歐洲鵝耳櫪水培營養(yǎng)液適用效果比較研究

火 艷，張慧會，祝遵凌，2*

(1.南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037；2.南京林業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，江蘇 南京 210037)

歐洲鵝耳櫪(Carpinusbetulus)為樺木科鵝耳櫪屬落葉闊葉喬木，樹冠豐滿、枝葉濃密、質(zhì)地細膩、秋季色葉金黃、果穗黃褐色，且抗寒、耐鹽、耐貧瘠、適應(yīng)性廣、病蟲害少，國外廣泛應(yīng)用于園林、道路綠化及生態(tài)防護[1-5]，國內(nèi)因缺乏歐洲鵝耳櫪苗木而應(yīng)用不多。歐洲鵝耳櫪歐種子具有休眠性，即使經(jīng)過層積處理，種子的發(fā)芽率也低于60%[6]。Maynard等[7]對歐洲鵝耳櫪扦插苗進行解剖學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，次生木質(zhì)部與韌皮部越寬、周皮越厚、石細胞越多，其扦插生根能力越弱。經(jīng)黃化、綁扎及生長素處理后生根率可增加，但扦插繁殖生根時間長[7-8]。本課題組在對歐洲鵝耳櫪引種馴化過程中發(fā)現(xiàn)扦插生根困難，且夏季扦插極易污染。

植物水培生根繁殖是以營養(yǎng)液作基質(zhì)扦插繁殖花木，并使之產(chǎn)生新根成為獨立植物體的方法[9]，栽培過程高效、清潔，還適合觀賞根系。營養(yǎng)液是水培植物根部賴以生存的重要環(huán)境，其中適宜的礦質(zhì)離子配比和pH調(diào)控是水培的關(guān)鍵性技術(shù)[10-11]。因此，本研究通過不同營養(yǎng)液種類及其濃度、pH，以及自行配制的營養(yǎng)液配方進行歐洲鵝耳櫪水培扦插生根試驗，比較扦插苗生長特性及生理指標(biāo)的變化，尋求適合歐洲鵝耳櫪水培的營養(yǎng)液類型，以期為歐洲鵝耳櫪的擴繁生產(chǎn)及推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及營養(yǎng)液配制

試驗材料是以樹齡為15 a的歐洲鵝耳櫪2～3年生硬枝莖段為插穗，經(jīng)過8周的硬枝水插生根后得到的水培苗。

常用營養(yǎng)液為Hoagland &Anon通用配方(1938)、日本園試配方(1966)、Hewitt通用配方(1952)；歐洲鵝耳櫪專用營養(yǎng)液為自制(專用配方1見文獻[12])。

營養(yǎng)液的配制方法：按配比，取四水硝酸鈣配制成50倍母液a，取硝酸鉀、七水硫酸鎂、磷酸二氫銨配制成50倍母液b，取EDTA-鐵、硼酸、硫酸錳、七水硫酸鋅、五水硫酸銅、鉬酸銨配制成100倍母液c，取檸檬酸配制成1 mol/L母液d；取NaOH配制成1 mol/L母液e。在容器中加入蒸餾水至所需體積的1/2時，先將母液a倒入容器中攪拌均勻，然后將母液b倒入容器中攪拌均勻，再將母液c倒入容器中攪拌，待均勻后，繼續(xù)加入蒸餾水達到總體積的4/5左右，用母液d和母液e調(diào)節(jié)溶液pH并繼續(xù)攪拌，直至pH為6.5～7.5；最后加蒸餾水至所需體積。

微量元素為：20 mg/L的NaFe-EDTA、2.86 mg/L的H3BO3、1.61 mg/L的MnSO4·H2O、0.22 mg/L的ZnSO4·7H2O、0.08 mg/L的CuSO4·5H2O和0.02 mg/L的(NH4)6·Mo7O24·4H2O。

