苧麻嫩梢水培育苗技術(shù)參數(shù)優(yōu)化

陳繼康，朱娟娟，喻春明，朱愛(ài)國(guó)，陳平，高鋼，陳坤梅，熊和平

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類(lèi)研究所，長(zhǎng)沙410205）

近年來(lái)，苧麻多用途技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用打破了其傳統(tǒng)利用模式。除纖維紡織外，苧麻在畜牧養(yǎng)殖［1］、燃料乙醇［2］、醫(yī)療［3］、重金屬污染耕地種植結(jié)構(gòu)調(diào)整［4］等重大需求中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著國(guó)家不斷推進(jìn)農(nóng)業(yè)適度規(guī)模經(jīng)營(yíng)，企業(yè)自建基地，規(guī)?；?、機(jī)械化種植成為苧麻生產(chǎn)的必然趨勢(shì)。提供優(yōu)質(zhì)種子種苗是適應(yīng)新形勢(shì)下苧麻生產(chǎn)發(fā)展的首要環(huán)節(jié)。然而嫩梢土壤扦插［5-6］、細(xì)切種根［7］等傳統(tǒng)無(wú)性繁殖育苗方式種苗存在來(lái)源受限、育苗難度大、土傳病害嚴(yán)重、育苗時(shí)間受季節(jié)和氣候影響大、嚴(yán)重依賴(lài)人工作業(yè)等弊端，不僅導(dǎo)致苧麻種苗成本昂貴，更無(wú)法適應(yīng)機(jī)械化、規(guī)?；a(chǎn)的要求。生產(chǎn)亟需高效、優(yōu)質(zhì)、輕簡(jiǎn)、可有效控制的苧麻新型工廠(chǎng)化繁育方法。

工廠(chǎng)化水培育苗是現(xiàn)代育苗技術(shù)的重要組成，研發(fā)苧麻水培工廠(chǎng)化育苗技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)苧麻育苗專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；哂兄匾饬x［8］。前人對(duì)嫩梢霧培［9］、沙培［10］、水培［11］等方法進(jìn)行了研究，但局限于嫩梢生根環(huán)節(jié)，缺乏對(duì)環(huán)境改善、種源開(kāi)辟、資源循環(huán)、規(guī)范作業(yè)、參數(shù)體系等問(wèn)題的分析，尤其缺乏對(duì)成本控制體系的探索。不僅上述問(wèn)題沒(méi)有得到有效解決，且又產(chǎn)生了廢水廢料處理、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)等新問(wèn)題，因而沒(méi)有廣泛應(yīng)用，更沒(méi)有進(jìn)入工廠(chǎng)化階段。鑒于此，本研究系統(tǒng)開(kāi)展了苧麻嫩梢水培技術(shù)參數(shù)體系的優(yōu)化，旨在為實(shí)現(xiàn)苧麻工廠(chǎng)化育苗提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

中苧2號(hào)是當(dāng)前主要推廣的苧麻品種之一，因此，本研究以中苧2號(hào)為試驗(yàn)材料進(jìn)行水培技術(shù)參數(shù)體系優(yōu)化。

1.2 水培方法

為避免土壤中不同氮素來(lái)源及形態(tài)的影響，本研究采取對(duì)各基因型嫩梢水培的方法開(kāi)展試驗(yàn)。在扦插前15 d對(duì)國(guó)家種質(zhì)長(zhǎng)沙苧麻圃?xún)?nèi)種植的中苧2號(hào)進(jìn)行打頂，培育健壯分枝（嫩梢）。分枝到達(dá)20 cm左右時(shí)剪下，選擇生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲(chóng)害、莖粗均勻一致的分枝45株，均分為3組，每組為1個(gè)重復(fù)。削切分枝至15 cm，除去下部葉片，頂端保留3～4片嫩葉。將削切好的苧麻分枝浸入800倍多菌靈溶液消毒30 s，扦插到卡蓮（Karen）水培儀中。水培儀內(nèi)裝入等量（15 L）清水或營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)，將光/暗周期調(diào)至為16/8 h，培養(yǎng)環(huán)境溫度為（25±2）℃。每個(gè)重復(fù)分別采樣，采集所有成活植株處理后進(jìn)行測(cè)試。

1.3 處理設(shè)置

本研究由如下5項(xiàng)試驗(yàn)組成，其中后一項(xiàng)試驗(yàn)的水培方法均依據(jù)前面幾項(xiàng)試驗(yàn)所得的較優(yōu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整?；舅喾椒爸貜?fù)數(shù)見(jiàn)1.2。

