欧洲鹅耳枥水培营养液适用效果比较研究

火 艳，张慧会，祝遵凌，2*

(1.南京林业大学风景园林学院，南方现代林业协同创新中心，江苏 南京 210037；2.南京林业大学艺术设计学院，江苏 南京 210037)

欧洲鹅耳枥(Carpinusbetulus)为桦木科鹅耳枥属落叶阔叶乔木，树冠丰满、枝叶浓密、质地细腻、秋季色叶金黄、果穗黄褐色，且抗寒、耐盐、耐贫瘠、适应性广、病虫害少，国外广泛应用于园林、道路绿化及生态防护[1-5]，国内因缺乏欧洲鹅耳枥苗木而应用不多。欧洲鹅耳枥欧种子具有休眠性，即使经过层积处理，种子的发芽率也低于60%[6]。Maynard等[7]对欧洲鹅耳枥扦插苗进行解剖学研究发现，次生木质部与韧皮部越宽、周皮越厚、石细胞越多，其扦插生根能力越弱。经黄化、绑扎及生长素处理后生根率可增加，但扦插繁殖生根时间长[7-8]。本课题组在对欧洲鹅耳枥引种驯化过程中发现扦插生根困难，且夏季扦插极易污染。

植物水培生根繁殖是以营养液作基质扦插繁殖花木，并使之产生新根成为独立植物体的方法[9]，栽培过程高效、清洁，还适合观赏根系。营养液是水培植物根部赖以生存的重要环境，其中适宜的矿质离子配比和pH调控是水培的关键性技术[10-11]。因此，本研究通过不同营养液种类及其浓度、pH，以及自行配制的营养液配方进行欧洲鹅耳枥水培扦插生根试验，比较扦插苗生长特性及生理指标的变化，寻求适合欧洲鹅耳枥水培的营养液类型，以期为欧洲鹅耳枥的扩繁生产及推广应用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料及营养液配制

试验材料是以树龄为15 a的欧洲鹅耳枥2～3年生硬枝茎段为插穗，经过8周的硬枝水插生根后得到的水培苗。

常用营养液为Hoagland &Anon通用配方(1938)、日本园试配方(1966)、Hewitt通用配方(1952)；欧洲鹅耳枥专用营养液为自制(专用配方1见文献[12])。

营养液的配制方法：按配比，取四水硝酸钙配制成50倍母液a，取硝酸钾、七水硫酸镁、磷酸二氢铵配制成50倍母液b，取EDTA-铁、硼酸、硫酸锰、七水硫酸锌、五水硫酸铜、钼酸铵配制成100倍母液c，取柠檬酸配制成1 mol/L母液d；取NaOH配制成1 mol/L母液e。在容器中加入蒸馏水至所需体积的1/2时，先将母液a倒入容器中搅拌均匀，然后将母液b倒入容器中搅拌均匀，再将母液c倒入容器中搅拌，待均匀后，继续加入蒸馏水达到总体积的4/5左右，用母液d和母液e调节溶液pH并继续搅拌，直至pH为6.5～7.5；最后加蒸馏水至所需体积。

微量元素为：20 mg/L的NaFe-EDTA、2.86 mg/L的H3BO3、1.61 mg/L的MnSO4·H2O、0.22 mg/L的ZnSO4·7H2O、0.08 mg/L的CuSO4·5H2O和0.02 mg/L的(NH4)6·Mo7O24·4H2O。

1.2 试验设计

1) 常用营养液正交试验。常用营养液正交试验从营养液的种类(A)、浓度(B)、pH(C)3方面研究对水培苗生长的影响。采用3因素3水平的正交试验设计。营养液种类的3水平A1、A2、A3为Hoagland &Anon通用配方1938、日本园试配方1966和Hewitt通用配方1952，营养液浓度3水平B1、B2、B3为1、1/2、1/4，pH的3水平C1、C2、C3为5.5、6.5、7.5。

每处理14个枝条，重复3次。水培苗固定于EPS泡沫板，置于通气的营养液中，室内培养温度25～26 ℃，每2周换水1次。

2)欧洲鹅耳枥专用营养液试验。欧洲鹅耳枥专用营养液试验采用单因素方法，对比欧洲鹅耳枥水培苗在自行研制的欧洲鹅耳枥水培苗专用配方1、专用配方2与A3B3C2营养液中的形态与生理指标，每处理3个重复，每重复14株植株。水培苗固定于EPS泡沫板，置于通气的营养液中，室内培养温度25～26 ℃，每2周换水1次。

1.3 指标测定与数据处理

欧洲鹅耳枥水培苗培养60 d后统计存活率、叶片数、平均根数、平均二级根数、根鲜质量，测定其根的根系活力、可溶性糖含量、淀粉含量、可溶性蛋白含量、POD活性。可溶性糖含量(mg/g)和淀粉含量(mg/g)采用蒽酮比色法[13]，可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝染色法[13]，POD活性(U/g)采用愈创木酚法[14]，根系活力[μg/(g·h)]采用TTC比色法[15]测定。