1.2 試驗設(shè)計

1) 常用營養(yǎng)液正交試驗。常用營養(yǎng)液正交試驗從營養(yǎng)液的種類(A)、濃度(B)、pH(C)3方面研究對水培苗生長的影響。采用3因素3水平的正交試驗設(shè)計。營養(yǎng)液種類的3水平A1、A2、A3為Hoagland &Anon通用配方1938、日本園試配方1966和Hewitt通用配方1952，營養(yǎng)液濃度3水平B1、B2、B3為1、1/2、1/4，pH的3水平C1、C2、C3為5.5、6.5、7.5。

每處理14個枝條，重復(fù)3次。水培苗固定于EPS泡沫板，置于通氣的營養(yǎng)液中，室內(nèi)培養(yǎng)溫度25～26 ℃，每2周換水1次。

2)歐洲鵝耳櫪專用營養(yǎng)液試驗。歐洲鵝耳櫪專用營養(yǎng)液試驗采用單因素方法，對比歐洲鵝耳櫪水培苗在自行研制的歐洲鵝耳櫪水培苗專用配方1、專用配方2與A3B3C2營養(yǎng)液中的形態(tài)與生理指標(biāo)，每處理3個重復(fù)，每重復(fù)14株植株。水培苗固定于EPS泡沫板，置于通氣的營養(yǎng)液中，室內(nèi)培養(yǎng)溫度25～26 ℃，每2周換水1次。

1.3 指標(biāo)測定與數(shù)據(jù)處理

歐洲鵝耳櫪水培苗培養(yǎng)60 d后統(tǒng)計存活率、葉片數(shù)、平均根數(shù)、平均二級根數(shù)、根鮮質(zhì)量，測定其根的根系活力、可溶性糖含量、淀粉含量、可溶性蛋白含量、POD活性?？扇苄蕴呛?mg/g)和淀粉含量(mg/g)采用蒽酮比色法[13]，可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍染色法[13]，POD活性(U/g)采用愈創(chuàng)木酚法[14]，根系活力[μg/(g·h)]采用TTC比色法[15]測定。

試驗結(jié)果采用SPSS 軟件統(tǒng)計分析。方差齊性檢驗后多樣本均數(shù)比較采用單因素方差分析，均數(shù)間兩兩比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 常用營養(yǎng)液正交處理對歐洲鵝耳櫪水培苗生長的影響

2.1.1 生根形態(tài)指標(biāo)及其相關(guān)性分析

采用常用營養(yǎng)液進行水培試驗，歐洲鵝耳櫪莖段生根情況見表1。由表1可知，營養(yǎng)液為1/4濃度、pH 7.5的Hoagland &Anon通用配方(A1B3C3)時，水培苗生根存活率最高，為92.86%；營養(yǎng)液為1/4濃度、pH 5.5的日本園試配方(A2B3C1)時，葉片數(shù)增加最多，為1.63；營養(yǎng)液為1/4濃度、pH 6.5的Hewitt通用配方(A3B3C2)時，平均根數(shù)最多，為4.40；且平均二級根數(shù)亦最多，為25.90；營養(yǎng)液為1倍濃度、pH 7.5的Hewitt通用配方(A3B1C3)時，根鮮質(zhì)量最大，為0.44 g。

多重比較結(jié)果顯示(表2)，最適合提高存活率的營養(yǎng)液為1/4濃度、pH 7.5的Hewitt通用配方(A3B3C3)，提高葉片數(shù)的營養(yǎng)液為1/4濃度、pH 5.5的Hoagland &Anon通用配方(A1B3C1)和1/4濃度、pH 5.5的Hewitt通用配方(A3B3C1)，提高平均根數(shù)的營養(yǎng)液為1/4濃度、pH 6.5的Hewitt通用配方(A3B3C2)，提高平均二級根數(shù)的營養(yǎng)液為1/4濃度、pH 7.5的Hewitt通用配方(A3B3C3)，提高根鮮質(zhì)量的營養(yǎng)液為含有Hewitt通用配方(A3)或Hoagland &Anon通用配方(A1)的組合。

