丹參無土育苗營養(yǎng)液篩選與優(yōu)化研究

王 凱，谷雨琛，盛業(yè)龍，沈夕坤，韓 赟，宿樹蘭，王圓圓，惠西珂，谷 巍*，巢建國*

（1．南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210023；2．常州市孟河雙峰中草藥科技有限公司，江蘇 常州 213000；3．南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬蘇州市中醫(yī)醫(yī)院，江蘇 蘇州 215000）

對于需要進(jìn)行育苗移栽的藥材而言，種苗的優(yōu)劣關(guān)系著最終形成藥材的質(zhì)量和產(chǎn)量［1］。無土育苗技術(shù)具有幼苗生長周期短，根系發(fā)育好，幼苗健壯，均一，移栽后緩苗時間短，成活率高等優(yōu)點(diǎn)。并且無土育苗便于科學(xué)化，規(guī)范化管理，適用于工廠化大規(guī)模生產(chǎn)。而無土育苗中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是優(yōu)良營養(yǎng)液的選擇。丹參的繁殖方式多樣，而育苗移栽方式因在質(zhì)量和產(chǎn)量以及實(shí)際生產(chǎn)過程中具有一定的優(yōu)勢［2］，在各地區(qū)丹參種植上被廣泛應(yīng)用。因此，研究丹參（Salvia miltiorrhiza）的無土育苗技術(shù)，選擇一種優(yōu)良的營養(yǎng)液配方，對大規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)良的丹參種苗具有重要意義。

關(guān)于育苗營養(yǎng)液，無論哪一種都應(yīng)包含植物必須的營養(yǎng)元素以及合適的EC 值和pH 值，目前已有的配方大多是Hoagland、日本園氏、山崎配方以及在其基礎(chǔ)上進(jìn)行改良的各種營養(yǎng)液［3］。袁藝等［4］研究表明，采用山崎配方對辣椒進(jìn)行漂浮育苗，莖粗、株高、生物量及生長速率都較優(yōu)，并對山崎配方進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)NO3--N和NH4

