趙 超，董 然，顧德峰，黃祥童，嚴海燕，包文慧，潘蘭慧

(1 吉林農業(yè)大學 園藝學院，吉林 長春 130118；2 長白山科學研究院，吉林 二道白河 133613)

對開蕨組培苗適宜栽培基質的篩選

趙 超1，董 然1，顧德峰1，黃祥童2，嚴海燕1，包文慧1，潘蘭慧1

(1 吉林農業(yè)大學 園藝學院，吉林 長春 130118；2 長白山科學研究院，吉林 二道白河 133613)

【目的】 篩選對開蕨組培苗的適宜栽培基質，為其推廣栽培提供技術指導?！痉椒ā?以3年生對開蕨組培苗為試材，在以草炭、山皮土、園土、菌渣和珍珠巖為材料按照不同比例配制的7種栽培基質[T1(CK1):草炭；T2(CK2):山皮土；T3：V(園土)∶V(草炭)= 2∶1；T4：V(園土)∶V(山皮土)=2∶1；T5：V(園土)∶V(山皮土)∶V(菌渣)=2∶1∶1；T6：V(草炭)∶V(山皮土)∶V(菌渣)=2∶1∶1；T7：V(草炭)∶V(珍珠巖)∶V(菌渣)=2∶1∶1]中進行試驗，從植株的形態(tài)、生理和光合特性3個方面選取9項指標(株高、冠幅、單葉面積、新增葉片數(shù)、新增帶孢子囊葉片數(shù)、比葉質量、葉綠素、凈光合速率、水分利用率)綜合考察評價，在此基礎上對各生長指標進行主成分分析，再用隸屬函數(shù)求出各處理的綜合評價值，按該值對各基質排序，最后結合各基質配方的理化性質確定最佳基質?！窘Y果】 各基質配方的理化性質基本均在適合對開蕨組培苗生長的理想范圍之內，只有T4的體積質量略高，通氣孔隙略小；T1的pH值略低。除株高、冠幅和比葉質量外，單葉面積、新增葉片數(shù)、新增帶孢子囊葉片數(shù)、葉綠素、凈光合速率和水分利用效率6項指標在不同基質處理間差異顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)。綜合分析結果表明，T3處理的綜合評價值最高，達到0.924，表明該基質配方較其他處理更適宜對開蕨組培苗生長，其余依次為T7、T2、T5、T6、T4和T1?！窘Y論】 對開蕨組培苗的適宜栽培基質為V(園土)∶V(草炭)=2∶1，該基質配方簡便易行，適合推廣應用。

對開蕨；組培苗；栽培基質；主成分分析；隸屬函數(shù)

對開蕨(PhyllitisjaponicaKom)別名東北對開蕨、日本對開蕨，為鐵角蕨科(Aspleniaeeae)對開蕨屬多年生常綠草本植物。對開蕨葉形獨特優(yōu)雅，四季常青，具有很高的觀賞價值，且其全草可入藥，具有消炎、止痛等功效[1]，是難得的集觀賞和藥用價值于一身的優(yōu)良植物，極具保護研究價值。但由于自然繁殖力弱，加之原生境的破壞以及人為干擾，對開蕨已瀕危滅絕，被列為國家二級珍稀瀕危保護植物。顧德峰等[2]在2008年首次成功報道了對開蕨的離體快繁技術，這對實現(xiàn)其保護利用意義重大。

栽培基質是影響植物生長的重要因素之一。要篩選出某種植物的最適栽培基質，就必須從多角度進行綜合分析，目前關于作物栽培基質的研究大部分只是依據所測數(shù)據進行簡單的定量分析與比較，或用隸屬函數(shù)法進行評價[3-5]，但由于評價指標較多，且指標間存在一定相關性，故分析結果也會存在片面性。岳樺等[6]曾對野生對開蕨引種苗的栽培基質進行了研究，認為其最適宜栽培基質配方為V(草炭土)∶V(珍珠巖)∶V(蛭石)∶V(河沙)=7∶1∶1∶1，最不適宜基質為V(草炭土)∶V(珍珠巖)∶V(蛭石)∶V(河沙)=5∶2∶2∶1。目前，關于對開蕨組培苗的栽培基質研究尚未見報道。本研究利用主成分分析法對對開蕨組培苗各栽培基質處理進行綜合評價，這樣可以在不損失或很少損失原有信息的前提下，將原來個數(shù)較多的指標轉換成幾個新的相互獨立的主成分，在此基礎上求出所有處理的每一個主成分值及相應的隸屬函數(shù)值后進行加權，得到對開蕨在不同栽培基質上生長狀況的綜合評價值，篩選出最佳栽培基質。現(xiàn)將研究結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料來源于吉林農業(yè)大學園藝學院培養(yǎng)的3年生對開蕨組培苗，選取生長健壯、長勢一致的材料進行試驗。