1.3.1 營(yíng)養(yǎng)液添加時(shí)間

添加營(yíng)養(yǎng)液后，水體呈富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，滋生微生物造成嫩梢死亡是影響苧麻水培育苗的首要因素，因而首先研究了營(yíng)養(yǎng)液添加時(shí)間對(duì)苧麻嫩梢水培的影響。分別在扦插后第1、2、3、4、5和6天添加營(yíng)養(yǎng)液，依次編號(hào)為T(mén)1、T2、T3、T4、T5和T6，并以不添加營(yíng)養(yǎng)液為對(duì)照（CK），探討營(yíng)養(yǎng)液不同添加時(shí)間對(duì)苧麻嫩梢水培生根的影響，降低水培苗腐爛數(shù)。營(yíng)養(yǎng)液選用海珀尼卡液肥。根量采用烘干稱(chēng)重法測(cè)定。取整株根系用吸水紙小心吸干根系表面水分，采用甲烯藍(lán)吸附法測(cè)定根系總吸收面積和活躍吸收面積，并計(jì)算比表面積，即比表面積=總吸收面積/體積［12］。

1.3.2 不同水體環(huán)境

設(shè)置循環(huán)流動(dòng)、靜止和靜止+高錳酸鉀3個(gè)處理，觀(guān)察不同水體環(huán)境下苧麻生根率變化，其中循環(huán)流動(dòng)處理開(kāi)啟水培儀的循環(huán)水泵，而其他兩個(gè)處理水泵處于關(guān)閉狀態(tài)。

1.3.3 促根方法

設(shè)置清水、營(yíng)養(yǎng)液、生根粉及營(yíng)養(yǎng)液+生根粉4個(gè)處理，比較不同處理對(duì)水培苧麻苗生根率、生根數(shù)、最大根長(zhǎng)和根鮮重的影響。生根粉為美國(guó)艾博瑞生物技術(shù)有限公司研制的根霸王TM可濕性粉劑，主要成分為吲哚乙酸、萘乙酸鈉。根據(jù)試驗(yàn)1.3.1和1.3.2的結(jié)果，4個(gè)處理均采用第4天添加營(yíng)養(yǎng)液、循環(huán)液流培養(yǎng)方式。將生根粉稀釋為200倍液浸蘸2 min后扦插。

1.3.4 營(yíng)養(yǎng)液配方

根據(jù)現(xiàn)有的不同配方水培營(yíng)養(yǎng)液（霍格蘭和阿農(nóng)、Hewitt通用、日本園藝、法國(guó)農(nóng)業(yè)研究所普及營(yíng)養(yǎng)液和荷蘭花卉研究所配方）以及苧麻需肥特性，配制苧麻水培營(yíng)養(yǎng)液，其中N、P、K的配比及主要化合物用量見(jiàn)表1、2，微量元素配方參考文獻(xiàn)［13］。各處理營(yíng)養(yǎng)液除N、P、K外，其他元素含量均一致。

表1 苧麻水培營(yíng)養(yǎng)液配方處理中N、P、K的配比Tab.1 NPK content in nutrient solutions for ramie cultured in hydroponics mg/L

表2 苧麻水培營(yíng)養(yǎng)液配方處理主要化合物用量Tab.2 Major component of chemicals in nutrient solutions for ramie cultured in hydroponics mg/L

1.3.5 密度和光源

設(shè)置不同扦插密度（M1/M2/M3）分別對(duì)不同光源類(lèi)型（G1/G2），兩兩組合，共有 M1G1、M1G2、M2G1、M2G2、M3G1、M3G2 6種組合。其中 M1為180株/平方米，M2為160株/平方米，M3為120株/平方米；G1為紅藍(lán)光LED植物生長(zhǎng)燈光源、G2為日光燈光源。

1.3.6 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0軟件對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤表示測(cè)定結(jié)果，對(duì)不同處理間進(jìn)行方差分析（ɑ=0.05），用Duncan法對(duì)各測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較，采用Microsoft Excel 2016制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 營(yíng)養(yǎng)液不同添加時(shí)間對(duì)水培苧麻嫩梢生根的影響

由表3可知，過(guò)早添加營(yíng)養(yǎng)液顯著降低苧麻嫩梢的生根率，其中第1天（T1）和第2天（T2）添加分別較對(duì)照降低了42.9%和11.9%。延遲營(yíng)養(yǎng)液添加時(shí)間可提高生根率，但過(guò)遲則導(dǎo)致根量、根系總吸收面積和活躍吸收面積下降。綜合比較各性狀可見(jiàn)，扦插后的第4天添加營(yíng)養(yǎng)液促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，并且植株腐爛程度較低。