+-N 的比例為100∶9 時，對培育壯苗有利。吳麗君等［5］研究表明，采用荷蘭配方對番茄進(jìn)行育苗，在各指標(biāo)的綜合分析上表現(xiàn)最好。楊少輝等［6］研究表明，在對蝴蝶蘭幼苗的水培中，自制營養(yǎng)液IV 效果最好，其大量元素配方為Ca（NO3）2·4H2O 354 mg/L+KNO3177 mg/L+KH2PO457.5 mg/L+MgSO4·7H2O 185 mg/L。李玉祥等［7］研究表明，常規(guī)粳稻武運(yùn)粳24 號育苗營養(yǎng)液最適為2 倍的原液濃度，雜交秈稻6 兩優(yōu)9368 最適為2 ～4 倍原液濃度。豐鋒等［8］研究表明，對香蕉試管苗進(jìn)行無土育苗，較利的營養(yǎng)液配方為KNO3950 mg/L+NH4NO3412 mg/L+CaCl2332 mg/L+KH2PO4340 mg/L。王磊等［9］的研究表明，對于基質(zhì)栽培的組培苗，定期根灌1.2 倍鐵鹽含量、0.5 倍濃度的改良霍格蘭營養(yǎng)液，能使百子蓮呈現(xiàn)最佳的生長狀態(tài)。萬國娜［10］的研究表明，采用配方大量元素為Ca（NO3）2707 mg/L、KNO3140 mg/L、NH4NO3134 mg/L、KH2PO4169 mg/L、KSO4120 mg/L、MgSO4243 mg/L， 微 量元素為［-CH2N（CH2COONa）CH2COO］2Fe 30 mg/L、H3BO32.86 mg/L、MnSO42.13 mg/L、ZnSO40.22 mg/L、CuSO40.08 mg/L、（NH4）6Mo7O24·4H2O 0.02 mg/L 的營養(yǎng)液，能使漂浮育苗的大白菜呈現(xiàn)良好長勢。龔記熠等［11］研究表明，1 倍的霍格蘭營養(yǎng)液在綏陽小米椒和紫美人辣椒漂浮育苗中使用較為合適。許雪等［12］研究表明，阿農(nóng)配方和霍格蘭使津優(yōu)35 黃瓜幼苗根系活力強(qiáng)，幼苗健壯。錢宇等［13］的研究表明，營養(yǎng)液初始氮濃度調(diào)節(jié)為150 ～200 mg/kg 有利于皖南煙區(qū)煙苗的生長發(fā)育。廖璐婧等［14］研究表明，選擇磷濃度為0.04 g/L 的改良霍格蘭營養(yǎng)液能使杜仲苗有良好的生長狀態(tài)。優(yōu)良的種苗需要先進(jìn)的育苗技術(shù)，近年來，關(guān)于丹參育苗的研究大多仍處在對傳統(tǒng)土壤育苗方式上的細(xì)化研究［15-16］，而關(guān)于丹參無土育苗的營養(yǎng)液技術(shù)研究鮮有報道。因此本試驗(yàn)通過對營養(yǎng)液進(jìn)行正交設(shè)計(jì)，并以其所育成的丹參幼苗農(nóng)藝性狀和生理生化指標(biāo)作為判斷依據(jù)，進(jìn)行直觀分析和綜合評價，篩選出適合丹參無土育苗的優(yōu)良營養(yǎng)液配方，從而為工廠化生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的丹參種苗提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選擇山東產(chǎn)的大小均一、優(yōu)質(zhì)無病蟲害的丹參Salvia miltiorrhizaBunge 種子，且經(jīng)南京中醫(yī)藥大學(xué)巢建國教授鑒定并確認(rèn)。KNO3、CaCl2、MgSO4· 7H2O、NH4H2PO4、Na2-EDTA、H3BO3、無水MnSO4、FeSO4· 7H2O、CuSO4· 5H2O、ZnSO4、（NH4）6Mo7O24·4H2O、純水均為AR 級別，通用型商品基質(zhì)。

1.2 試驗(yàn)方法

該試驗(yàn)于2019 年3 ～6 月在江蘇省常州市孟河雙峰中草藥公司育種基地大棚中進(jìn)行，采用正交設(shè)計(jì)，將丹參種子采用人工播種器按照隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)方法播于以2 ～5 mm 蛭石為固定基質(zhì)的162 孔白色泡沫穴盤（34 cm×66 cm×5.3 cm）中，噴施純水至出苗結(jié)束，進(jìn)行間苗，每孔一株。

緩 苗2 d 后，于每周三8:00 ～9:00 分別噴施營養(yǎng)液，每個處理對應(yīng)一盤，每次1 500 mL，整個幼苗生長期間采用相同的管理措施，若天氣炎熱，水分蒸發(fā)快，則與噴施營養(yǎng)液間隔1 d 后的9:00 前 噴 施 純 水。2019 年5 月21日干旱脅迫（不澆水）3 d 后育苗結(jié)束，將每個處理組采用五點(diǎn)取樣法進(jìn)行取樣，每次每組取樣5 株，3 次重復(fù)取樣。分析得到最優(yōu)營養(yǎng)液配方后進(jìn)行初步生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，采用半自動播種器將丹參種子播于裝有通用型商品基質(zhì)的162 孔白色泡沫穴盤（34 cm×66 cm×5.3 cm）中，噴施清水至基本全部出苗后，一組噴施清水，一組噴施最優(yōu)營養(yǎng)液。

營養(yǎng)液母液配制為A 液KNO3、CaCl2，B 液NH4H2PO4、MgSO4· 7H2O，C 液為微量元素，各濃縮100 倍，用時稀釋混合均勻。具體因素水平及配方方案見表1、表2、表3。

