标均可得到一个最优方案，即针对株高的最优方案为A1B2C3；针对干重的最优方案为A2B1C1/C3；针对多糖的最优方案为A3B1C3；针对黄酮的最优方案为A1B2C3。由此可知，同一试验条件并非对各个指标都有利，单一指标确定的优化方案无法对金线莲品质进行客观评价，因此采用相对差距和法对试验结果进行综合评价。

（4）黄酮：光照处理后30 天，每组试验取0.5 g金线莲干样，粉碎后40 目过筛后，加无水乙醇20 mL，超声处理(功率350 W，频率50 Hz，温度80℃)2 h，滤纸过滤。取滤液定容至10 mL 无水乙醇中，精确吸取样品液2 mL，加入φ=30%的乙醇溶液至5 mL，摇匀，加0.5 mLφ=5%的亚硝酸钠溶液，混匀后静置3～8 min，加入0.3 mLφ=10%的硝酸铝溶液，混匀，静置6～8 min，加入1 mol/L氢氧化钠溶液，混匀。约10 min 后，用分光光度计于510 nm 处测定吸光度。通过标准曲线计算黄酮含量。

表4 三因素三水平优化结果

台湾金线莲光配方优化

根据正交试验表L9(34) 完成9 组试验并测量台湾金线莲的株高、干重、多糖、黄酮四个指标，结果如表5所示。

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表5 金线莲正交设计实验方案L9(34)

针对单一指标对上述试验结果进行极差分析，结果见图2 和表6，由结果可知，各因素对台湾金线莲株高和干重影响的主次关系一致，为光质>光强>光周期；对多糖影响的主次关系为光周期>光强>光质；对黄酮影响的主次关系为光强>光周期>光质。

表6 金线莲的极差分析表

图2 各因素对台湾金线莲单一评价指标影响结果

针对单一评价指标均可得到一个最优方案，即针对株高的最优方案为A1B3C2；针对干重的最优方案为A2B3C3；针对多糖的最优方案为A1B1C1；针对黄酮的最优方案为A1B3C1。

目前陆上通信技术日新月异，3G/4G/5G技术、Iridium-NEXT和Inmarsat I-5等虽然还没有广泛运用到海事移动业务中，但是已具备支持E-Navigation战略的能力。GMDSS是通信技术发展在一定历史阶段的产物，强调高接入率，尤其是遇险报警的成功率，而E-Navigation战略追求的是稳定、低资费和大带宽的海事移动通信。如果说GMDSS初级阶段以牺牲E-Navigation战略需求为代价，准现代化则应该以尽可能满足战略需求为前提。例如，为船舶近岸、沿海及远洋航行提供不同的通信策略，打破传统“双套设备”的概念，利用多种措施保证遇险报警的接入率等。

23rd International Trenchless Technology Conference & Exhibition

对台湾金线莲采用与福建金线莲相同的方法进行综合评价。结果如表7 所示，光强的最优水平为A1，光质的最优水平为B3，光周期的最优水平为C1，综合考虑各评价指标确定的最优方案为A1B3C1，即光强20 μmol/(m2.s)，光质蓝红1:6，光周期12 h/d。

表7 金线莲的极差分析表

结论

文章在单因素光配方试验研究基础上对福建金线莲和台湾金线莲的光环境参数进行了正交试验，并对试验结果进行了极差分析及多指标优化。结果表明，福建金线莲的最优光环境参数是A1B1C3，即光强20 μmol/(m2.s)，光质蓝红6:1，光周期20 h/d。台湾金线莲的最优光环境参数是A1B3C1，光强为20 μmol/(m2.s)，光质蓝红1:6，光周期12 h/d。