應(yīng)用正交設(shè)計法優(yōu)選莼菜扦插繁殖方法

莊楓紅，馬姜明， 2，梅軍林，覃揚澮

(1.廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣西桂林541006；2. 廣西師范大學(xué)珍稀瀕危動植物生態(tài)與環(huán)境保護教育部重點實驗室，廣西桂林541006)

?

應(yīng)用正交設(shè)計法優(yōu)選莼菜扦插繁殖方法

莊楓紅1，馬姜明1， 2，梅軍林1，覃揚澮1

(1.廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣西桂林541006；2. 廣西師范大學(xué)珍稀瀕危動植物生態(tài)與環(huán)境保護教育部重點實驗室，廣西桂林541006)

為探索最佳的莼菜扦插繁殖方法，本研究采用正交試驗設(shè)計，從水位深度、扦插部位和扦插方式等因素研究莼菜扦插成活的影響因子及扦插的最佳方法。研究結(jié)果表明，采用莼菜枝條的中部為插穗，水位深度為泥土以上枝條的2倍，扦插方式為平插時，莼菜植株的生長狀況最好，培養(yǎng)1個月后，其成活率、莖平均生長速度、新葉葉片數(shù)以及新葉葉面積和分別為70%、 0.14 cm/(d·株)、20片/株、119.10 cm2/株。

莼菜；正交試驗設(shè)計；扦插繁殖

莼菜Braseniaschreberi，又名馬蹄草、水荷葉、水葵、露葵或湖菜，是第三紀植物區(qū)系的殘遺珍稀種源，隸屬睡蓮科，為多年生宿根草本水生植物[1-2]，分布于中國、俄羅斯、日本、印度、北美、大洋洲東部及西非的池塘和河湖中。在我國，莼菜主要分布于江蘇、浙江、安徽、江西、湖南、四川、云南和臺灣等省份[1]，主要產(chǎn)區(qū)為江蘇太湖地區(qū)、浙江西湖地區(qū)、四川螺吉山和湖北利川地區(qū)。莼菜是世界著名珍稀水生蔬菜，藥用價值高[3-4]。莼菜含有酸性多糖、蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、組胺及微量元素等化學(xué)成分，有抗腫瘤、抗?jié)?、抗菌消炎和促進免疫等生物活性，具有營養(yǎng)、醫(yī)療、保健功效[5]。

由于莼菜主要分布于淺水湖泊、池塘，其生境隔離現(xiàn)象突出。近年來，隨著人類活動的加劇，如圍湖造田、工藝廢水任意排放和不合理的土地利用制度，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞和過度開發(fā)利用，使莼菜在我國的分布范圍及其自然種群數(shù)量急速減少，瀕臨滅絕，已被列為國家一級重點保護瀕危野生植物[6]。莼菜可以進行有性繁殖，但因有性繁殖的后代易出現(xiàn)性狀變異，即母系性狀不能穩(wěn)定地遺傳給子代，子代總會出現(xiàn)性狀分離，根據(jù)表現(xiàn)型選擇的優(yōu)良性狀常常不能在子代重演，不易保持品種優(yōu)良的特征特性，且莼菜種子繁殖能力極差，故一般采用扦插繁殖。扦插繁殖法即可保持莼菜的品質(zhì)，如葉片膠質(zhì)豐富、葉肉肥厚和質(zhì)地柔滑等，又可縮短采摘期，以提高經(jīng)濟效益[7]。一般當年扦插，當年即可采摘。目前，關(guān)于莼菜栽培方面的研究主要為栽培管理技術(shù)[8]，包括品種選擇、栽培水面選擇、定植方式、水分管理、施肥方法、蟲害防治、采收方式、選種方法等內(nèi)容。有關(guān)莼菜扦插繁殖方面的研究還較少，有必要進行不同措施對莼菜扦插成活率的影響的探究。普遍認為，正交設(shè)計法是選擇最佳實驗方案頗為有效的工具，其優(yōu)越性在于省時省力[9]，而有關(guān)正交試驗在莼菜扦插繁殖的應(yīng)用尚未見報道。本研究采用正交試驗設(shè)計方案，從基于莼菜成活率得出莼菜扦插的最優(yōu)水平組合，擬為更好地掌握莼菜的無性繁殖及栽培管理技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