試驗所用基質原料有：草炭，購于吉林省黃泥河鎮(zhèn)大川草炭開發(fā)公司；山皮土，2013年采自長春凈月潭森林蒙古櫟林下，為2～3 cm表層土；園土，來源于吉林農業(yè)大學園藝學院園林花卉實踐基地；菌渣，來源于吉林農業(yè)大學食用菌教學實踐基地；珍珠巖，購于吉林省長春市海軍珍珠巖廠。山皮土、園土和菌渣等非商品材料的理化特性如表1所示。

表1 非商品基質原料的理化特性Table 1 Physicochemical properties of non-commodity substrate

1.2 試驗設計

試驗于2013-05-09在吉林農業(yè)大學園藝基地進行。以當前生產上常用的純草炭基質為第1對照(T1(CK1))，以與對開蕨原生境土壤類似的山皮土基質為第2對照(T2(CK2))，其余基質配比方式如下：T3.V(園土)∶V(草炭)= 2∶1；T4.V(園土)∶V(山皮土)=2∶1；T5.V(園土)∶V(山皮土)∶V(菌渣)=2∶1∶1；T6.V(草炭)∶V(山皮土)∶V(菌渣)=2∶1∶1；T7.V(草炭)∶V(珍珠巖)∶V(菌渣)=2∶1∶1。

有機基質均腐熟后使用，所有基質上盆前均先用稀釋1 000倍的多菌靈溶液進行噴施消毒。試驗用苗均栽植于內徑19 cm、高20 cm的塑料花盆內，培養(yǎng)于遮光率90%的遮蔭棚下。經測定，試驗期間棚內溫度為18～30 ℃，最大光強6 800～7 500 lx，空氣相對濕度40%～50%。每處理5盆，每盆1株，重復3次，即每個處理共15株，7個處理共105株，給予正常的水分管理。緩苗2個月后開始測定各項生長指標。

老陳居然沒去注意我?guī)サ哪莻€紙盒，錄音機正在播放《四郎探母》，音量似乎開到了最大。錄音機的喇叭刺啦刺啦響，而老陳并不在意。于魁智的嗓音洪亮，行腔流暢，字字入耳。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 基質理化性質的測定 測定項目主要包括體積質量、總孔隙度、持水孔隙、通氣孔隙、EC值和pH值，采用連兆煌等[7]的方法測定。

1.3.2 形態(tài)指標的測定 緩苗結束后，每處理選取3盆植株，每株選3片在試驗處理期間萌發(fā)的新葉，采用數(shù)碼相機拍照法[8]測定葉面積，在新葉完全展開時進行第1次測量，以后每10 d測定1次，直至被觀測葉片面積無明顯增長為止。試驗處理3個月后，每處理選5盆植株測定株高、冠幅，株高為從根莖處至植株最高處的高度，冠幅采用十字交叉法取平均值，二者皆用鋼卷尺測量，精確到0.1 cm。同時，統(tǒng)計各處理在試驗期間新增的葉片數(shù)和帶孢子囊葉片數(shù)。

1.3.3 生理指標的測定 試驗處理3個月后，每處理選取3盆植株，每株各選3片成熟的功能葉分別測算比葉質量(Specific leaf weight,SLW)和葉綠素含量，其中SLW(mg/cm2)=葉片干質量/葉面積；葉綠素含量利用乙醇浸泡法[9]測定。

1.3.4 光合指標的測定 在8月中旬采用CIRAS-2型便攜式光合儀，于晴朗無云的天氣在上午10:00前后，使用開放氣路，選擇不同處理下未著生孢子囊的對開蕨組培苗成熟功能葉片(每處理3株，每株3片葉)，在固定光合有效輻射為600 μmol/(m2·s)的條件下，測定凈光合速率(Pn，μmol/(m2·s))、蒸騰速率(Tr，mmol/(m2·s))，計算水分利用效率(WUE，μmol/mmol)：WUE=Pn/Tr。