试验结果采用SPSS 软件统计分析。方差齐性检验后多样本均数比较采用单因素方差分析，均数间两两比较采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 常用营养液正交处理对欧洲鹅耳枥水培苗生长的影响

2.1.1 生根形态指标及其相关性分析

采用常用营养液进行水培试验，欧洲鹅耳枥茎段生根情况见表1。由表1可知，营养液为1/4浓度、pH 7.5的Hoagland &Anon通用配方(A1B3C3)时，水培苗生根存活率最高，为92.86%；营养液为1/4浓度、pH 5.5的日本园试配方(A2B3C1)时，叶片数增加最多，为1.63；营养液为1/4浓度、pH 6.5的Hewitt通用配方(A3B3C2)时，平均根数最多，为4.40；且平均二级根数亦最多，为25.90；营养液为1倍浓度、pH 7.5的Hewitt通用配方(A3B1C3)时，根鲜质量最大，为0.44 g。

多重比较结果显示(表2)，最适合提高存活率的营养液为1/4浓度、pH 7.5的Hewitt通用配方(A3B3C3)，提高叶片数的营养液为1/4浓度、pH 5.5的Hoagland &Anon通用配方(A1B3C1)和1/4浓度、pH 5.5的Hewitt通用配方(A3B3C1)，提高平均根数的营养液为1/4浓度、pH 6.5的Hewitt通用配方(A3B3C2)，提高平均二级根数的营养液为1/4浓度、pH 7.5的Hewitt通用配方(A3B3C3)，提高根鲜质量的营养液为含有Hewitt通用配方(A3)或Hoagland &Anon通用配方(A1)的组合。

表1 常用营养液处理下欧洲鹅耳枥水培苗的形态指标Table 1 Results of morphological indexes of hydroponic seedling of Carpinus betulus under ordinary nutrient solution treatment

表2 常用营养液处理各因子对欧洲鹅耳枥水培苗形态指标影响的多重比较Table 2 Multiple comparisons for morphological indexes on hydroponic seedling of C.betulus under different ordinary nutrient solution treatment

综合各形态指标的多重比较分析可知，理论上，最适合欧洲鹅耳枥水培苗生长的营养液配方是1/4浓度的Hewitt通用配方(A3B3)；从存活率、平均二级根数、根鲜质量分析，营养液在pH 7.5时最佳，但从叶片数分析，在pH 5.5时最佳，从平均根数分析，在pH 6.5时最佳。

在常用营养液正交处理下，欧洲鹅耳枥水培苗的存活率与叶片数、平均根数、平均二级根数之间存在极显著的相关性(表3)，说明叶片能否保留是欧洲鹅耳枥水培苗存活的基础，根系各部分的数量也决定水培苗的存活率。根鲜质量与存活率存在显著的相关性，说明根系质量是存活的关键。综上所述，根系的数量、质量，以及叶片量是欧洲鹅耳枥水培苗存活的重要保证。

表3 常用营养液处理的欧洲鹅耳枥水培苗形态指标相关性分析Table 3 Correlation analysis for morphological indexes of hydroponic seedling of C.betulus under ordinary nutrient solution treatment

2.1.2 生根生理指标及其相关性分析

常用营养液正交处理下，欧洲鹅耳枥水培苗生理指标的变化见表4。由表4可知，营养液浓度为B1水平、pH 5.5的Hoagland &Anon通用配方(A1B1C1)和浓度B3水平、pH 5.5的日本园试配方(A2B3C1)时，水培苗可溶性糖含量最高，为0.12 mg/g；营养液为1/2浓度、pH 7.5的日本园试配方(A2B2C3)时，淀粉含量最高，为3.04 mg/g；营养液为1/2浓度、pH 5.5的Hoagland &Anon通用配方(A1B2C1)时，可溶性蛋白含量最高，为49.00 mg/g；营养液为1/4浓度、pH 7.5的Hoagland &Anon通用配方(A1B3C3)时，POD活性最低，为40.00 U/g；营养液为1/2浓度、pH 6.5的Hoagland &Anon通用配方(A1B2C2)时，根系活力最高，为49.00 μg/(g·h)。

多重比较结果显示(表5)，最适合提高水培苗可溶性糖含量的营养液为pH 5.5的Hoagland &Anon通用配方(A1C1)或pH 5.5的Hewitt通用配方(A3C1)的组合，最适合提高淀粉含量的营养液为含有Hewitt通用配方(A3)或日本园试配方(A2)的组合；最适合提高可溶性蛋白含量的营养液为pH 5.5的Hewitt通用配方(A3C1)或pH 7.5的Hewitt通用配方(A3C3)组合；最适合降低POD活性的营养液为含有Hewitt通用配方(A3)或Hoagland &Anon通用配方(A1)，以及含有pH 5.5(C1)或pH 7.5(C3)的组合；最适合提高根系活力的营养液为含有Hewitt通用配方(A3)或Hoagland &Anon通用配方(A1)，以及1/2浓度(B2)或1/4浓度(B3)的组合。

