基于正交試驗(yàn)的金線蓮光環(huán)境參數(shù)多指標(biāo)優(yōu)化＊

韋鴻鈺，李 蕊，褚 璇，劉洪利，牟英輝，馬稚昱** (.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，廣州 505；.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣州 5064)

金線蓮別名金線蘭、金線草，為多年生蘭科開唇蘭屬植物，素有“藥王”“金草”等美稱，有清熱涼血、祛風(fēng)利濕、解毒、止痛、鎮(zhèn)咳等功效，是中國(guó)的珍稀中草藥。野生金線蓮生長(zhǎng)于陰暗潮濕的高海拔區(qū)域，其自然發(fā)芽率低，生長(zhǎng)周期緩慢，隨著近代工業(yè)發(fā)展對(duì)于自然環(huán)境的破壞，野生金線蓮生存現(xiàn)狀更為艱難。植物工廠可通過(guò)科學(xué)精準(zhǔn)的環(huán)境調(diào)控使植物的光合作用最大化，從而使其形態(tài)更佳，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高[1-6]。

光環(huán)境是影響金線蓮生長(zhǎng)的重要因素之一，LED 作為現(xiàn)階段植物工廠最理想光源被嘗試應(yīng)用于金線蓮的設(shè)施栽培。目前有學(xué)者就單一光環(huán)境參數(shù)對(duì)金線蓮的某一指標(biāo)的影響開展了相關(guān)研究，并取得了一定成果[7-18]。但金線蓮的品質(zhì)評(píng)價(jià)要綜合考慮感官指標(biāo)和理化指標(biāo)[19-21]。本文采用正交試驗(yàn)與相對(duì)差距和法對(duì)臺(tái)灣金線蓮及福建金線蓮兩個(gè)品種的光環(huán)境參數(shù)進(jìn)行多指標(biāo)優(yōu)化，獲得設(shè)施栽培金線蓮的最優(yōu)光環(huán)境配方，為設(shè)施栽培金線蓮光環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控提供理論依據(jù)。

第一,以提高學(xué)生的聽說(shuō)實(shí)踐能力為總體目標(biāo),培養(yǎng)用所掌握的綜合語(yǔ)言知識(shí)和技能做事的能力;第二,遵循“輸出驅(qū)動(dòng)-輸入促成”假設(shè),引導(dǎo)和激活學(xué)生在進(jìn)入大學(xué)之前已輸入的語(yǔ)言知識(shí)和技能,激發(fā)學(xué)生在真實(shí)語(yǔ)境下應(yīng)用語(yǔ)言知識(shí)和語(yǔ)言技能的愿望;第三,根據(jù)教學(xué)目標(biāo),選定合適的教學(xué)內(nèi)容,對(duì)實(shí)驗(yàn)組的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行二次改編,同一級(jí)別采用相同的教學(xué)材料。然后,依次展開教學(xué)組織、教學(xué)評(píng)估、教學(xué)實(shí)踐展示和欣賞。

試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料

供試材料為地緣（廈門）生物科技有限公司的金線蓮瓶裝組培苗，苗期4 個(gè)月左右。移栽前打開瓶口進(jìn)行煉苗處理，7～15 天后，挑選長(zhǎng)勢(shì)一致組培苗株，清洗后定植至50 cm×30 cm×5 cm育苗盤內(nèi)，每盤30 株，每個(gè)處理移栽2 盤共60 株。栽培基質(zhì)為基質(zhì):蛭石:樹皮=6:2:1，灌溉方式采用滲透灌溉。試驗(yàn)在仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院閉鎖式人工光型栽培室進(jìn)行，環(huán)境條件設(shè)置為白天溫度24℃，夜間溫度20℃，空氣濕度設(shè)定在60%。

①見寶玉這個(gè)樣子，因說(shuō)道“況且能多大年紀(jì)的人，略病一病兒就這么想那么想的，這不是自己倒給自己添病了嗎”(第十一回)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