表1 常用營養(yǎng)液處理下歐洲鵝耳櫪水培苗的形態(tài)指標(biāo)Table 1 Results of morphological indexes of hydroponic seedling of Carpinus betulus under ordinary nutrient solution treatment

表2 常用營養(yǎng)液處理各因子對歐洲鵝耳櫪水培苗形態(tài)指標(biāo)影響的多重比較Table 2 Multiple comparisons for morphological indexes on hydroponic seedling of C.betulus under different ordinary nutrient solution treatment

綜合各形態(tài)指標(biāo)的多重比較分析可知，理論上，最適合歐洲鵝耳櫪水培苗生長的營養(yǎng)液配方是1/4濃度的Hewitt通用配方(A3B3)；從存活率、平均二級根數(shù)、根鮮質(zhì)量分析，營養(yǎng)液在pH 7.5時最佳，但從葉片數(shù)分析，在pH 5.5時最佳，從平均根數(shù)分析，在pH 6.5時最佳。

在常用營養(yǎng)液正交處理下，歐洲鵝耳櫪水培苗的存活率與葉片數(shù)、平均根數(shù)、平均二級根數(shù)之間存在極顯著的相關(guān)性(表3)，說明葉片能否保留是歐洲鵝耳櫪水培苗存活的基礎(chǔ)，根系各部分的數(shù)量也決定水培苗的存活率。根鮮質(zhì)量與存活率存在顯著的相關(guān)性，說明根系質(zhì)量是存活的關(guān)鍵。綜上所述，根系的數(shù)量、質(zhì)量，以及葉片量是歐洲鵝耳櫪水培苗存活的重要保證。

表3 常用營養(yǎng)液處理的歐洲鵝耳櫪水培苗形態(tài)指標(biāo)相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis for morphological indexes of hydroponic seedling of C.betulus under ordinary nutrient solution treatment

2.1.2 生根生理指標(biāo)及其相關(guān)性分析

常用營養(yǎng)液正交處理下，歐洲鵝耳櫪水培苗生理指標(biāo)的變化見表4。由表4可知，營養(yǎng)液濃度為B1水平、pH 5.5的Hoagland &Anon通用配方(A1B1C1)和濃度B3水平、pH 5.5的日本園試配方(A2B3C1)時，水培苗可溶性糖含量最高，為0.12 mg/g；營養(yǎng)液為1/2濃度、pH 7.5的日本園試配方(A2B2C3)時，淀粉含量最高，為3.04 mg/g；營養(yǎng)液為1/2濃度、pH 5.5的Hoagland &Anon通用配方(A1B2C1)時，可溶性蛋白含量最高，為49.00 mg/g；營養(yǎng)液為1/4濃度、pH 7.5的Hoagland &Anon通用配方(A1B3C3)時，POD活性最低，為40.00 U/g；營養(yǎng)液為1/2濃度、pH 6.5的Hoagland &Anon通用配方(A1B2C2)時，根系活力最高，為49.00 μg/(g·h)。

多重比較結(jié)果顯示(表5)，最適合提高水培苗可溶性糖含量的營養(yǎng)液為pH 5.5的Hoagland &Anon通用配方(A1C1)或pH 5.5的Hewitt通用配方(A3C1)的組合，最適合提高淀粉含量的營養(yǎng)液為含有Hewitt通用配方(A3)或日本園試配方(A2)的組合；最適合提高可溶性蛋白含量的營養(yǎng)液為pH 5.5的Hewitt通用配方(A3C1)或pH 7.5的Hewitt通用配方(A3C3)組合；最適合降低POD活性的營養(yǎng)液為含有Hewitt通用配方(A3)或Hoagland &Anon通用配方(A1)，以及含有pH 5.5(C1)或pH 7.5(C3)的組合；最適合提高根系活力的營養(yǎng)液為含有Hewitt通用配方(A3)或Hoagland &Anon通用配方(A1)，以及1/2濃度(B2)或1/4濃度(B3)的組合。