1.4 數(shù)據處理與分析

首先用DPS v7.05軟件對不同處理對開蕨組培苗各生長指標影響的顯著性進行方差分析，對不同處理間差異顯著者進行多重比較。再用SPSS 19.0 軟件對各生長指標進行主成分分析，將累積貢獻率達到85%以上的性狀作為新的主成分，之后用隸屬函數(shù)法求得不同基質處理下各主成分的隸屬函數(shù)值，再根據各主成分的貢獻率求出其權重，最后對不同處理各主成分的隸屬函數(shù)值分別加權求和，得到各自的綜合評價值，其值越大，說明該配方基質越適合對開蕨組培苗的生長。

2 結果與分析

2.1 不同處理基質的理化性質分析

表2 培養(yǎng)對開蕨組培苗的不同配方基質的理化性質Table 2 Physical and chemical properties of different substrates for Phyllitis japonica tissue-cultured seedlings

由表2可知，不同處理基質的體積質量差異較大，表現(xiàn)為T4>T5>T3>T2>T6>T1>T7，其中以草炭為主要成分的T1、T6、T7處理的體積質量明顯較小，分別為體積質量最大的T4處理的18.2%，34.9%和16.4%。多數(shù)研究表明，基質體積質量在0.1～0.8 g/cm3時更利于植物生長[11-13]，本試驗中除T4(0.981 g/cm3)、T5(0.885 g/cm3)處理略超出這一范圍外，其余基質體積質量均在該范圍內?？偪紫抖仁欠从郴|通氣、保水狀況的指標，一般認為在54%～96%時較好[6,10]，本試驗中只有T4處理的總孔隙度(52.17%)略小，其余各處理均在60%左右，在理想范圍之內。另外，理想基質的持水孔隙為40%～75%[11]，通氣孔隙為20%左右，大小孔隙比為1∶2～1∶4[14]。本試驗中各處理的這3項指標基本均在相應的范圍內，只有T4的通氣孔隙(12.00%)相對較小，可能會對植物根系呼吸造成一定的不利影響。EC值可以反映基質中可溶性鹽溶液的濃度和營養(yǎng)水平，其值太低表明營養(yǎng)不足，太高又會導致鹽害，本試驗中各處理的EC值均小于1 mS/cm，在適宜植物生長的理想范圍(<2.5 mS/cm)之內[13]。各處理基質的pH相差不大，均在5.0～6.0，呈弱酸性，適合對開蕨組培苗的生長[15]。

2.2 不同處理基質對對開蕨組培苗生長、生理和光合特性的影響

栽培基質對植物生長的影響是多方面的，故本試驗從形態(tài)、生理和光合特性等方面選取9項指標對其進行綜合評價。由表3可以看出，在不同處理基質間，除株高、冠幅、比葉質量和蒸騰速率無顯著差異外，其余各項指標的差異均達到顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)水平。在不同評價指標下，各基質的排序也不盡相同，從單葉面積來看， T6>T3>T2>T7>T4>T5>T1；從新增葉片數(shù)來看， T3>T7>T5>T2>T6>T1>T4；從新增帶孢子囊葉片數(shù)來看，T2>T3>T6>T7>T5>T1>T4；從葉綠素含量來看，T3>T4>T7>T2>T5>T1>T6；從凈光合速率來看，T5>T3>T7>T6>T1>T4>T2；從水分利用效率來看，T5>T3>T6>T1>T7>T4>T2。

表3 不同基質處理對對開蕨組培苗生長、生理和光合特性指標的影響Table 3 Effects of different substrate formulas on growth,and physiological and photosynthetic characteristics of Phyllitis japonica tissue-cultured seedlings

注：表中數(shù)據為“平均值±標準差”；同列數(shù)據后標不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，標不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

Note:Data in the table are “means±standard deviation”.Data with lowercase and capital letters in each column indicate significant difference atP<0.05 orP<0.01 level.