各樣本與最優(yōu)樣本的加權(quán)相對(duì)差距和為

（1）株高：從植物體的根莖底端到植株的最高生長(zhǎng)點(diǎn)作為金線蓮的株高值，用直尺直接測(cè)量，保證直尺的精度在1 mm。

表1 金線蓮試驗(yàn)因素水平編碼

評(píng)價(jià)指標(biāo)及測(cè)定方法

根據(jù)2013 年福建省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的地方標(biāo)準(zhǔn)《地理標(biāo)志產(chǎn)品永安金線蓮》，金線蓮的品質(zhì)評(píng)價(jià)涉及感官指標(biāo)和理化指標(biāo)，故確定金線蓮評(píng)價(jià)指標(biāo)為株高、干重、多糖、黃酮[24]，各指標(biāo)測(cè)定方法如下：

在前期單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定光強(qiáng)、光質(zhì)、光周期三個(gè)主要因素的零水平參數(shù)如下：光強(qiáng)為40 μmol/(m2· s)，光質(zhì)為藍(lán)紅1:1(R1B1)，光周期為16 h/d，在零水平10%～30% 波動(dòng)范圍內(nèi)進(jìn)行其他水平的選取，按照正交試驗(yàn)的試驗(yàn)均衡與分散原則，確定試驗(yàn)因素的水平編碼表見表1，該試驗(yàn)為三因素三水平[22-23]。

（2）干重：把植株放入已經(jīng)預(yù)熱完好的烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干處理，使用120 ℃高溫進(jìn)行殺青處理，此過(guò)程需要20 min 左右，然后65℃烘干72 h 至恒重狀態(tài)下，用電子天平測(cè)定干重值。

多指標(biāo)優(yōu)化具體算法如下：試驗(yàn)有m 個(gè)參評(píng)樣本，有n 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，每一個(gè)樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)為：

11.統(tǒng)計(jì)學(xué)處理：采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

金線蓮的四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)均為高優(yōu)指標(biāo)，視其權(quán)重相同且均為1。根據(jù)前述公式2 計(jì)算各組D 值，結(jié)果如表4所示。由相對(duì)差距和法原理可知D值越小，越接近最優(yōu)水平，表4 中光強(qiáng)的最優(yōu)水平為A 1，光質(zhì)的最優(yōu)水平為B 1，光周期的最優(yōu)水平為C 3，即綜合考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)確定的最優(yōu)方案為A1 B 1C 3，即光強(qiáng)20 μmol/(m2·s)，光質(zhì)藍(lán)紅6:1，光周期20 h/d。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析方法

采用極差法分析各因素對(duì)單一評(píng)價(jià)指標(biāo)影響的主次關(guān)系；采用相對(duì)差距和法對(duì)正交試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行多指標(biāo)優(yōu)化。

（3）多糖：光照處理后30 天，每組試驗(yàn)取0.5 g 金線蓮干樣，粉碎后40 目過(guò)篩后，加入5 mL 蒸餾水，80℃水浴鍋加熱90 min，冷卻至室溫，定容至10 mL，過(guò)濾后初段棄1 mL，收集余下濾液。吸取余下濾液1 m L，加入7.5 mL 無(wú)水乙醇，6000 r/min 離心，棄上清液，沉淀用φ=90% 的乙醇洗滌2 次，6000 r/min 離心，棄上清液，沉淀加水溶解，定容至10 mL。吸取0.2 mL，加蒸餾水至1 mL，加入φ=2.0%的苯酚溶液1 mL，濃硫酸5 mL，混勻，沸水浴加熱2 min，冷卻后用分光光度計(jì)于490 nm 處測(cè)定吸光度。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算多糖含量。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)圖5和相關(guān)分析：隨著溶液鉬濃度的升高，產(chǎn)品中值粒徑在8.73～13.56μm之間波動(dòng)呈不規(guī)律變化，顆粒粒徑與粒徑分布沒(méi)有明顯改變。反應(yīng)結(jié)束后取出冷卻，數(shù)分鐘后晶體才開始析出，產(chǎn)物未出現(xiàn)團(tuán)聚，顆粒大小較均勻，顆粒表面形貌完整均呈片狀。綜合比較，選擇溶液鉬濃度223.2g/L為最優(yōu)濃度。