表1 營養(yǎng)液因素水平設(shè)計(jì) （mg/L）

表2 微量元素通用表 （mg/L）

1.3 測定指標(biāo)及方法

直觀表現(xiàn):進(jìn)行拍照。

生長指標(biāo):按照每個處理隨機(jī)采挖5 株完整的丹參幼苗，用清水將殘留的基質(zhì)沖洗干凈，用直尺和游標(biāo)卡尺測量其株高、根長、莖粗、根粗，用天平測其地上及地下部分鮮重，之后于105℃殺青30 min，在 60℃下烘至恒重，測定地上及地下部分干重。

表3 丹參幼苗正交試驗(yàn)方案

生理生化指標(biāo)測定:取樣時采取丹參幼苗的根系和去除葉柄的健康成熟葉片，錫箔紙包好，寫上標(biāo)記，根系活力當(dāng)天即測，其余樣品于液氮罐短暫存放，隨后保存于-20℃冰箱待用?？扇苄缘鞍缀浚?7］采用考馬斯亮藍(lán)法測定，可溶性糖含量采用苯酚法測定，根系活力采用TTC 法測定，MDA（丙二醛）含量采用硫代巴比妥酸法測定［18］，葉綠素含量［19］采用乙醇法測定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用 Excel 2019 對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并結(jié)合SPSS 19.0 對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 營養(yǎng)液配方組合對丹參幼苗生長指標(biāo)的影響

表4 表明，地上部分鮮重及干重、株高的最大值均為組別Ⅰ，分別為（0.43±0.239 ）g、（0.07±0.032）g、（4.68±1.828）cm，除 地 上 部分干重為組別Ⅳ，其次為組別Ⅴ；根粗及地下部分干重最大值均為組別Ⅲ，分別為（2.37±0.429）mm、（0.03±0.010）g，其次為組別Ⅵ；地下部分鮮重的最大值（0.15±0.071） g 為組別Ⅵ，其次為組別Ⅲ；莖粗的最大值（2.96±0.776） mm 為組別Ⅳ，其次為組別Ⅲ；兩者并不具有顯著性差異，但均顯著高于對照組（CK）。組別Ⅶ農(nóng)藝性狀最差，出現(xiàn)明顯病態(tài)，表明其在干旱脅迫下自我調(diào)控能力較弱，抗性較低，其余處理介于兩者之間。綜合相應(yīng)農(nóng)藝性狀前兩組的出現(xiàn)頻次及幼苗直觀表現(xiàn)可以看出，Ⅰ、Ⅵ、Ⅲ組所育的丹參幼苗較好。

表4 不同營養(yǎng)液配方組合下丹參幼苗的農(nóng)藝性狀

2.2 營養(yǎng)液配方組合對丹參幼苗生理生化指標(biāo)的影響

從表5 可以看出，對照組（CK）在可溶性蛋白、MDA、可溶性糖含量上均為最大值，類胡蘿卜素含量位居第2，根系活力除Ⅶ組外最低，這可能與對照組面臨營養(yǎng)缺乏而生長緩慢以及面對干旱脅迫的一種生理性反應(yīng)有關(guān)。9 種營養(yǎng)液配方組合在可溶性蛋白含量上最高為Ⅸ組（3.81±0.145） mg/g，顯著（P＜0.05）高于最低值（Ⅴ組），為其1.45 倍；在MDA 含量上最低為Ⅳ組（0.01±0.005） μmol/g，顯著（P＜0.05）低于Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ、Ⅵ組；在可溶性糖含量、根系活力上最高均 為Ⅰ組（62.38±12.663） mg/g、（111.44±6.168）μg/（g·h），均顯著（P＜0.05）高于最低值（Ⅲ組和Ⅶ組），分別為其1.79、4.31 倍；在類胡蘿卜素含量上最高為Ⅵ組（0.15±0.043） mg/g，顯著（P＜0.05）高于最低值（Ⅳ組），為其2.14 倍。從以上結(jié)果分析中可以看出，在生長指標(biāo)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)上，9 組營養(yǎng)液配方組合中較優(yōu)的為組別Ⅰ、Ⅵ。

表5 不同營養(yǎng)液配方組合下丹參幼苗的生理生化指標(biāo)