莼菜為無性繁殖，供試材料來源于湖南省懷化市通道縣。試驗選擇健壯、無病蟲害的枝條。

1.2 方法

1.2.1 插床

選擇大小一致的塑料桶(90 L)為插床，用20 g/L高錳酸鉀溶液進行噴灑消毒，24 h后，盛入約2/5的沙子(在桶里加入適量的三元復(fù)合肥)進行各組試驗，每桶扦插4株，重復(fù)5次，定期定量更換活水并清除雜草、雜質(zhì)。

1.2.2 正交試驗設(shè)計

(1)因素一：不同水位深度。

將莼菜枝條剪切成8 cm長，枝條插入泥土中的深度為4 cm左右，將淹沒沙子以上的水位分別設(shè)置成泥土以上枝條的一半(2 cm)、 泥土以上枝條的1倍(4 cm)、泥土以上枝條的2倍(8 cm)這3個水位深度。

(2)因素二：不同扦插部位。

將莼菜枝條按照枝條上部、枝條中部、枝條下部這3個部分剪切成8 cm長。

(3)因素三：不同扦插方式。

將莼菜枝條按照斜插和平插的方法進行定植。斜插是把莖基部插入沙子中，上部露出沙子1節(jié)以上。平插是將莖的兩頭同時插入沙子中，如已發(fā)芽，將新芽露出沙子，插后抹平沙子即可[10]。

本研究從水位深度、扦插部位和扦插方式這3個因素來探討莼菜扦插成活率的最優(yōu)水平組合。正交表選用3因素3水平，各因素的不同水平見表1。試驗共分6個處理，每次處理20株。

表1 L6(2×32)正交試驗因素和水平

表2 莼菜扦插的正交試驗設(shè)計方案

1.2.3 測定指標與數(shù)據(jù)處理

培養(yǎng)1個月以后，全面調(diào)查不同試驗處理的莼菜植株成活率，測定指標包括：莖平均生長速度、新葉葉片數(shù)以及葉面積和。

成活率=成活的插條/供試的插條×100%。

莖平均生長速度=試驗期間莖條增長總長度/試驗總時間。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對莼菜植株的莖平均生長速度的影響

由圖1可知，不同處理下莼菜的莖平均生長速度差異顯著。不同處理中莼菜的莖平均生長速度由快到慢的順序為：A3B2C1>A2B3C1>A3B3C2>A2B1C2>A1B2C2>A1B1C1。第5種處理即水位深度為8 cm、扦插部位為枝條中部和扦插方式為平插(A3B2C1)，莼菜的莖平均生長速度最快，為0.14 cm/(d·株)；而第1種處理即水位深度為2 cm、扦插部位為枝條上部和扦插方式為平插(A1B1C1)，莼菜的莖平均生長速度最慢，為0.08 cm/(d·株)，即第5種處理較有利于莼菜的莖生長。

圖1 不同處理對莼菜植株莖平均增長速度的影響Fig.1 Effect of different treatment on Brasenia schreberi stem the number of Brasenia schreberi leaves

圖2 不同處理對莼菜植株葉片數(shù)的影響Fig.2 Effect of different treatment on average growth rate

2.2 不同處理對莼菜植株的新葉葉片數(shù)的影響

由圖2可知，不同處理下莼菜的葉片數(shù)差異顯著。不同處理中莼菜的新葉葉片數(shù)由多到少的順序為：A3B2C1>A3B3C2>A1B1C1>A1B2C2>A2B3C1>A2B1C2。第5種處理即水位深度為8 cm、扦插部位為枝條中部和扦插方式為平插(A3B2C1)，莼菜的新葉葉片數(shù)最多，為20片/株；而第3種處理即水位深度為4 cm、扦插部位為枝條上部和扦插方式為斜插(A2B1C2)，莼菜的新葉葉片數(shù)最少，為9片/株，即第5種處理較有利于莼菜的葉片生長。