針對(duì)單一指標(biāo)對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析結(jié)果見圖1 和表3，由結(jié)果可知，各因素對(duì)福建金線蓮株高及黃酮影響的主次關(guān)系一致，為光強(qiáng)>光周期>光質(zhì)；對(duì)干重影響的主次關(guān)系為光周期>光強(qiáng)>光質(zhì)；對(duì)多糖影響的主次關(guān)系為光質(zhì)>光強(qiáng)>光周期。

結(jié)果分析

福建金線蓮光環(huán)境參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)正交試驗(yàn)表L9(34) 完成9 組試驗(yàn)并測(cè)量福建金線蓮的株高、干重、多糖、黃酮四個(gè)指標(biāo)，結(jié)果如表2 所示。

表2 金線蓮正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案L9(34)

式中xj0的取值按如下規(guī)則確定：若某一評(píng)價(jià)指標(biāo)為高優(yōu)指標(biāo)，則取評(píng)價(jià)對(duì)象中該指標(biāo)的最大數(shù)值；若某一評(píng)價(jià)指標(biāo)為低優(yōu)指標(biāo)，則取評(píng)價(jià)對(duì)象中該指標(biāo)的最小數(shù)值。wi是各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。Mi是各指標(biāo)的中位數(shù)。結(jié)果將依據(jù)最終的D 值結(jié)果大小進(jìn)行排列，D 值越小，說(shuō)明這個(gè)指標(biāo)的質(zhì)量越高，越接近最佳結(jié)果。

圖1 各因素對(duì)福建金線蓮單一評(píng)價(jià)指標(biāo)影響結(jié)果

表3 金線蓮的極差分析表

針對(duì)單一評(píng)價(jià)指標(biāo)均可得到一個(gè)最優(yōu)方案，即針對(duì)株高的最優(yōu)方案為A1B2C3；針對(duì)干重的最優(yōu)方案為A2B1C1/C3；針對(duì)多糖的最優(yōu)方案為A3B1C3；針對(duì)黃酮的最優(yōu)方案為A1B2C3。由此可知，同一試驗(yàn)條件并非對(duì)各個(gè)指標(biāo)都有利，單一指標(biāo)確定的優(yōu)化方案無(wú)法對(duì)金線蓮品質(zhì)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，因此采用相對(duì)差距和法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

（4）黃酮：光照處理后30 天，每組試驗(yàn)取0.5 g金線蓮干樣，粉碎后40 目過(guò)篩后，加無(wú)水乙醇20 mL，超聲處理(功率350 W，頻率50 Hz，溫度80℃)2 h，濾紙過(guò)濾。取濾液定容至10 mL 無(wú)水乙醇中，精確吸取樣品液2 mL，加入φ=30%的乙醇溶液至5 mL，搖勻，加0.5 mLφ=5%的亞硝酸鈉溶液，混勻后靜置3～8 min，加入0.3 mLφ=10%的硝酸鋁溶液，混勻，靜置6～8 min，加入1 mol/L氫氧化鈉溶液，混勻。約10 min 后，用分光光度計(jì)于510 nm 處測(cè)定吸光度。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算黃酮含量。

表4 三因素三水平優(yōu)化結(jié)果

臺(tái)灣金線蓮光配方優(yōu)化

根據(jù)正交試驗(yàn)表L9(34) 完成9 組試驗(yàn)并測(cè)量臺(tái)灣金線蓮的株高、干重、多糖、黃酮四個(gè)指標(biāo)，結(jié)果如表5所示。

