对开蕨组培苗适宜栽培基质的筛选

赵 超，董 然，顾德峰，黄祥童，严海燕，包文慧，潘兰慧

(1 吉林农业大学 园艺学院，吉林 长春 130118；2 长白山科学研究院，吉林 二道白河 133613)

对开蕨组培苗适宜栽培基质的筛选

赵 超1，董 然1，顾德峰1，黄祥童2，严海燕1，包文慧1，潘兰慧1

(1 吉林农业大学 园艺学院，吉林 长春 130118；2 长白山科学研究院，吉林 二道白河 133613)

【目的】 筛选对开蕨组培苗的适宜栽培基质，为其推广栽培提供技术指导。【方法】 以3年生对开蕨组培苗为试材，在以草炭、山皮土、园土、菌渣和珍珠岩为材料按照不同比例配制的7种栽培基质[T1(CK1):草炭；T2(CK2):山皮土；T3：V(园土)∶V(草炭)= 2∶1；T4：V(园土)∶V(山皮土)=2∶1；T5：V(园土)∶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(珍珠岩)∶V(菌渣)=2∶1∶1]中进行试验，从植株的形态、生理和光合特性3个方面选取9项指标(株高、冠幅、单叶面积、新增叶片数、新增带孢子囊叶片数、比叶质量、叶绿素、净光合速率、水分利用率)综合考察评价，在此基础上对各生长指标进行主成分分析，再用隶属函数求出各处理的综合评价值，按该值对各基质排序，最后结合各基质配方的理化性质确定最佳基质。【结果】 各基质配方的理化性质基本均在适合对开蕨组培苗生长的理想范围之内，只有T4的体积质量略高，通气孔隙略小；T1的pH值略低。除株高、冠幅和比叶质量外，单叶面积、新增叶片数、新增带孢子囊叶片数、叶绿素、净光合速率和水分利用效率6项指标在不同基质处理间差异显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)。综合分析结果表明，T3处理的综合评价值最高，达到0.924，表明该基质配方较其他处理更适宜对开蕨组培苗生长，其余依次为T7、T2、T5、T6、T4和T1。【结论】 对开蕨组培苗的适宜栽培基质为V(园土)∶V(草炭)=2∶1，该基质配方简便易行，适合推广应用。

对开蕨；组培苗；栽培基质；主成分分析；隶属函数

对开蕨(PhyllitisjaponicaKom)别名东北对开蕨、日本对开蕨，为铁角蕨科(Aspleniaeeae)对开蕨属多年生常绿草本植物。对开蕨叶形独特优雅，四季常青，具有很高的观赏价值，且其全草可入药，具有消炎、止痛等功效[1]，是难得的集观赏和药用价值于一身的优良植物，极具保护研究价值。但由于自然繁殖力弱，加之原生境的破坏以及人为干扰，对开蕨已濒危灭绝，被列为国家二级珍稀濒危保护植物。顾德峰等[2]在2008年首次成功报道了对开蕨的离体快繁技术，这对实现其保护利用意义重大。

栽培基质是影响植物生长的重要因素之一。要筛选出某种植物的最适栽培基质，就必须从多角度进行综合分析，目前关于作物栽培基质的研究大部分只是依据所测数据进行简单的定量分析与比较，或用隶属函数法进行评价[3-5]，但由于评价指标较多，且指标间存在一定相关性，故分析结果也会存在片面性。岳桦等[6]曾对野生对开蕨引种苗的栽培基质进行了研究，认为其最适宜栽培基质配方为V(草炭土)∶V(珍珠岩)∶V(蛭石)∶V(河沙)=7∶1∶1∶1，最不适宜基质为V(草炭土)∶V(珍珠岩)∶V(蛭石)∶V(河沙)=5∶2∶2∶1。目前，关于对开蕨组培苗的栽培基质研究尚未见报道。本研究利用主成分分析法对对开蕨组培苗各栽培基质处理进行综合评价，这样可以在不损失或很少损失原有信息的前提下，将原来个数较多的指标转换成几个新的相互独立的主成分，在此基础上求出所有处理的每一个主成分值及相应的隶属函数值后进行加权，得到对开蕨在不同栽培基质上生长状况的综合评价值，筛选出最佳栽培基质。现将研究结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料来源于吉林农业大学园艺学院培养的3年生对开蕨组培苗，选取生长健壮、长势一致的材料进行试验。

