不同營養(yǎng)液配方對工業(yè)大麻幼苗生長的影響

韋秀葉，趙信林#，郭媛，邱財生，龍松華，王玉富

（中國農(nóng)業(yè)科學院麻類研究所，湖南 長沙 410205）

工業(yè)大麻（CannabissativaL.）是大麻科（Cannabinaceae）大麻屬（Cannabis）的一年生草本植物，又稱“漢麻”“火麻”或“線麻”等，是中國最古老的纖維作物之一，在中國已有6000多年的栽培歷史［1-3］，隨著對工業(yè)大麻功能的不斷開發(fā)，工業(yè)大麻的用途已經(jīng)不再局限于纖維，其在工、農(nóng)、醫(yī)、食品等行業(yè)都顯示出了巨大的應用價值。因此，高效、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的大麻生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點。

水培是一種將水和養(yǎng)分結(jié)合起來栽培植物的方法［4］，可緩解土壤種植所產(chǎn)生的有關(guān)問題，如減少病蟲害發(fā)生、避免連作障礙，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化。近年來，水培研究越來越普遍［5-7］。傳統(tǒng)的土培使工業(yè)大麻更易發(fā)生病蟲害，如紅蜘蛛、螨蟲、霜霉病、白斑病等，每年可造成工業(yè)大麻減產(chǎn)11%［8］。因此，利用水培技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)大麻工廠化生產(chǎn)顯得尤為重要，而水培生產(chǎn)的成功與否，在很大程度上取決于營養(yǎng)液配方組成和濃度是否合適。目前，水培技術(shù)已成功運用于蔬菜瓜果和觀賞植物上，湯輝［9］等研究自設(shè)營養(yǎng)液與其他3種營養(yǎng)液對水培芹菜的影響，發(fā)現(xiàn)自設(shè)營養(yǎng)液在形態(tài)指標上顯著高于其他3種營養(yǎng)液。呂炯璋等［10］探討不同營養(yǎng)液配方及濃度對番茄幼苗生長的影響，發(fā)現(xiàn)標準濃度營養(yǎng)液在植株株高、莖粗、鮮重、干重和葉面積增長方面效果最好，其次是1/2倍濃度，最后是1/4倍濃度的。周雅倩等［11］研究發(fā)現(xiàn)，觀賞甘薯在濃度為1/2倍的循環(huán)水生菜營養(yǎng)液中生長達到最佳。迄今為止，專用于工業(yè)大麻水培的營養(yǎng)液配方尚不清楚，因此本研究擬通過研究不同配方營養(yǎng)液及濃度對工業(yè)大麻幼苗生長的影響，篩選出適合工業(yè)大麻生長的營養(yǎng)液配方及最佳濃度，以期獲得優(yōu)良的水培工業(yè)大麻植株，為實現(xiàn)工業(yè)大麻水培工廠化生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料為工業(yè)大麻“新麻1號”，該材料由中國農(nóng)業(yè)科學院麻類研究所栽培研究室提供。

1.2 試驗方法

試驗起始于2020年5月1日，選擇2種營養(yǎng)液配方：標準霍格蘭營養(yǎng)液（記作H）以及根據(jù)工業(yè)大麻需肥規(guī)律自主設(shè)計的營養(yǎng)液配方（記作Z）（見表1）。本試驗以標準霍格蘭營養(yǎng)液配方（1H）為對照，將自主設(shè)計的營養(yǎng)液配方設(shè)置4個濃度梯度，分別為1倍（1Z）、1/2倍（1/2Z）、1/4倍（1/4Z）和1/8倍（1/8Z）濃度營養(yǎng)液，共5個處理，每個處理5株苗，試驗重復3次。本試驗分兩個階段進行，第1階段為5月1日～5月15日（播種到分苗），以營養(yǎng)土（東北草炭、珍珠巖、蛭石等比例）為基質(zhì)，在規(guī)格為52 cm×26.5 cm×5.0 cm的72孔育苗盤中進行播種育苗，每穴播種5粒種子，每隔2 d用蒸餾水澆灌；第2階段為5月16日～6月20日，將長至2～3片真葉且長勢均勻的幼苗從育苗盤中移出，洗凈根部，移至裝有不同配方營養(yǎng)液的250 mL錐形瓶中，每個錐形瓶放1株苗，在人工氣候箱中培養(yǎng)，設(shè)定光照強度2000 lx，溫度24℃，濕度70%，光照時長16 h/8 h。每天用蒸餾水噴灑幼苗葉面，每隔7 d換一次營養(yǎng)液，所用營養(yǎng)液的酸堿度用10%NaOH和1 mol/L HCl進行調(diào)節(jié)，使其pH保持在5.8～6.2。從5月26日起每隔10 d用直尺測定植株株高（從莖基部到生長點）和根長，游標卡尺讀取莖粗（地上莖基部1 cm處），并記錄新生根數(shù)。6月20日采用Yaxin-1241葉面積儀測定葉面積（第二對功能葉），迅速用電子天平（精確度為0.001 g）稱量植株全株重、莖葉鮮重和根部鮮重。生長速率相關(guān)計算公式如下：