2.3 不同處理基質各項生長指標的主成分分析

對除蒸騰速率外的9個單項指標進行主成分分析，結果如表4所示。由表4可知，前4個主成分的累積貢獻率已達95.04%，代表了絕大部分信息，因此其余指標可忽略不計，這樣就將原來9個單項指標轉換為4個新的相互獨立的主成分，同時根據各主成分貢獻率的大小還可知其相對重要性。

主成分1的主要組分為凈光合速率(0.511)、水分利用效率(0.504)和新增葉片數(shù)(0.458)，主要反映植株的光合特性，代表了原始數(shù)據信息量的30.96%；主成分2的主要組分為株高(0.554)、單葉面積(0.496)和新增帶孢子囊葉片數(shù)(0.404)，主要反映植株的形態(tài)特征，代表了原始數(shù)據信息量的28.80%；主成分3的主要組分為葉綠素(0.507)和比葉質量(-0.489)，主要反映植株的生理特性，代表了原始數(shù)據信息量的23.10%；主成分4的主要組分為冠幅(0.801)，代表了原始數(shù)據信息量的12.17%。

在各項生長指標值及主成分特征向量基礎上，可分別求出每一處理基質的4個主成分值[CI(x)]，見表5。在同一綜合指標中，CI(x)越大表明某一基質處理下的對開蕨組培苗在這一主成分上的表現(xiàn)越好，反之則越差。

表4 不同基質處理對開蕨組培苗各指標的特征向量及貢獻率Table 4 Eigenvectors and contributions of synthetic indexes of Phyllitis japonica tissue-cultured seedlings with different substrate formulas

2.4 不同處理基質的綜合評價

由于4個主成分在評價各處理基質時的側重不同，因此需要用隸屬函數(shù)法再次對其進行評價。運用公式μ(xj)=(xj-xmin)/(xmax-xmin)求得各主成分的隸屬函數(shù)值μ(x)，其中xj表示第j個主成分值，xmin表示第j個主成分的最小值，xmax表示第j個主成分的最大值。由表5可知，在主成分1中，T3的μ(1)值最大，T2的最小，說明在這一評價指標中T3表現(xiàn)最好，T2最差；同理，在主成分2中，T6表現(xiàn)最好，T4最差；在主成分3中，T2表現(xiàn)最好，T5最差；在主成分4中，T3表現(xiàn)最好，T7最差。

根據各主成分的貢獻率大小可分別求出各自的權重。經計算，第1，2，3，4主成分的權重分別為0.326，0.303，0.243和0.128。對不同處理基質的各主成分隸屬函數(shù)值分別加權Y(x)后求和，即可得到各處理的綜合評價值(D值)，根據D值大小進行排序，結果見表5。由表5可知，T3處理的D值(0.924)最大，比排在第2的T7(0.549)高68.3%，說明從多方面綜合分析，對開蕨組培苗在T3基質中生長最好，且優(yōu)勢明顯，其次依次為T7、T2、T5、T6、T4和T1。

表5 各對開蕨組培苗培養(yǎng)基質處理的綜合指標值CI(x)、隸屬函數(shù)值μ(x)、Y(x)值和D值 Table 5 Comprehensive values [CI(x)], subordinate functions [μ(x)],Y(x),D and rank of Phyllitis japonica tissue-cultured seedlings with different substrate formulas

3 討論與結論

要從多種基質中選出適宜植物組培苗生長的栽培基質，就需要從植物的多方面生長指標來綜合觀測分析，用主成分分析法將原來多個彼此關系錯綜復雜的指標轉換成數(shù)個彼此相互獨立的主成分[16-17]，再利用隸屬函數(shù)法進行綜合評價，二者結合會使結果更加科學可靠[18]。這些主成分既能多方面地反映原指標的信息，又能將差異不明顯的各原指標信息集中表現(xiàn)出來，而且根據主成分貢獻率的大小還可以了解其相對重要性[19]。

本研究將原來的9個單項指標綜合成4個相互獨立的主成分，克服了信息的重疊與指標的相關性，同時利用各主成分的相對重要性進行加權，避免了人為確定權重的主觀性，在此基礎上得到的綜合評價值(D值)因為是一個在[0,1]閉區(qū)間上的純數(shù)，因而使各處理基質間具有了可比性。根據D值的大小就可以較準確地對對開蕨組培苗在不同基質上的栽培適應性進行排序，挑選出最適宜其生長的基質配方。從分析結果可以看出，T2～T7的D值均高于以純草炭為基質的T1，原因可能是T1的pH僅為5.1，在7種基質中最低，因酸性過強而對植物生長不利，從而導致其綜合評價值最低。由此可知，當前生產中大部分以純草炭作為對開蕨組培苗栽培基質的方法是欠妥的，如果在其中混以其他中性或偏堿性的基質來略微提高pH值，則會更有利于對開蕨組培苗的生長。

T2處理的D值排在第3位，雖然其比較適合對開蕨組培苗的生長，但由于山皮土資源有限，大量開采會對森林生態(tài)環(huán)境造成破壞，因此也不適合推廣應用。而且綜合來看，排在前2位的T3、T7處理均更適合對開蕨的生長，完全可以取代T2處理。