表4 常用營養(yǎng)液處理下歐洲鵝耳櫪水培苗生理指標(biāo)的變化Table 4 Results of physical indexes of hydroponic seedling of C.betulus under ordinary nutrient solution treatment

表5 常用營養(yǎng)液處理各因子對歐洲鵝耳櫪水培苗生理指標(biāo)影響的多重比較Table 5 Multiple companisons for rooting indexes of hydroponic seedling of C.betulus under ordinary nutrient solution treatment

綜合各生理指標(biāo)的多重比較可知，理論上，最適合歐洲鵝耳櫪水培苗生長的營養(yǎng)液配方是1/4濃度的Hewitt通用配方(A3B3)。其中：從可溶性糖含量、淀粉含量、可溶性蛋白含量、POD活性和根系活力分析，Hewitt通用配方促使可溶性糖含量、淀粉、可溶性蛋白含量增加，降低了POD活性并升高了根系活力，說明Hewitt通用配方有利于插穗營養(yǎng)物質(zhì)的積累，且抗逆反應(yīng)??；從營養(yǎng)液濃度方面分析，1/4低濃度有利于根系活力的增加；從營養(yǎng)液pH方面分析，pH 5.5或pH 7.5有利于提高可溶性糖和可溶性蛋白含量，降低POD活性。

常用營養(yǎng)液處理下，歐洲鵝耳櫪水培苗生根生理指標(biāo)相關(guān)性分析見表6，結(jié)果表明，可溶性糖含量與淀粉含量之間存在極顯著負相關(guān)，是由于可溶性糖與淀粉可相互轉(zhuǎn)化；可溶性蛋白含量與POD活性之間存在極顯著負相關(guān)，說明可溶性蛋白含量與水培苗的抗性反應(yīng)呈極顯著拮抗；可溶性糖與POD活性存在顯著負相關(guān)，說明可溶性糖含量與水培苗的抗性反應(yīng)呈顯著拮抗；淀粉與POD活性存在顯著相關(guān)，說明淀粉含量與水培苗的抗性反應(yīng)關(guān)系密切，表現(xiàn)為相互促進。

表6 常用營養(yǎng)液處理下歐洲鵝耳櫪水培苗生根生理指標(biāo)相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis for rooting physiological indexes of hydroponic seedling of C.betulus under ordinary nutrient solution treatment

2.2 專用營養(yǎng)液處理對歐洲鵝耳櫪水培苗生長的影響

2.2.1 生根形態(tài)指標(biāo)的比較

專用營養(yǎng)液處理下，歐洲鵝耳櫪水培苗生長的形態(tài)指標(biāo)見圖1。

圖1 不同營養(yǎng)液對歐洲鵝耳櫪水培苗形態(tài)指標(biāo)的影響Fig.1 Effects of different nutrient solutions on morphological indexes of hydroponic seedling of C.betulus

專用配方1處理下水培苗的存活率顯著高于A3B3C2和專用配方2的存活率；專用配方1的葉片數(shù)與A3B3C2的葉片數(shù)沒有顯著差異，兩者顯著高于專用配方2的葉片數(shù)；A3B3C2的平均根數(shù)顯著高于專用配方1的平均根數(shù)，專用配方1的平均根數(shù)顯著高于專用配方2的平均根數(shù)；專用配方1的根鮮質(zhì)量與A3B3C2、專用配方2的根鮮質(zhì)量沒有顯著差異。綜合存活率、葉片數(shù)、根鮮質(zhì)量來看，歐洲鵝耳櫪水培苗適合在專用配方1中生長，但從平均根數(shù)看，歐洲鵝耳櫪水培苗適合在A3B3C2配方處理下生長。

2.2.2 生根生理指標(biāo)的比較

圖2 不同營養(yǎng)液對歐洲鵝耳櫪水培苗生理指標(biāo)的影響Fig.2 Effects of different nutrient solutions on physiological indexes of hydroponic seedling of C.betulus