表1 供試營養(yǎng)液營養(yǎng)元素配方Table 1 The element composition of the supplied nutrient solution

株高（cm/d）=（第30 d的株高-第10 d的株高）/20 d

莖粗（mm/d）=（第30 d的莖粗-第10 d的莖粗）/20 d

根長（cm/d）=（第30 d的根長-第10 d的根長）/20 d

生根數(shù)（條/天）=（第30 d的生根數(shù)-第10 d的生根數(shù)）/20 d

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel進行處理，采用SPSS 26.0進行顯著性檢驗，并采用Duncan法在p＜0.05顯著水平上對各項測定指標的平均值進行多重比較，采用Graphpad Prism 7.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同營養(yǎng)液配方及濃度對工業(yè)大麻幼苗形態(tài)指標的影響

2.1.1 不同營養(yǎng)液對工業(yè)大麻幼苗株高的影響

如圖1（a），與標準霍格蘭營養(yǎng)液（1H）相比，自主設(shè)計營養(yǎng)液配方（Z）的4個濃度均促進工業(yè)大麻株高的增長。在第10、20、30 d時，株高最大的是1/8Z，與1H相比呈顯著性差異；在第10、20 d時，株高最小的是1/4Z；在第30 d時，株高最小的是1/2Z，與1H相比均無顯著性差異。由圖2（a）株高生長速率最大的是1/4Z，最小的是1/2Z，與1H相比，均呈顯著性差異。

2.1.2 不同營養(yǎng)液對工業(yè)大麻幼苗莖粗的影響

莖是植物的營養(yǎng)器官之一，通過木質(zhì)部和韌皮部將根部吸收到的水分和礦物質(zhì)運輸?shù)礁鳡I養(yǎng)器官，以供各組織器官的生命周期生長發(fā)育。莖越發(fā)達，越有利于營養(yǎng)物質(zhì)的運輸［12］。由圖1（b）可知，莖粗在第10、20 d時最大的是1/2Z，在第30 d最大的是1/4Z，與1H相比，在第10 d時莖粗呈顯著性差異，在第20、30 d時均無顯著性差異；在第10 d時，莖粗最小的是1/4Z，在第20、30 d時，莖粗最小的是1/8Z，與1H相比，在第10 d時呈顯著性差異，在第20、30 d時均無顯著性差異。表明該營養(yǎng)液配方對莖粗的增強作用并不明顯。由圖2（b）莖粗生長速率最大的是1/4Z，最小的是1/8Z，與1H相比，前者無顯著性差異，后者呈顯著性差異。

2.1.3 不同營養(yǎng)液對工業(yè)大麻幼苗根長的影響

植物根系吸收水分及礦物元素等營養(yǎng)物質(zhì)以供給植物生長，部分植物的根還具有繁殖或者儲存營養(yǎng)的作用［13］。由圖1（c）可知，第10 d時根長最大的是1Z，在第20、30 d時最大的是1/8Z，與1H相比，均呈顯著性差異。1/4Z處理的根長在第20、30 d時僅次于1/8Z，與1H相比均呈顯著性差異。由圖2（c）根長生長速率最大的是1/8Z，最小的是1Z，與1H相比，均呈顯著性差異。

2.1.4 不同營養(yǎng)液對工業(yè)大麻幼苗生根數(shù)的影響

根系越發(fā)達，越有利于植物地上部營養(yǎng)物質(zhì)的供給。由圖1（d）可知，在第10、20、30 d時生根數(shù)最大的是1/8Z，其次為1/4Z，在第20、30 d時，生根數(shù)最小的是1Z，與1H相比，均呈顯著性差異。由圖2（d）生根數(shù)生長速率最大的是1/8Z，其次是1/4Z，最小的是1Z，與1H相比，均呈顯著性差異。這表明1/8Z處理可以促進根系生長，縮短幼苗苗齡，提前發(fā)育成大苗，可能更適用于工業(yè)大麻幼苗水培。