2.3 不同處理對莼菜植株的新葉葉面積和的影響

由圖3可知，不同處理下莼菜的新葉葉面積和差異顯著。不同處理中莼菜的新葉葉面積和由大到小的順序為A1B1C1>A3B2C1>A2B1C2>A1B2C2>A3B3C2>A2B3C1。第1種處理即水位深度為2 cm、扦插部位為枝條上部和扦插方式為平插(A1B1C1)，莼菜的新葉葉面積和最大，為119.46 cm2。第5種處理即水位深度為8 cm、扦插部位為枝條中部和扦插方式為平插(A3B2C1)，莼菜的新葉葉面積和為119.10 cm2。2種處理的新葉葉面積和只相差了0.36 cm2。而第4次處理即水位深度為4 cm、扦插部位為枝條下部和扦插方式為平插(A2B3C1)，莼菜的新葉葉面積和最小，為85.59 cm2，即第1種處理較有利于莼菜的新葉葉面積和的增大。

圖3 不同處理對莼菜植株新葉葉面積和的影響Fig.3 Effect of different treatment on Brasenia schreberi plant new leaf area

2.4 不同處理對莼菜植株成活率的影響

正交試驗中試驗因子的極差越大，說明試驗因子對試驗的影響越大。因此，試驗因子顯得格外重要。由于主要因子的水平變動對試驗的影響大，所以必須控制在最優(yōu)水平上。對于次要因子，可根據(jù)具體情況選取適當?shù)乃?。由?可知，不同處理中莼菜植株成活率由高到低的順序為：A3B2C1>A3B3C2=A1B2C2>A1B1C1=A2B3C1>A2B1C2。第5種處理即水位深度為8 cm、扦插部位為枝條中部和扦插方式為平插(A3B2C1)，莼菜植株成活率最高，為70%；而第3種處理即水位深度為4 cm、扦插部位為枝條上部和扦插方式為斜插(A2B1C2)，莼菜植株成活率最低，為30%。各因素影響扦插成活的主次順序為：(主→次)水位深度→扦插部位→扦插方式，最優(yōu)組合為A3B2C1，即用莼菜枝條中部平插于8 cm的水位深度中栽植。該組合的莼菜植株成活率、莖平均生長速度、新葉葉片數(shù)和新葉葉面積和分別為70%、0.14 cm/(d·株)、20片/株、119.10 cm2/株。該組合的植物成活率、莖平均生長速度和新葉葉片數(shù)顯著高于其他組合，而第1種處理即水位深度為2 cm、扦插部位為枝條上部和扦插方式為平插(A1B1C1)時，莼菜的新葉葉面積和最大，但與該組合的新葉葉面積和只相差了0.36 cm2。因此在生產(chǎn)實際中，應(yīng)該采用枝條中部作為插穗并采用平插的扦插方式以提高成活率。

表3 L6(2×32)正交試驗結(jié)果

注：① K1代表水平1的總值，K2代表水平2的總值，K3代表水平3的總值；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極差R代表各水平平均值的最大值-最小值。

3 討論

正交試驗是用來科學(xué)設(shè)計多因素的一種方法，主要優(yōu)點是能在多試驗條件中選出代表性強的少數(shù)試驗方案，并從中找出最優(yōu)方案。正交試驗廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域。正交試驗優(yōu)化了試驗方法或工藝，提高了數(shù)據(jù)的精準度[11]。本試驗通過采用正交試驗分別選取不同的影響因子進行試驗，篩選出莼菜扦插的最佳方法，為其食用和藥用價值的開發(fā)利用奠定了基礎(chǔ)。