T4處理中植株生長較差的原因可能是由于基質體積質量過高(0.981 g/cm3)，超過了理想基質的體積質量范圍(0.1～0.8 g/cm3)。體積質量過大不僅不便于生產中的操作和管理，還會導致通氣孔隙和持水孔隙不能很好協(xié)調，有礙植株根系生長[13]。

添加了菌渣的T5、T6、T7處理，除T7比較適宜對開蕨組培苗的生長外，T5和T6的得分排名均比較靠后，盡管這2種基質的各種物理性質都比較理想，但最終的植株質量較差。其原因可能是菌渣與山皮土混合后有機物質含量過高，而這些有機組分的降解會導致基質溫度持續(xù)較高，從而對對開蕨組培苗的生長造成了不利影響，這與任爽英等[5]對東方百合栽培基質的研究結果一致。

本研究結果表明，T3處理的D值最高，說明以V(園土)∶V(草炭)=2∶1的基質配方較其他配方更適宜對開蕨組培苗的生長，使其株高、冠幅、單葉面積、新增葉片數(shù)和葉綠素含量等均明顯優(yōu)于其他處理。另外，東北地區(qū)草炭資源豐富，獲得成本較低，因此T3配方簡便易行，操作管理容易，可在將來對開蕨的工廠化育苗中推廣應用。

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Selection of optimal culture substrate for tissue-cultured seedlings ofPhyllitisjaponica

ZHAO Chao1,DONG Ran1,GU De-feng1,HUANG Xiang-tong2, YAN Hai-yan1,BAO Wen-hui1,PAN Lan-hui1

(1CollegeofHorticulture,JilinAgriculturalUniversity,Changchun,Jilin130118,China;2ChangbaiMountainAcademyofSciences,Erdaobaihe,Jilin133613,China)

【Objective】 This study aimed to select the optimal culture substrate for tissue-cultured seedlings ofPhyllitisjaponica.【Method】 Three-year-old tissue-cultured seedlings were planted them in 7 culture substrates formulated with peat,hill-skill soil,garden soil,mushroom residue and perlite at different volume ratios (T1(CK1):peat,T2(CK2):hill-skill soil,T3:V(garden soil)∶V(peat)=2∶1,T4:V(garden soil)∶V(hill-skill soil)=2∶1,T5:V(garden soil)∶V(hill-skill soil)∶V(mushroom residue)=2∶1∶1,T6:V(peat)∶V(hill-skill soil)∶V(mushroom residue)=2∶1∶1,and T7:V(peat)∶V(perlite)∶V(mushroom residue)=2∶1∶1).Nine indices from morphology,physiological and photosynthetic characteristics were selected for comprehensive evaluation.Then principal component analysis was conducted and subordinate function was used to calculate comprehensive evaluation values.These values were ranked and the best substrate was determined according to physical and chemical properties.【Result】 Physical and chemical properties of all substrates were within the ideal ranges for the growth ofP.japonicatissue-cultured seedlings except T4 with slightly higher bulk density and smaller aeration porosity and T1 with slightly lower pH.Single leaf area,number of new leaves,number of new leaves with sporangia,Chlorophyll content,net photosynthetic rate,and water use efficiency showed significant differences atP<0.05 orP<0.01 levels,while the height,crown width and specific leaf weight showed no significant difference (P>0.05).T3 had the highest comprehensive evaluation value of 0.924,followed by T7,T2,T5,T6,T4 and T1.【Conclusion】 The preferred culture substrate forP.japonicatissue-cultured seedlings wasV(garden soil)∶V(peat)=2∶1,which was simple to prepare and suitable to apply.

Phyllitisjaponica;tissue culture seedlings;culture substrate;principal component analysis;subordinate function

2013-12-09

國家“十二五”科技支撐計劃項目(2012BAD22B0401)；吉林省科技發(fā)展計劃項目(20110262)

趙 超(1987-)，男，山西太原人，在讀碩士，主要從事園林植物資源與種質創(chuàng)新研究。E-mail:barry.zc@163.com

董 然(1964-)，女，吉林敦化人，教授，博士，碩士生導師，主要從事長白山特色園林植物研究。 E-mail:Dongr999@163.com

時間:2015-03-12 14:17

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.04.016

S688.9

A

1671-9387(2015)04-0185-06

網絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150312.1417.016.html