试验所用基质原料有：草炭，购于吉林省黄泥河镇大川草炭开发公司；山皮土，2013年采自长春净月潭森林蒙古栎林下，为2～3 cm表层土；园土，来源于吉林农业大学园艺学院园林花卉实践基地；菌渣，来源于吉林农业大学食用菌教学实践基地；珍珠岩，购于吉林省长春市海军珍珠岩厂。山皮土、园土和菌渣等非商品材料的理化特性如表1所示。

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

1.2 试验设计

试验于2013-05-09在吉林农业大学园艺基地进行。以当前生产上常用的纯草炭基质为第1对照(T1(CK1))，以与对开蕨原生境土壤类似的山皮土基质为第2对照(T2(CK2))，其余基质配比方式如下：T3.V(园土)∶V(草炭)= 2∶1；T4.V(园土)∶V(山皮土)=2∶1；T5.V(园土)∶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(珍珠岩)∶V(菌渣)=2∶1∶1。

有机基质均腐熟后使用，所有基质上盆前均先用稀释1 000倍的多菌灵溶液进行喷施消毒。试验用苗均栽植于内径19 cm、高20 cm的塑料花盆内，培养于遮光率90%的遮荫棚下。经测定，试验期间棚内温度为18～30 ℃，最大光强6 800～7 500 lx，空气相对湿度40%～50%。每处理5盆，每盆1株，重复3次，即每个处理共15株，7个处理共105株，给予正常的水分管理。缓苗2个月后开始测定各项生长指标。

老陈居然没去注意我带去的那个纸盒，录音机正在播放《四郎探母》，音量似乎开到了最大。录音机的喇叭刺啦刺啦响，而老陈并不在意。于魁智的嗓音洪亮，行腔流畅，字字入耳。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 基质理化性质的测定 测定项目主要包括体积质量、总孔隙度、持水孔隙、通气孔隙、EC值和pH值，采用连兆煌等[7]的方法测定。

1.3.2 形态指标的测定 缓苗结束后，每处理选取3盆植株，每株选3片在试验处理期间萌发的新叶，采用数码相机拍照法[8]测定叶面积，在新叶完全展开时进行第1次测量，以后每10 d测定1次，直至被观测叶片面积无明显增长为止。试验处理3个月后，每处理选5盆植株测定株高、冠幅，株高为从根茎处至植株最高处的高度，冠幅采用十字交叉法取平均值，二者皆用钢卷尺测量，精确到0.1 cm。同时，统计各处理在试验期间新增的叶片数和带孢子囊叶片数。

1.3.3 生理指标的测定 试验处理3个月后，每处理选取3盆植株，每株各选3片成熟的功能叶分别测算比叶质量(Specific leaf weight,SLW)和叶绿素含量，其中SLW(mg/cm2)=叶片干质量/叶面积；叶绿素含量利用乙醇浸泡法[9]测定。

1.3.4 光合指标的测定 在8月中旬采用CIRAS-2型便携式光合仪，于晴朗无云的天气在上午10:00前后，使用开放气路，选择不同处理下未着生孢子囊的对开蕨组培苗成熟功能叶片(每处理3株，每株3片叶)，在固定光合有效辐射为600 μmol/(m2·s)的条件下，测定净光合速率(Pn，μmol/(m2·s))、蒸腾速率(Tr，mmol/(m2·s))，计算水分利用效率(WUE，μmol/mmol)：WUE=Pn/Tr。

1.4 数据处理与分析

首先用DPS v7.05软件对不同处理对开蕨组培苗各生长指标影响的显著性进行方差分析，对不同处理间差异显著者进行多重比较。再用SPSS 19.0 软件对各生长指标进行主成分分析，将累积贡献率达到85%以上的性状作为新的主成分，之后用隶属函数法求得不同基质处理下各主成分的隶属函数值，再根据各主成分的贡献率求出其权重，最后对不同处理各主成分的隶属函数值分别加权求和，得到各自的综合评价值，其值越大，说明该配方基质越适合对开蕨组培苗的生长。

2 结果与分析

2.1 不同处理基质的理化性质分析

表2 培养对开蕨组培苗的不同配方基质的理化性质Table 2 Physical and chemical properties of different substrates for Phyllitis japonica tissue-cultured seedlings