圖1 不同營養(yǎng)液處理條件下工業(yè)大麻的植株生長特點Fig.1 Characteristics of industrial hemp under different nutrient solution treatment conditions

圖2 不同營養(yǎng)液處理條件下工業(yè)大麻的生長速率Fig.2 Growth rates of industrial hemp under different nutrient solution treatment conditions

2.2 不同營養(yǎng)液對工業(yè)大麻幼苗產(chǎn)量和葉面積的影響

從表2可以看出，相對于標準霍格蘭營養(yǎng)液（1H），自主設(shè)計的不同濃度營養(yǎng)液配方處理下葉面積均大于1H處理的，在4個處理中，葉面積最大的為1/4Z，達到1350.67 mm2，與其他4個處理差異均顯著，其次為1/2Z，為790.70 mm2，雖然與1/8Z差異不顯著，但顯著高于1H和1Z。除1Z外，其余3個配方的工業(yè)大麻幼苗全株重、鮮重均高于1H，且在幾個處理中，全株重、莖葉鮮重、根部鮮重最大的是1/4Z，分別為1.99、1.47、0.52 g，與1H及1Z差異顯著，而與1/2Z、1/8Z僅在莖葉鮮重和根部鮮重差異顯著，在全株重、根部鮮重上無顯著性差異。綜合產(chǎn)量及葉面積，1/4Z和1/8Z可能更適合于工業(yè)大麻水培生產(chǎn)。

表2 不同營養(yǎng)液配方及濃度對工業(yè)大麻生物量和葉面積的影響Table 2 Effects of different nutrient solution formulations and concentrations on biomass and leaf area of industrial hemp

3 結(jié)論與討論

通過工業(yè)大麻幼苗生長的形態(tài)指標（株高、莖粗、根長、生根數(shù)、葉面積）、生長速率和生物量（全株重、莖葉鮮重、根部鮮重）等可以初步篩選出適合工業(yè)大麻幼苗生長的營養(yǎng)液配方。其中株高、莖粗、根系長度等是反映作物營養(yǎng)生長狀況的重要指標［14］。研究表明，植株在合適的營養(yǎng)液濃度下，植株生長較高，葉片較大［15］，表明該植物生長更旺盛，吸收無機物的能力更強，因此更有利于植物體內(nèi)養(yǎng)分的合成和積累［16］。本研究結(jié)果表明：在標準霍格蘭營養(yǎng)液（1H）和根據(jù)大麻需肥規(guī)律自主設(shè)計的不同濃度梯度營養(yǎng)液配方1Z、1/2Z、1/4Z和1/8Z處理下，就生物量、葉面積、株高、莖粗、根長、生根數(shù)和生長速率指標而言，自制水培營養(yǎng)液配方總體優(yōu)于標準霍格蘭營養(yǎng)液。其中就形態(tài)指標株高、莖粗、根長、生根數(shù)而言，自主設(shè)計1/8Z營養(yǎng)液配方為最佳處理；就全株重、莖葉鮮重、根部鮮重及葉面積而言，自主設(shè)計1/4Z營養(yǎng)液配方總體優(yōu)于其他3個處理，這與薛國萍［17］、何銳［18］等研究生菜生長所需最佳劑量濃度一般為1/4倍標準濃度營養(yǎng)液一致。

由于物種的特殊性，適用于不同作物的營養(yǎng)液配方和濃度并不相同。營養(yǎng)液的濃度過高，植物無法吸收，濃度過低則無法滿足植物對各種營養(yǎng)元素的需求，只有選擇最佳的水培營養(yǎng)液比例才能使水培生產(chǎn)效果達到最佳［19］。目前水培技術(shù)在葉菜類、花卉等方面運用較成功，然而在工業(yè)大麻上由于專用的營養(yǎng)液配方及濃度比例尚不明確，使得工業(yè)大麻水培體系不穩(wěn)定，本研究明確了適合于工業(yè)大麻幼苗水培生產(chǎn)的營養(yǎng)液濃度為1/4Z和1/8Z，為工業(yè)大麻水培營養(yǎng)液探究提供了參考，但對于工業(yè)大麻水培專用營養(yǎng)液配方及最佳濃度比例尚需進行全面系統(tǒng)的試驗。