從莼菜的扦插部位來源來看，采用莼菜枝條中部來進行扦插，植株成活率為60%，而采用莼菜枝條上部和枝條下部來進行扦插，植株成活率分別為37.5%和47.5%。這可能是因為扦插時愈傷組織和不定根的形成需要消耗大量的營養(yǎng)物質(zhì)，特別是碳水化合物和氮素化合物，不僅是生根和生長不可缺少的，而且也是插穗生根前維持生長的重要能源[12]。試驗證明，枝條上部之所以扦插生根困難且生長速度慢，與插穗組織中碳水化合物儲藏能量不足有密切的關(guān)系，因為可溶性糖是生根所必需的主要物質(zhì)[13]。而采用植物扦插繁殖的材料時，其木質(zhì)化程度低的枝條內(nèi)富含各種生長激素，細胞分生組織十分活躍，枝條成活率和生長較好，木質(zhì)化程度越大成活率越低，且生根少而慢[14-15]。枝條下部的木質(zhì)化程度高，其分化能力較低，導(dǎo)致其成活率降低。但由于枝條中部的木質(zhì)化程度較低，且組織中的碳水化合物含量足以維持其生長，因此成活率較高。

從水位深度來看，水位為泥土以上枝條的2倍(8 cm)時的成活率最高。這是因為當水位只有泥土以上枝條的一半時，枝條頂部會裸露于環(huán)境中，水分容易散失而使那一半枝條干枯，葉片萎蔫，而導(dǎo)致近頂部的節(jié)不能生根，所以其生根率相對較低，最后導(dǎo)致成活率較低。而當水位是泥土以上枝條的一倍時，隨著水位波動，枝條頂部偶爾會裸露于環(huán)境中而導(dǎo)致近頂部的節(jié)不能生根。前人的研究發(fā)現(xiàn)，適當?shù)乃辉龈哂欣谥参秕r體保存以及休眠芽和種子萌發(fā)[16]，水位對植物的健康生長起到一定的作用，水位主要通過影響光照、水壓、養(yǎng)分以及透明度等因素來影響植物的生長[17]。為了適應(yīng)水位增加，沉水植物表現(xiàn)出形態(tài)上的可塑性和適應(yīng)性，如延長節(jié)間距、增加株高、增加節(jié)數(shù)等[18]，水環(huán)境可通過影響植物的結(jié)構(gòu)、生長繁殖，從而影響生物量積累及分配[19]，而當水位是泥土以上枝條的2倍時，水體中有足夠的光照及養(yǎng)分，更有利于枝條的生根及生長。試驗表明，栽植后水深一般控制在基質(zhì)以上枝條的2倍左右的淺水層，有利于其生根成活[20]。從扦插方式來看，平插條件下莼菜植株成活率較高，為53.33%，斜插條件下植株成活率為43.33%，平插時莼菜植株成活率高于斜插條件，這是因為平插時插穗與養(yǎng)分、水分接觸范圍最大[21]，幾乎使每個莖節(jié)均與基質(zhì)緊密接觸，有利于插穗在各節(jié)上生根[22]，因此平插有利于植株生根及生長。

[1] 倪學(xué)明， 於炳， 周遠捷， 等. 睡蓮科的屬間關(guān)系研究[J]. 武漢植物學(xué)研究， 1994， 12(4)： 311-320.

[2] 吳征鎰， 洪德元. 中國植物志圖集[M]. 北京： 科學(xué)出版社， 2001.

[3] LEE M K， PARK H J， KWON S H， et al. Tellimoside， a flavonol glycoside fromBraseniaschreberi， inhibits the growth of cyanobacterium (Microcystis aeruginosa LB 2385)[J]. Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry， 2013， 56(1)： 117-121.

[4] LEGAULT J， PERSON T， MSHVILDADZE V， et al. Antioxidant and anti -inflammatory activities of quercetin 7-O-β-D-glucopyranoside from the leaves of Brasenia schreberi[J]. Journal of Medicinal Food， 2011， 14(10)： 1127-1134.

[5] 吳永堯， 彭振坤， 周大寨， 等. 莼菜富集鋅的能力及其鋅的分布探討[J]. 食品科學(xué)， 2003， 24(2)： 126-127.