由表2可知，不同处理基质的体积质量差异较大，表现为T4>T5>T3>T2>T6>T1>T7，其中以草炭为主要成分的T1、T6、T7处理的体积质量明显较小，分别为体积质量最大的T4处理的18.2%，34.9%和16.4%。多数研究表明，基质体积质量在0.1～0.8 g/cm3时更利于植物生长[11-13]，本试验中除T4(0.981 g/cm3)、T5(0.885 g/cm3)处理略超出这一范围外，其余基质体积质量均在该范围内。总孔隙度是反映基质通气、保水状况的指标，一般认为在54%～96%时较好[6,10]，本试验中只有T4处理的总孔隙度(52.17%)略小，其余各处理均在60%左右，在理想范围之内。另外，理想基质的持水孔隙为40%～75%[11]，通气孔隙为20%左右，大小孔隙比为1∶2～1∶4[14]。本试验中各处理的这3项指标基本均在相应的范围内，只有T4的通气孔隙(12.00%)相对较小，可能会对植物根系呼吸造成一定的不利影响。EC值可以反映基质中可溶性盐溶液的浓度和营养水平，其值太低表明营养不足，太高又会导致盐害，本试验中各处理的EC值均小于1 mS/cm，在适宜植物生长的理想范围(<2.5 mS/cm)之内[13]。各处理基质的pH相差不大，均在5.0～6.0，呈弱酸性，适合对开蕨组培苗的生长[15]。

2.2 不同处理基质对对开蕨组培苗生长、生理和光合特性的影响

栽培基质对植物生长的影响是多方面的，故本试验从形态、生理和光合特性等方面选取9项指标对其进行综合评价。由表3可以看出，在不同处理基质间，除株高、冠幅、比叶质量和蒸腾速率无显著差异外，其余各项指标的差异均达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平。在不同评价指标下，各基质的排序也不尽相同，从单叶面积来看， T6>T3>T2>T7>T4>T5>T1；从新增叶片数来看， T3>T7>T5>T2>T6>T1>T4；从新增带孢子囊叶片数来看，T2>T3>T6>T7>T5>T1>T4；从叶绿素含量来看，T3>T4>T7>T2>T5>T1>T6；从净光合速率来看，T5>T3>T7>T6>T1>T4>T2；从水分利用效率来看，T5>T3>T6>T1>T7>T4>T2。

表3 不同基质处理对对开蕨组培苗生长、生理和光合特性指标的影响Table 3 Effects of different substrate formulas on growth,and physiological and photosynthetic characteristics of Phyllitis japonica tissue-cultured seedlings

注：表中数据为“平均值±标准差”；同列数据后标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，标不同大写字母表示差异极显著(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 不同处理基质各项生长指标的主成分分析

对除蒸腾速率外的9个单项指标进行主成分分析，结果如表4所示。由表4可知，前4个主成分的累积贡献率已达95.04%，代表了绝大部分信息，因此其余指标可忽略不计，这样就将原来9个单项指标转换为4个新的相互独立的主成分，同时根据各主成分贡献率的大小还可知其相对重要性。

主成分1的主要组分为净光合速率(0.511)、水分利用效率(0.504)和新增叶片数(0.458)，主要反映植株的光合特性，代表了原始数据信息量的30.96%；主成分2的主要组分为株高(0.554)、单叶面积(0.496)和新增带孢子囊叶片数(0.404)，主要反映植株的形态特征，代表了原始数据信息量的28.80%；主成分3的主要组分为叶绿素(0.507)和比叶质量(-0.489)，主要反映植株的生理特性，代表了原始数据信息量的23.10%；主成分4的主要组分为冠幅(0.801)，代表了原始数据信息量的12.17%。

在各项生长指标值及主成分特征向量基础上，可分别求出每一处理基质的4个主成分值[CI(x)]，见表5。在同一综合指标中，CI(x)越大表明某一基质处理下的对开蕨组培苗在这一主成分上的表现越好，反之则越差。

表4 不同基质处理对开蕨组培苗各指标的特征向量及贡献率Table 4 Eigenvectors and contributions of synthetic indexes of Phyllitis japonica tissue-cultured seedlings with different substrate formulas

2.4 不同处理基质的综合评价

由于4个主成分在评价各处理基质时的侧重不同，因此需要用隶属函数法再次对其进行评价。运用公式μ(xj)=(xj-xmin)/(xmax-xmin)求得各主成分的隶属函数值μ(x)，其中xj表示第j个主成分值，xmin表示第j个主成分的最小值，xmax表示第j个主成分的最大值。由表5可知，在主成分1中，T3的μ(1)值最大，T2的最小，说明在这一评价指标中T3表现最好，T2最差；同理，在主成分2中，T6表现最好，T4最差；在主成分3中，T2表现最好，T5最差；在主成分4中，T3表现最好，T7最差。