表4 常用营养液处理下欧洲鹅耳枥水培苗生理指标的变化Table 4 Results of physical indexes of hydroponic seedling of C.betulus under ordinary nutrient solution treatment

表5 常用营养液处理各因子对欧洲鹅耳枥水培苗生理指标影响的多重比较Table 5 Multiple companisons for rooting indexes of hydroponic seedling of C.betulus under ordinary nutrient solution treatment

综合各生理指标的多重比较可知，理论上，最适合欧洲鹅耳枥水培苗生长的营养液配方是1/4浓度的Hewitt通用配方(A3B3)。其中：从可溶性糖含量、淀粉含量、可溶性蛋白含量、POD活性和根系活力分析，Hewitt通用配方促使可溶性糖含量、淀粉、可溶性蛋白含量增加，降低了POD活性并升高了根系活力，说明Hewitt通用配方有利于插穗营养物质的积累，且抗逆反应小；从营养液浓度方面分析，1/4低浓度有利于根系活力的增加；从营养液pH方面分析，pH 5.5或pH 7.5有利于提高可溶性糖和可溶性蛋白含量，降低POD活性。

常用营养液处理下，欧洲鹅耳枥水培苗生根生理指标相关性分析见表6，结果表明，可溶性糖含量与淀粉含量之间存在极显著负相关，是由于可溶性糖与淀粉可相互转化；可溶性蛋白含量与POD活性之间存在极显著负相关，说明可溶性蛋白含量与水培苗的抗性反应呈极显著拮抗；可溶性糖与POD活性存在显著负相关，说明可溶性糖含量与水培苗的抗性反应呈显著拮抗；淀粉与POD活性存在显著相关，说明淀粉含量与水培苗的抗性反应关系密切，表现为相互促进。

表6 常用营养液处理下欧洲鹅耳枥水培苗生根生理指标相关性分析Table 6 Correlation analysis for rooting physiological indexes of hydroponic seedling of C.betulus under ordinary nutrient solution treatment

2.2 专用营养液处理对欧洲鹅耳枥水培苗生长的影响

2.2.1 生根形态指标的比较

专用营养液处理下，欧洲鹅耳枥水培苗生长的形态指标见图1。

图1 不同营养液对欧洲鹅耳枥水培苗形态指标的影响Fig.1 Effects of different nutrient solutions on morphological indexes of hydroponic seedling of C.betulus

专用配方1处理下水培苗的存活率显著高于A3B3C2和专用配方2的存活率；专用配方1的叶片数与A3B3C2的叶片数没有显著差异，两者显著高于专用配方2的叶片数；A3B3C2的平均根数显著高于专用配方1的平均根数，专用配方1的平均根数显著高于专用配方2的平均根数；专用配方1的根鲜质量与A3B3C2、专用配方2的根鲜质量没有显著差异。综合存活率、叶片数、根鲜质量来看，欧洲鹅耳枥水培苗适合在专用配方1中生长，但从平均根数看，欧洲鹅耳枥水培苗适合在A3B3C2配方处理下生长。

2.2.2 生根生理指标的比较

图2 不同营养液对欧洲鹅耳枥水培苗生理指标的影响Fig.2 Effects of different nutrient solutions on physiological indexes of hydroponic seedling of C.betulus

专用营养液水培试验中欧洲鹅耳枥水培苗生理指标的变化见图2。专用配方1处理的可溶性糖含量显著高于A3B3C2和专用配方2处理的可溶性糖含量。专用配方1处理的可溶性蛋白与A3B3C2、专用配方2的可溶性蛋白没有显著差异。专用配方1处理的POD活性显著低于A3B3C2和专用配方2的POD活性。专用配方1处理的根系活力显著高于A3B3C2和专用配方2的根系活力。综合4项生理指标来看，专用配方1处理的可溶性糖含量、根系活力显著性水平均为最高，POD活性显著性水平最低，说明欧洲鹅耳枥水培苗在专用配方1中营养积累多且生理活性高。

3 讨 论

常用营养液正交筛选试验的目的是筛选适合欧洲鹅耳枥水培苗生长发育的常用营养液配方，综合形态指标和生理指标分析发现，1/4浓度的Hewitt通用配方为正交试验筛选出的理论最佳常用营养液配方。将1/4浓度的Hewitt通用配方与自行配制的专用配方1、专用配方2做对比，综合存活率等重要形态指标和生理指标发现，专用配方1是最适合欧洲鹅耳枥水培苗存活、生长及营养积累的营养液配方，可用于欧洲鹅耳枥水培苗育苗生产及进一步生理生化试验研究[16-17]。