在家政服務(wù)領(lǐng)域，對(duì)于“到家服務(wù)”，家政服務(wù)公司門店基本不能做現(xiàn)場(chǎng)展示，其實(shí)，他們更適合做“體驗(yàn)式”的線上營(yíng)銷。為此，自然正家提出了以口碑為核心的線上傳播作為主要的推廣方式，把實(shí)惠留給客戶，減少了大量的廣告宣傳費(fèi)用。如果客戶體驗(yàn)的效果不錯(cuò)，通過(guò)“口碑相傳”就能為公司帶來(lái)更多的客戶。通過(guò)這種方式，自然正家自成立以來(lái)，得益于前沿的清潔理念和良好的服務(wù)感受，公司業(yè)務(wù)量快速增長(zhǎng)，從“體驗(yàn)客戶”轉(zhuǎn)為“長(zhǎng)期合同”的客戶達(dá)到了客戶總數(shù)的近60%。當(dāng)“單次服務(wù)”客戶成為長(zhǎng)期客戶后，公司就逐步成為客戶家庭清潔事務(wù)的管理者。

表5 金線蓮正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案L9(34)

針對(duì)單一指標(biāo)對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，結(jié)果見圖2 和表6，由結(jié)果可知，各因素對(duì)臺(tái)灣金線蓮株高和干重影響的主次關(guān)系一致，為光質(zhì)>光強(qiáng)>光周期；對(duì)多糖影響的主次關(guān)系為光周期>光強(qiáng)>光質(zhì)；對(duì)黃酮影響的主次關(guān)系為光強(qiáng)>光周期>光質(zhì)。

表6 金線蓮的極差分析表

圖2 各因素對(duì)臺(tái)灣金線蓮單一評(píng)價(jià)指標(biāo)影響結(jié)果

針對(duì)單一評(píng)價(jià)指標(biāo)均可得到一個(gè)最優(yōu)方案，即針對(duì)株高的最優(yōu)方案為A1B3C2；針對(duì)干重的最優(yōu)方案為A2B3C3；針對(duì)多糖的最優(yōu)方案為A1B1C1；針對(duì)黃酮的最優(yōu)方案為A1B3C1。

目前陸上通信技術(shù)日新月異，3G/4G/5G技術(shù)、Iridium-NEXT和Inmarsat I-5等雖然還沒(méi)有廣泛運(yùn)用到海事移動(dòng)業(yè)務(wù)中，但是已具備支持E-Navigation戰(zhàn)略的能力。GMDSS是通信技術(shù)發(fā)展在一定歷史階段的產(chǎn)物，強(qiáng)調(diào)高接入率，尤其是遇險(xiǎn)報(bào)警的成功率，而E-Navigation戰(zhàn)略追求的是穩(wěn)定、低資費(fèi)和大帶寬的海事移動(dòng)通信。如果說(shuō)GMDSS初級(jí)階段以犧牲E-Navigation戰(zhàn)略需求為代價(jià)，準(zhǔn)現(xiàn)代化則應(yīng)該以盡可能滿足戰(zhàn)略需求為前提。例如，為船舶近岸、沿海及遠(yuǎn)洋航行提供不同的通信策略，打破傳統(tǒng)“雙套設(shè)備”的概念，利用多種措施保證遇險(xiǎn)報(bào)警的接入率等。

23rd International Trenchless Technology Conference & Exhibition

對(duì)臺(tái)灣金線蓮采用與福建金線蓮相同的方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果如表7 所示，光強(qiáng)的最優(yōu)水平為A1，光質(zhì)的最優(yōu)水平為B3，光周期的最優(yōu)水平為C1，綜合考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)確定的最優(yōu)方案為A1B3C1，即光強(qiáng)20 μmol/(m2.s)，光質(zhì)藍(lán)紅1:6，光周期12 h/d。

表7 金線蓮的極差分析表

結(jié)論

文章在單因素光配方試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上對(duì)福建金線蓮和臺(tái)灣金線蓮的光環(huán)境參數(shù)進(jìn)行了正交試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了極差分析及多指標(biāo)優(yōu)化。結(jié)果表明，福建金線蓮的最優(yōu)光環(huán)境參數(shù)是A1B1C3，即光強(qiáng)20 μmol/(m2.s)，光質(zhì)藍(lán)紅6:1，光周期20 h/d。臺(tái)灣金線蓮的最優(yōu)光環(huán)境參數(shù)是A1B3C1，光強(qiáng)為20 μmol/(m2.s)，光質(zhì)藍(lán)紅1:6，光周期12 h/d。