根据各主成分的贡献率大小可分别求出各自的权重。经计算，第1，2，3，4主成分的权重分别为0.326，0.303，0.243和0.128。对不同处理基质的各主成分隶属函数值分别加权Y(x)后求和，即可得到各处理的综合评价值(D值)，根据D值大小进行排序，结果见表5。由表5可知，T3处理的D值(0.924)最大，比排在第2的T7(0.549)高68.3%，说明从多方面综合分析，对开蕨组培苗在T3基质中生长最好，且优势明显，其次依次为T7、T2、T5、T6、T4和T1。

表5 各对开蕨组培苗培养基质处理的综合指标值CI(x)、隶属函数值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 讨论与结论

要从多种基质中选出适宜植物组培苗生长的栽培基质，就需要从植物的多方面生长指标来综合观测分析，用主成分分析法将原来多个彼此关系错综复杂的指标转换成数个彼此相互独立的主成分[16-17]，再利用隶属函数法进行综合评价，二者结合会使结果更加科学可靠[18]。这些主成分既能多方面地反映原指标的信息，又能将差异不明显的各原指标信息集中表现出来，而且根据主成分贡献率的大小还可以了解其相对重要性[19]。

本研究将原来的9个单项指标综合成4个相互独立的主成分，克服了信息的重叠与指标的相关性，同时利用各主成分的相对重要性进行加权，避免了人为确定权重的主观性，在此基础上得到的综合评价值(D值)因为是一个在[0,1]闭区间上的纯数，因而使各处理基质间具有了可比性。根据D值的大小就可以较准确地对对开蕨组培苗在不同基质上的栽培适应性进行排序，挑选出最适宜其生长的基质配方。从分析结果可以看出，T2～T7的D值均高于以纯草炭为基质的T1，原因可能是T1的pH仅为5.1，在7种基质中最低，因酸性过强而对植物生长不利，从而导致其综合评价值最低。由此可知，当前生产中大部分以纯草炭作为对开蕨组培苗栽培基质的方法是欠妥的，如果在其中混以其他中性或偏碱性的基质来略微提高pH值，则会更有利于对开蕨组培苗的生长。

T2处理的D值排在第3位，虽然其比较适合对开蕨组培苗的生长，但由于山皮土资源有限，大量开采会对森林生态环境造成破坏，因此也不适合推广应用。而且综合来看，排在前2位的T3、T7处理均更适合对开蕨的生长，完全可以取代T2处理。

T4处理中植株生长较差的原因可能是由于基质体积质量过高(0.981 g/cm3)，超过了理想基质的体积质量范围(0.1～0.8 g/cm3)。体积质量过大不仅不便于生产中的操作和管理，还会导致通气孔隙和持水孔隙不能很好协调，有碍植株根系生长[13]。

添加了菌渣的T5、T6、T7处理，除T7比较适宜对开蕨组培苗的生长外，T5和T6的得分排名均比较靠后，尽管这2种基质的各种物理性质都比较理想，但最终的植株质量较差。其原因可能是菌渣与山皮土混合后有机物质含量过高，而这些有机组分的降解会导致基质温度持续较高，从而对对开蕨组培苗的生长造成了不利影响，这与任爽英等[5]对东方百合栽培基质的研究结果一致。

本研究结果表明，T3处理的D值最高，说明以V(园土)∶V(草炭)=2∶1的基质配方较其他配方更适宜对开蕨组培苗的生长，使其株高、冠幅、单叶面积、新增叶片数和叶绿素含量等均明显优于其他处理。另外，东北地区草炭资源丰富，获得成本较低，因此T3配方简便易行，操作管理容易，可在将来对开蕨的工厂化育苗中推广应用。

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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

国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAD22B0401)；吉林省科技发展计划项目(20110262)

赵 超(1987-)，男，山西太原人，在读硕士，主要从事园林植物资源与种质创新研究。E-mail:barry.zc@163.com

董 然(1964-)，女，吉林敦化人，教授，博士，硕士生导师，主要从事长白山特色园林植物研究。 E-mail:Dongr999@163.com

时间:2015-03-12 14:17

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.04.016

S688.9

A

1671-9387(2015)04-0185-06

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