2.3 基于多指標(biāo)綜合評分法篩選最優(yōu)營養(yǎng)液配方

以農(nóng)藝性狀和生理生化指標(biāo)歸一化（試驗(yàn)指標(biāo)值/試驗(yàn)指標(biāo)最大值）后的加權(quán)評分作為綜合評分法的最終指標(biāo)，然后分別分析營養(yǎng)液配方組合的最優(yōu)結(jié)果和營養(yǎng)液正交試驗(yàn)的最優(yōu)結(jié)果。本次試驗(yàn)權(quán)重的計(jì)算采用客觀賦權(quán)法（熵權(quán)法）。權(quán)重系數(shù)具體為葉綠素a 含量0.09，可溶性蛋白含量、總?cè)~綠素含量、葉綠素b 含量、根長為0.08，MDA含量、可溶性糖含量、類胡蘿卜素含量、地下部分鮮重、莖粗、地下部分干重為0.06，根系活力、地上部分鮮重、株高、根粗、地上部分干重為0.05，其中MDA 含量為負(fù)向標(biāo)，丹參幼苗的綜合得分越高越好。

2.3.1 營養(yǎng)液配方組合對丹參幼苗綜合得分的影響從表6 可以看出，9 種營養(yǎng)液配方組合按綜合得分大小依次為Ⅰ＞Ⅵ＞Ⅲ＞Ⅸ＞Ⅳ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅶ＞Ⅷ， 其 中Ⅰ、 Ⅵ、 Ⅲ組 極 顯 著（P＜0.01）高于Ⅶ、Ⅷ組，Ⅰ、Ⅵ組顯著（P＜0.05）高于Ⅴ、Ⅱ、Ⅶ、Ⅷ組。因此在試驗(yàn)的9 組營養(yǎng)液配方中，較為優(yōu)質(zhì)的為Ⅰ、Ⅵ組，同生長和生理生化指標(biāo)一致。

表6 不同營養(yǎng)液配方組合下丹參幼苗的綜合得分

2.3.2 營養(yǎng)液配方組合綜合得分的正交結(jié)果分析

從表7 可以看出，極差值R 與F 值顯示4 種因素的主次順序依次為b＞a＞c＞d，但方差顯著性Sig 顯示，a 因素隨著水平的變化對丹參幼苗綜合得分具有顯著（P＜0.05）的影響，b 因素隨著水平的變化對丹參幼苗綜合得分具有極顯著（P＜0.01）的影響。表明該試驗(yàn)的營養(yǎng)液成分中，CaCl2對丹參幼苗的生長影響最大，其次為KNO3。

表7 丹參幼苗綜合得分正交結(jié)果分析

從圖1 可以看出，a、c 因素的3 個水平按得分值大小依次為1＞2＞3，b 因素的3 個水平按得分值大小依次為3＞1＞2，d 因素的3 個水平按得分值大小依次為1＞3＞2。其中a 因素1 水平極顯著（P＜0.01）高于3 水平，b 因素3 水平極顯著（P＜0.01）高于2 水平。從以上分析可得理論上最優(yōu)的營養(yǎng)液配方組合為a1b3c1d1。

圖1 各因素不同水平綜合得分估算邊際均值

3 討論

無土育苗營養(yǎng)液一般由大量元素和微量元素組成，其中各元素之間有著復(fù)雜的相互作用。而植物對各元素的吸收形式有主動吸收和被動吸收，因此外界各元素的濃度和比例對植物生長有著巨大的影響。生長指標(biāo)是植物最直觀的表現(xiàn)，營養(yǎng)液中元素的變化最容易從生長指標(biāo)中發(fā)現(xiàn)。從試驗(yàn)結(jié)果來看，組別Ⅰ對丹參的地上部分生長有利，可能與其相對含N、K 量比較高且丹參處于營養(yǎng)生長期的原因有關(guān)，這與夏貴惠［20］對丹參營養(yǎng)需求的研究一致。王渭玲等［21］發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)腘、P 肥結(jié)合能夠促進(jìn)丹參的營養(yǎng)生長，在K 肥等量的情況下，Ⅰ組優(yōu)于Ⅱ、Ⅲ組，這可能與其合適的N、P 搭配有關(guān)；組別Ⅵ對丹參地下部分的生長有利，可能與其相對含P 量較高有關(guān)，這與翟彩霞等［22］的研究一致。陳曉玉等［23］發(fā)現(xiàn)N、P、K 對丹參產(chǎn)量的影響為N＞K＞P，且交互效應(yīng)NP＞NK＞PK，本試驗(yàn)中在NH4H2PO4等量的情況下，組別Ⅵ具有合適的KNO3施用量可能是其效果優(yōu)異的原因。