表3 營(yíng)養(yǎng)液不同添加時(shí)間對(duì)水培苧麻嫩梢生根的影響Tab.3 Effects of nutrient solution applied at different times on rooting traits of ramie cultured in hydroponics

續(xù)表3

2.2 不同水環(huán)境對(duì)苧麻扦插苗生根的影響

對(duì)不同水環(huán)境下水培苧麻嫩梢的生根率進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，水體循環(huán)流動(dòng)條件下，苧麻嫩梢在第6天即開(kāi)始生根，并在第7天達(dá)到生根高峰期，第8天生根率達(dá)到100%（圖1）。與兩種靜止水體的處理相比，循環(huán)流動(dòng)既能提早生根的時(shí)間和整齊度，又能較好地降低嫩梢死亡率。在靜止水體中添加KMnO4持續(xù)消毒雖然能夠提高生根率，但對(duì)生根時(shí)間沒(méi)有顯著影響。

圖1 不同水環(huán)境對(duì)水培苧麻嫩梢生根的影響Fig.1 Effect of nutrient solution flow types on rooting ratio of ramie shoots cultured in hydroponics

2.3 不同促根方法對(duì)水培苧麻苗扦插生長(zhǎng)的影響

不同促根方法對(duì)水培苧麻嫩梢生根率的影響具有顯著差異（圖2）。4個(gè)處理均在第6天開(kāi)始生根，初期以?xún)煞N添加營(yíng)養(yǎng)液的處理生根率較高，但營(yíng)養(yǎng)液+生根粉處理在第8天即停止生根，總生根率僅達(dá)到60.0%。單純浸蘸生根粉的處理前期生根率低于營(yíng)養(yǎng)液處理組但高于清水對(duì)照組，最終生根率達(dá)到93.3%。可見(jiàn)，使用生根粉對(duì)苧麻嫩梢水培生根率造成不利影響。

圖2 不同促根方法對(duì)水培苧麻嫩梢生根率的影響Fig.2 Effects of root promoting methods on rooting ratio of ramie shoots cultured in hydroponics

進(jìn)一步觀(guān)察不同促根方法對(duì)水培苧麻苗根系生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)使用生根粉的處理單株根數(shù)明顯較高，而最大根長(zhǎng)則以?xún)蓚€(gè)使用營(yíng)養(yǎng)液的處理較高，僅使用生根粉的處理最低（圖3）?？梢?jiàn)，生根粉對(duì)水培苧麻嫩梢的作用主要在于增加根數(shù)，而使用營(yíng)養(yǎng)液可以提高根長(zhǎng)并促進(jìn)生根。

圖3 不同促根方法對(duì)水培苧麻苗根系生長(zhǎng)的影響Fig.3 Effects of root promoting methods on root growth of ramie seedlings cultured in hydroponics

2.4 不同營(yíng)養(yǎng)液配方對(duì)水培苧麻扦插苗生長(zhǎng)的影響

研究調(diào)查了不同營(yíng)養(yǎng)液處理下中苧2號(hào)的生根率及根系生長(zhǎng)情況（圖4）。結(jié)果表明，添加不同營(yíng)養(yǎng)液對(duì)中苧2號(hào)的生根率沒(méi)有顯著影響，但對(duì)根系伸長(zhǎng)具有顯著影響。隨著扦插時(shí)間延長(zhǎng)，添加營(yíng)養(yǎng)液處理與清水對(duì)照（CK）的根長(zhǎng)差距逐步擴(kuò)大，其中扦插后第12天F1處理苧麻種苗最大根長(zhǎng)較對(duì)照高26.4%，F(xiàn)2-F5的4個(gè)處理間沒(méi)有顯著差異，但均顯著小于F1而大于CK。從根系伸長(zhǎng)增長(zhǎng)率變化來(lái)看，苧麻在生根后根系迅速伸長(zhǎng)，而增長(zhǎng)率急劇下降，至扦插后第10天（生根后第5天）開(kāi)始平緩增長(zhǎng)直至停滯。F1則因第7天的基礎(chǔ)根長(zhǎng)顯著較大（10.32 cm，較 F5長(zhǎng)50.4%）而第8天的增長(zhǎng)率偏小。整體來(lái)看，F(xiàn)1處理（N：60 mg/L、P：15 mg/L、K：90 mg/L）為苧麻水培最佳營(yíng)養(yǎng)液濃度。

圖4 不同營(yíng)養(yǎng)液配方對(duì)水培苧麻根系生長(zhǎng)的影響Fig.4 Effects of different nutrient solution on root growth of ramie seedlings cultured in hydroponics