專用營養(yǎng)液水培試驗中歐洲鵝耳櫪水培苗生理指標(biāo)的變化見圖2。專用配方1處理的可溶性糖含量顯著高于A3B3C2和專用配方2處理的可溶性糖含量。專用配方1處理的可溶性蛋白與A3B3C2、專用配方2的可溶性蛋白沒有顯著差異。專用配方1處理的POD活性顯著低于A3B3C2和專用配方2的POD活性。專用配方1處理的根系活力顯著高于A3B3C2和專用配方2的根系活力。綜合4項生理指標(biāo)來看，專用配方1處理的可溶性糖含量、根系活力顯著性水平均為最高，POD活性顯著性水平最低，說明歐洲鵝耳櫪水培苗在專用配方1中營養(yǎng)積累多且生理活性高。

3 討 論

常用營養(yǎng)液正交篩選試驗的目的是篩選適合歐洲鵝耳櫪水培苗生長發(fā)育的常用營養(yǎng)液配方，綜合形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，1/4濃度的Hewitt通用配方為正交試驗篩選出的理論最佳常用營養(yǎng)液配方。將1/4濃度的Hewitt通用配方與自行配制的專用配方1、專用配方2做對比，綜合存活率等重要形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，專用配方1是最適合歐洲鵝耳櫪水培苗存活、生長及營養(yǎng)積累的營養(yǎng)液配方，可用于歐洲鵝耳櫪水培苗育苗生產(chǎn)及進一步生理生化試驗研究[16-17]。

營養(yǎng)液是水培植物賴以生存的生長發(fā)育環(huán)境，不同種類、濃度及pH的營養(yǎng)液對水培植物產(chǎn)量、品質(zhì)及觀賞性狀有較大的影響[18-19]。多種綠葉蔬菜、花卉及木本植物的無土栽培曾采用Hoagland &Anon配方、日本園試配方、Hewitt通用配方，以及自行配制的專用配方等[20]。安娜等[21]發(fā)現(xiàn)Hewitt通用配方使霧培番茄(Solanumlycopersicum)植株的長勢更為旺盛，其莖粗、根系長度、根系體積、根冠比、葉綠素含量等指標(biāo)最大；石磊等[22]發(fā)現(xiàn)長壽花(Kalanchoeblossfeidiana)在Hoagland&Anon配方中生長良好并具有較好的觀賞價值，且在1/4濃度中有最強的分生能力；丁文雅等[19]發(fā)現(xiàn)是華南農(nóng)大葉菜B營養(yǎng)液適合生菜(Lactucasativa)的氣霧栽培，而英國Hewitt通用配方和日本山崎配方不適合生菜的氣霧栽培。本研究發(fā)現(xiàn)，理論上，適合歐洲鵝耳櫪水培苗生長的常用營養(yǎng)液為Hewitt通用配方，這與對霧培番茄[21]、無花果(Ficuscarica)[23]等的研究結(jié)果一致，其原因可能與Hewitt通用配方以硝態(tài)氮為唯一氮源且含鈣量較其他營養(yǎng)液更高有關(guān)[24]。同時，本研究也發(fā)現(xiàn)，最適合歐洲鵝耳櫪水培苗生長的營養(yǎng)液為自行配制的專用配方1，其可促進營養(yǎng)物質(zhì)的積累，降低抗逆反應(yīng)，使得根生長狀況良好，為歐洲鵝耳櫪的育苗生產(chǎn)及進一步生理生化研究奠定了基礎(chǔ)。