营养液是水培植物赖以生存的生长发育环境，不同种类、浓度及pH的营养液对水培植物产量、品质及观赏性状有较大的影响[18-19]。多种绿叶蔬菜、花卉及木本植物的无土栽培曾采用Hoagland &Anon配方、日本园试配方、Hewitt通用配方，以及自行配制的专用配方等[20]。安娜等[21]发现Hewitt通用配方使雾培番茄(Solanumlycopersicum)植株的长势更为旺盛，其茎粗、根系长度、根系体积、根冠比、叶绿素含量等指标最大；石磊等[22]发现长寿花(Kalanchoeblossfeidiana)在Hoagland&Anon配方中生长良好并具有较好的观赏价值，且在1/4浓度中有最强的分生能力；丁文雅等[19]发现是华南农大叶菜B营养液适合生菜(Lactucasativa)的气雾栽培，而英国Hewitt通用配方和日本山崎配方不适合生菜的气雾栽培。本研究发现，理论上，适合欧洲鹅耳枥水培苗生长的常用营养液为Hewitt通用配方，这与对雾培番茄[21]、无花果(Ficuscarica)[23]等的研究结果一致，其原因可能与Hewitt通用配方以硝态氮为唯一氮源且含钙量较其他营养液更高有关[24]。同时，本研究也发现，最适合欧洲鹅耳枥水培苗生长的营养液为自行配制的专用配方1，其可促进营养物质的积累，降低抗逆反应，使得根生长状况良好，为欧洲鹅耳枥的育苗生产及进一步生理生化研究奠定了基础。

大量研究发现，高浓度的营养液会抑制水培植物的生长发育[24-25]。王瑞等[18]发现，水培菠菜(Spinaciaoleracea)在1/8 倍浓度的营养液处理下硝酸盐显著较低，在1/2 浓度的园试配方中产量最高。别之龙等[11]发现，1/2浓度的营养液浓度处理下生菜地上部和根的鲜质量、叶长和叶宽最大，而2倍浓度处理下上述指标最小。本研究发现，与很多水培植物表现一致，欧洲鹅耳枥水培苗在低浓度(1/4浓度)的营养液中生长状况最好，存活率、叶片数、平均根数、平均二级根数、根鲜质量较其他浓度都为最高，而在高浓度中生长状况不佳。这可能是由于高浓度营养液的高电导率(EC)值会导致植物根系周围出现渗透胁迫，加速了细胞膜受伤害，降低了根系活力，最终抑制了植物的生长发育[25-27]，这与本试验中生理指标根系活力的结论一致。水培试验的检测指标分为形态指标与生理指标两类，形态指标能较直接地反映水培苗的生长状态，而生理指标是植物体内物质代谢、细胞结构，以及各种保护酶系统抗逆境系统的体现[28]，它的数值更为精确、有针对性。因此，将形态指标与生理指标相结合，在观察表相的同时监测其生理变化，才能对水培植物在不同营养液中的生长发育做出较为准确的评价。本研究综合各形态及生理指标，认为1/4浓度是适合欧洲鹅耳枥水培苗的常用营养液浓度。

营养液的pH影响植物对营养元素的吸收，低pH有利于阴离子的吸收，高pH有利于阳离子的吸收。前人研究发现，水培植物营养液的pH大多为6.0～6.5[29-31]，这与本研究结果不完全一致。张仲新等[29]研究发现，含羞草(Mimosapudica)在pH为6.0的营养液中其鲜质量、株高、冠幅、叶片数和侧枝数等形态指标及叶绿素、丙二醛等生理指标均优于其他pH处理。廖静[30]研究发现，广东万年青(Aglaonemamodestum)最适合的营养液pH为6.5，鹅掌柴(Scheffleraoctophylla)最适合的营养液pH为6.3，吊竹梅(Tradescantiazebrina)最适合的营养液pH为6.3。翁忙玲等[31]发现，在营养液pH 6.0条件下，山葵(WasabijaponicaMatsum)平均根茎鲜质量最高，且叶绿素含量和净光合速率显著高于其他偏酸或偏碱的处理。本研究结果表明，欧洲鹅耳枥水培苗在pH 7.5的营养液中，存活率、平均二级根数、根鲜质量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量较其他pH条件下高，POD活力较其他pH条件下低。对中国石竹(Dianthuschinensis)的水培研究发现，其在偏碱性的营养液中生长最佳[32]，本研究中欧洲鹅耳枥水培苗在偏碱性的水生环境下形态指标与生理指标都较高，这可能与欧洲鹅耳枥有一定的耐盐性有关[4]，其生理机制还有待进一步研究[33]。