植物生理生化指標(biāo)能夠顯示植物內(nèi)部的變化，而這些內(nèi)部成分的合成離不開外界的各種元素，N和S、P、Mg 分別是蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素的組成元素之一，K 是細(xì)胞主要的滲透物質(zhì)之一，Ca 不僅是植物生長的必需元素，也同時作為第二信使在植物光合作用中發(fā)揮著重要作用［24］。Cl 具有調(diào)節(jié)植物滲透壓、調(diào)節(jié)氣孔、 參與植物光合作用、促進(jìn)酶的活化等功能［25］。從試驗(yàn)結(jié)果來看，組別Ⅰ所育成的丹參幼苗具有較高的可溶性糖和根系活力，這可能是因?yàn)楹琋、P 量較高［26-27］，也可能是在NH4H2PO4等量的情況下，Ⅰ組與Ⅵ組和Ⅷ組對比，KNO3作為N、K 的提供者，比例均為1∶1，但Ⅰ組整體N、K 含量均高，與前人［28-29］研究一定范圍內(nèi)隨著N、K 施用量的增加，可溶性糖含量隨之增加一致。組別Ⅵ所育成的丹參幼苗類胡蘿卜素含量較高，這可能與施入一定量的Cl 有關(guān)［30］，同時，在Cl 含量一致時，也可能與其N、P、K 含量均較高有關(guān)，這與陳義強(qiáng)等［31］對煙草在每盆0 ～8 g N、0 ～12 g P2O5、0 ～12 g K2O 的范圍內(nèi)，隨著N、P、K 施用量的增加能夠促進(jìn)類胡蘿卜素含量積累的研究結(jié)果一致。綜合評分正交結(jié)果顯示，本試驗(yàn)營養(yǎng)液組成中，CaCl2對丹參幼苗的生長影響最大，其次為KNO3，且從綜合得分估算邊際均值的趨勢來看，CaCl2隨著濃度的上升呈現(xiàn)V 形趨勢，這表明丹參幼苗對CaCl2的適宜濃度在本試驗(yàn)為295 mg/L 達(dá)到或超出了一個最佳點(diǎn)，可能因?yàn)镃a 隨著初始濃度的增加抑制了丹參幼苗的生長，超出658 mg/L 時，過量的Ca 可能又起到了緩解脅迫的作用，這與汪雷等［32］研究中對MDA含量的變化趨勢相一致；也可能與Cl 含量過高產(chǎn)生毒害有關(guān)。從KNO3濃度的趨勢來看，綜合得分隨著濃度的上升而上升，表明在本試驗(yàn)中丹參幼苗對KNO3的需求并未達(dá)到峰值。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)中影響丹參幼苗生長的因素按主次分別為CaCl2＞KNO3＞NH4H2PO4＞MgSO4·7H2O。適合丹參幼苗生長的優(yōu)質(zhì)營養(yǎng)液配方組合為組別Ⅰ（KNO3810 mg/L∶CaCl2948 mg/L∶NH4H2PO4208 mg/L∶MgSO4·7H2O 493 mg/L）、組別Ⅵ（KNO3607 mg/L∶CaCl2295 mg/L ∶NH4H2PO4208 mg/L∶MgSO4·7H2O 246 mg/L），適合丹參幼苗生長的最佳營養(yǎng)液水平組合為KNO3810 mg/L∶CaCl2295 mg/L∶NH4H2PO4208 mg/L∶MgSO4·7H2O 493 mg/L。