2.5 不同扦插密度和光源對(duì)苧麻嫩梢水培生根的影響

由表4可知，扦插密度是影響苧麻嫩梢生根率的主要因素，密度越大，扦插苗越易腐爛；光照類(lèi)型是影響苧麻種苗根系生長(zhǎng)的主要因素，日光燈較紅藍(lán)LED光源可顯著促進(jìn)根系生長(zhǎng)；扦插密度與光源類(lèi)型的互作效應(yīng)不顯著。由于在不影響生根率和種苗素質(zhì)（根量）的條件下，工廠(chǎng)化育苗要求更高的扦插密度，因此M2G2處理為較優(yōu)選擇。

表4 不同扦插密度和光源對(duì)水培苧麻嫩梢生根效果的影響Tab.4 Effects of planting density and light source on rooting of ramie shoots cultured in hydroponics

3 討論與結(jié)論

根據(jù)研究結(jié)果，適于苧麻水培的技術(shù)參數(shù)體系主要包括：采集嫩梢長(zhǎng)10～15 cm，頂部留葉4～5片；800倍多菌靈浸泡嫩梢中下部30 s；采用循環(huán)液流培養(yǎng)；培養(yǎng)環(huán)境溫度20～25℃；全光譜光源（日光燈）補(bǔ)光；扦插密度為160株/平方米，在扦插后第4天添加營(yíng)養(yǎng)液，營(yíng)養(yǎng)液N、P、K濃度分別為 60、15、90 mg/L。

苧麻嫩梢土壤扦插育苗方式的主要問(wèn)題包括：一是依賴(lài)人工，工作苦、效率低，每個(gè)環(huán)節(jié)均需大量人工作業(yè)；二是種苗來(lái)源受限，繁殖系數(shù)低，育苗周期長(zhǎng)：嫩梢源于苧麻腋芽，每個(gè)腋芽?jī)H能采集一次，獲得一株嫩梢，之后便要等待母體重新生長(zhǎng)、打頂、培養(yǎng)嫩梢、再采集，生產(chǎn)季節(jié)性強(qiáng)、時(shí)間成本巨大；三是土傳病害影響大，“換地育苗”加大工廠(chǎng)化難度：土壤中含有大量土傳病害、害蟲(chóng)等有害生物［14］，極易造成傷口感染，導(dǎo)致幼苗死亡，因而苧麻育苗忌重茬，不斷轉(zhuǎn)換育苗基地又無(wú)法滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)育苗機(jī)構(gòu)基本要求；四是成活率影響因素多而且難以控制：其成活率直接受土壤質(zhì)地、天氣變化、人工管理的精細(xì)度和嫩梢扦插的深度、密度、均勻度等影響［15］。這些問(wèn)題導(dǎo)致土壤扦插方法育苗成本高、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大、秧苗質(zhì)量不穩(wěn)定等弊端，不符合工廠(chǎng)化育苗和機(jī)械化種植的要求。

工廠(chǎng)化水培育苗是現(xiàn)代育苗技術(shù)的重要組成。借助工廠(chǎng)化設(shè)施對(duì)環(huán)境的有效控制及作業(yè)的便利性，加之水培較土壤培養(yǎng)具有更迅捷、更精準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展苧麻水培工廠(chǎng)化育苗技術(shù)研究和應(yīng)用，對(duì)實(shí)現(xiàn)苧麻育苗專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；哂兄匾饬x。本研究基于苧麻工廠(chǎng)化育苗技術(shù)［8］，從液流狀態(tài)、營(yíng)養(yǎng)液配方及添加方式、促根方法及扦插方法入手系統(tǒng)分析了水培條件下苧麻嫩梢的生根特性。研究按照生產(chǎn)流程，設(shè)定相對(duì)獨(dú)立的因素，通過(guò)5項(xiàng)試驗(yàn)，后一項(xiàng)試驗(yàn)基于已完成試驗(yàn)的結(jié)果，逐步優(yōu)化提升，提出完整水培成苗技術(shù)參數(shù)體系，2015～2016兩個(gè)年度的生產(chǎn)試驗(yàn)種苗成活率均達(dá)92.3%以上（3萬(wàn)株/批次），對(duì)優(yōu)化改進(jìn)苧麻工廠(chǎng)化育苗具有較高參考價(jià)值。研究還發(fā)現(xiàn)不同光源類(lèi)型對(duì)嫩梢水培的不同作用，即日光燈促進(jìn)生根而紅藍(lán)LED光源促進(jìn)根系生長(zhǎng)。根據(jù)該結(jié)果，前期采用日光燈補(bǔ)光，后期采用紅藍(lán)LED補(bǔ)光可進(jìn)一步提高育苗效果，但整體經(jīng)濟(jì)效益有待于進(jìn)一步研究。