大量研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的營養(yǎng)液會抑制水培植物的生長發(fā)育[24-25]。王瑞等[18]發(fā)現(xiàn)，水培菠菜(Spinaciaoleracea)在1/8 倍濃度的營養(yǎng)液處理下硝酸鹽顯著較低，在1/2 濃度的園試配方中產(chǎn)量最高。別之龍等[11]發(fā)現(xiàn)，1/2濃度的營養(yǎng)液濃度處理下生菜地上部和根的鮮質(zhì)量、葉長和葉寬最大，而2倍濃度處理下上述指標(biāo)最小。本研究發(fā)現(xiàn)，與很多水培植物表現(xiàn)一致，歐洲鵝耳櫪水培苗在低濃度(1/4濃度)的營養(yǎng)液中生長狀況最好，存活率、葉片數(shù)、平均根數(shù)、平均二級根數(shù)、根鮮質(zhì)量較其他濃度都為最高，而在高濃度中生長狀況不佳。這可能是由于高濃度營養(yǎng)液的高電導(dǎo)率(EC)值會導(dǎo)致植物根系周圍出現(xiàn)滲透脅迫，加速了細胞膜受傷害，降低了根系活力，最終抑制了植物的生長發(fā)育[25-27]，這與本試驗中生理指標(biāo)根系活力的結(jié)論一致。水培試驗的檢測指標(biāo)分為形態(tài)指標(biāo)與生理指標(biāo)兩類，形態(tài)指標(biāo)能較直接地反映水培苗的生長狀態(tài)，而生理指標(biāo)是植物體內(nèi)物質(zhì)代謝、細胞結(jié)構(gòu)，以及各種保護酶系統(tǒng)抗逆境系統(tǒng)的體現(xiàn)[28]，它的數(shù)值更為精確、有針對性。因此，將形態(tài)指標(biāo)與生理指標(biāo)相結(jié)合，在觀察表相的同時監(jiān)測其生理變化，才能對水培植物在不同營養(yǎng)液中的生長發(fā)育做出較為準(zhǔn)確的評價。本研究綜合各形態(tài)及生理指標(biāo)，認為1/4濃度是適合歐洲鵝耳櫪水培苗的常用營養(yǎng)液濃度。

營養(yǎng)液的pH影響植物對營養(yǎng)元素的吸收，低pH有利于陰離子的吸收，高pH有利于陽離子的吸收。前人研究發(fā)現(xiàn)，水培植物營養(yǎng)液的pH大多為6.0～6.5[29-31]，這與本研究結(jié)果不完全一致。張仲新等[29]研究發(fā)現(xiàn)，含羞草(Mimosapudica)在pH為6.0的營養(yǎng)液中其鮮質(zhì)量、株高、冠幅、葉片數(shù)和側(cè)枝數(shù)等形態(tài)指標(biāo)及葉綠素、丙二醛等生理指標(biāo)均優(yōu)于其他pH處理。廖靜[30]研究發(fā)現(xiàn)，廣東萬年青(Aglaonemamodestum)最適合的營養(yǎng)液pH為6.5，鵝掌柴(Scheffleraoctophylla)最適合的營養(yǎng)液pH為6.3，吊竹梅(Tradescantiazebrina)最適合的營養(yǎng)液pH為6.3。翁忙玲等[31]發(fā)現(xiàn)，在營養(yǎng)液pH 6.0條件下，山葵(WasabijaponicaMatsum)平均根莖鮮質(zhì)量最高，且葉綠素含量和凈光合速率顯著高于其他偏酸或偏堿的處理。本研究結(jié)果表明，歐洲鵝耳櫪水培苗在pH 7.5的營養(yǎng)液中，存活率、平均二級根數(shù)、根鮮質(zhì)量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量較其他pH條件下高，POD活力較其他pH條件下低。對中國石竹(Dianthuschinensis)的水培研究發(fā)現(xiàn)，其在偏堿性的營養(yǎng)液中生長最佳[32]，本研究中歐洲鵝耳櫪水培苗在偏堿性的水生環(huán)境下形態(tài)指標(biāo)與生理指標(biāo)都較高，這可能與歐洲鵝耳櫪有一定的耐鹽性有關(guān)[4]，其生理機制還有待進一步研究[33]。