[6] 于永福. 中國野生植物保護里程碑[J]. 植物雜志， 1999(5)： 3-11.

[7] 吳云. 利川福寶山莼菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)無公害栽培技術(shù)[J]. 農(nóng)業(yè)科技通訊， 2009(9)： 197-198.

[8] 張雷， 王凌云， 陳淑玲. 莼菜的特征特性及栽培管理技術(shù)[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技， 2015(12)： 101-102.

[9] 尹明華， 洪森榮， 徐衛(wèi)紅. 應(yīng)用正交設(shè)計法優(yōu)選黃獨脫毒苗快繁培養(yǎng)基[J]. 亞熱帶植物科學(xué)， 2009， 38(3)： 24-26.

[10] 劉玉平， 柯衛(wèi)東， 朱紅蓮. 莼菜栽培技術(shù)[J]. 水生蔬菜， 2009(3)： 34-35.

[11] 王必尊， 何應(yīng)對， 唐粉玲， 等. 基于正交試驗的香蕉組培苗栽培基質(zhì)篩選[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2012， 39(20)： 101-104.

[12] 梁玉堂， 龍莊如. 樹木營養(yǎng)繁殖原理和技術(shù)[M]. 北京：中國林業(yè)出版社， 1993.

[13] 涂炳坤， 胡婉儀， 袁鳳群. 板栗嫩枝扦插生根過程中插穗營養(yǎng)物質(zhì)的研究[J]. 湖北林業(yè)科技， 1993(3)： 8-13.

[14] 尤光遠， 劉銀茍， 郭德選. 樟樹扦插試驗報告[J]. 江西林業(yè)科技， 1990(1)： 1-6.

[15] 劉德良， 金巨良. 樟樹扦插試驗研究[J]. 福建林學(xué)院學(xué)報， 2003， 23(2)： 189-192.

[16] WANG L L，ZENG G M，LI Z W， et al. Three-Gorge Dam influences wetland macrophytes in middle and lower reaches of Yangtze[J]. Progress in Natural Science, 2007， 17(9)： 1035-1041.

[17] LI W， CAO T， NI L， et al. Effects of water depth on carbon， nitrogen and phosphorus stoichiometry of five submersed macrophytes in an in situ experiment[J]. Ecological Engineering， 2013， 61(8)： 358-365.

[18] 楊永清. 水位波動對水生植物生長影響的實驗生態(tài)學(xué)研究[M]. 武漢： 武漢大學(xué)出版社， 2003.

[19] 李紅麗， 智穎飆， 雷光春， 等. 不同水位梯度下克隆植物大米草的生長繁殖特性和生物量分配格局[J]. 生態(tài)學(xué)報， 2009， 29(7)： 3521-3531.

[20] 劉成秀， 馬祖陸. 莼菜扦插的影響因素研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013， 41(4)： 1812-1813.

[21] 范庭興， 陳曉德， 杜琿. 大聚藻斷枝不同扦插方式對其生長及分株繁殖的影響[J]. 北方園藝， 2014(11)： 55-58.

[22] 郭云文， 蘇德榮， 劉澤良. 不同因子對山蕎麥扦插繁殖影響的研究[J]. 遼寧林業(yè)科技， 2008(2)： 3-7.

Optimization of the Cutting Propagation Conditions forBraseniaschreberiby Orthogonal Design

(責任編輯 馬殷華)

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

廣西自然科學(xué)基金資助項目(2014GXNSFAA118108) ；國家自然科學(xué)基金資助項目(31160156)；廣西高校科研項目(2013ZD008)；中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶生態(tài)系統(tǒng)與石漠化治理重點開放實驗室基金(KERDC201101)

馬姜明(1976—)，男，江西永新人，廣西師范大學(xué)教授，博士，碩導(dǎo)。E-mail： mjming03@gxnu.edu.cn

S645.9

A

1001-6600(2016)03-0144-06