茶树插穗生根率的影响因素及优化研究

谷美仪，宋发如，田 娜，黄建安,3，刘仲华,3，刘硕谦,3*

1. 湖南农业大学 园艺学院，湖南 长沙 410128；2. 国家植物功能成分利用工程技术研究中心，湖南 长沙410128；3. 教育部茶学重点实验室，湖南 长沙 410128

茶树短穗扦插因操作简单且成本不高，成为优良植株无性繁殖的重要方式[1]。茶树扦插发根主要受扦插基质、扦插时间、扦插温度、外源激素、茶树品种等因素的影响，目前大部分研究主要在土培扦插的基础上优化土壤、水分等条件，以提高茶树短穗扦插的生根率，加快插穗生根速度[2-5]。盛忠雷[6]研究表明适宜福鼎大白茶扦插枝条生长的最佳土壤温度在21℃～30℃，六个月后生根率可达到36%左右。吴淑平等[5]研究发现用泥炭土加泥沙土做处理使茶树插穗生根最快，9个月后生根率达到71.1%。柴红玲等[7]研究发现在适宜的生根剂浓度下，不同外源激素对扦插苗的生长具有一定的促进作用，其中NAA对插穗生根率影响最大，大约5个月后生根率可达60%～70%。

本试验通过单因素试验考察基质组成、环境温度、植物生长调控剂等因素对茶树插穗生根效率的影响。在此基础之上，采用响应面分析法分析各因素之间的相互作用关系，构建茶树插穗生根效率的数学模型，以期获得茶树插穗最佳生根培养条件，为缩短茶苗繁育周期、降低育苗成本、提高茶树良种推广速度提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料及培养条件

采穗母本为湖南农业大学茶叶研究所母本园中3龄碧香早茶树，选择生命力旺盛的当年生、2/3以上半木质化枝条，沿斜角45°剪下，保持上端切口平整，插穗不破裂，插穗长度约为4～5 cm，人工气候箱中培养，每天14 h的光照，光照强度15000 lx，空气相对湿度保持85%。

1.2 试验试剂

生根剂SGJ1、SGJ2、SGJ3、SGJ4和SGJ5， 由本实验室配制，主要成分NAA（萘乙酸）、IBA（吲哚乙酸）、GA（赤霉素）、2,4-D（二氯苯氧乙酸）和柳树新梢提取物。五种生根剂各成分配比分别为7∶2∶1∶0∶10、7∶1.5∶1∶0.5∶10、5∶1∶1∶0.5∶12.5、3∶1∶1∶0.5∶14.5和3 ∶1 ∶0.5 ∶0.5 ∶15。

1.3 单因素试验

考察基质含沙量（沙土比）、温度、生根剂种类、生根剂浓度、生根剂处理时间等因素对茶树插穗生根的影响，每组设3个平行试验，每组处理插穗60株。

1.3.1 含沙量影响试验

将黄心土和不同比例的河沙混合，含沙量分别为30%～100%，环境温度24℃。

1.3.2 温度影响试验

扦插基质为含沙量70%的黄土，温度分别设为 14℃～30℃。

1.3.3 生根剂种类影响试验

每组生根剂分别为试剂SGJ1、SGJ2、SGJ3、SGJ4和SGJ5，扦插基质为含沙量70%的黄土，生根剂浓度50 mg/L，环境温度24℃。

1.3.4 生根剂浓度影响试验

采用生根剂SGJ3，每组浓度分别为10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L 、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L、70 mg/L和80 mg/L。扦插基质为含沙量70%的黄土，环境温度24℃。

1.3.5 生根剂处理时间影响试验

采用50 mg/L的SGJ3生根剂分别处理茶树插穗切口 1～13 min（各处理以 1 min 为单位递增），扦插基质为含沙量70%的黄土，环境温度24℃。

1.4 响应面实验设计

在单因素试验基础上，以茶树插穗生根率（Y）为响应值，含沙量（A）,温度（B），生根剂浓度（C）和处理时间（D）为试验因素进行4因素3水平响应面分析[8]。根据Box-Behnken中心组合试验设计确定茶树插穗最佳生根条件，其试验因素及水平见表1。

表1 响应面实验因素水平Table 1 The response surface test factors level

1.5 数据分析

采用EXCEL2019和Design-Expert.v8.0.6.1进行绘图、统计分析与数据处理。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 含沙量对茶树插穗生根率的影响

结果表明（图1），在含沙量30%～70%茶树插穗生根率显著升高，且生根率在不同含沙量之间呈极显著差异。当含沙量为70%时，曲线达到最高点，生根率8周内达到52.22%。随含沙量增加，70%～100%含沙量生根率不具有显著差异，生根率则趋于平缓，略有下降。因此，选用含沙量70%的河沙和黄心土混合基质较为适宜。

图1 含沙量对茶树插穗生根率的影响Figure 1 Effects of sand content on rooting rate of tea cuttings

2.1.2 温度对茶树插穗生根率的影响

结果表明（图2），当温度为14℃时插穗生根率最低，生根率为9.44%。后随温度升高，生根率急剧上升。当温度为24℃时，生根率达到最高值，同最低、最高温之间存在显著差异，8周内生根率为53.33%。但当温度高于24℃时，随温度上升生根率反而下降。

图2 温度对茶树插穗生根率的影响Figure 2 Effect of temperature on rooting rate of tea cuttings

2.1.3 生根剂种类对茶树插穗生根率的影响

不同的生根剂效果相差显著，结果如图3所示。其中生根剂SGJ3作用效果最显著，生根率同其他生根剂存在显著差异，茶树插穗生根率最高，3周内达到73.33%；而生根剂SGJ2作用最低,插穗生根率仅为31.67%。

图3 不同生根剂对茶树插穗生根率的影响Figure 3 Effects of different rooting agent on rooting rate of tea cuttings

2.1.4 生根剂浓度对茶树插穗生根率的影响

结果表明（图4），生根剂浓度在10～50 mg/L，各浓度间存在显著差异，插穗生根率直线上升。50 mg/L时达到最高，生根率3周内可达73.33%。后随浓度增加生根率逐步下降。因此，选用生根剂SGJ3浓度为50 mg/L较为适宜。

图4 生根剂浓度对茶树插穗生根率的影响Figure 4 Effects of rooting agent concentration on rooting rate of tea cuttings

2.1.5 处理时间对茶树插穗生根率的影响

结果表明（图 5），1～9 min 内，生根率呈上升趋势，当切口处理时间为9 min时，插穗生根率达到最高，3周内达到85.56%。但超过9 min后，生根率之间不具有显著差异，且随处理时间的增加生根率略有下降。因此，9 min为最佳处理时间。

图5 处理时间对茶树插穗生根率的影响Figure 5 Effect of treatment time on rooting rate of tea cuttings

2.2 响应面法优化茶树插穗生根条件

2.2.1 方差分析及显著性检验

试验结果见表2。采用Design-Expert.V8.0.6软件对响应面试验结果进行多元回归分析，建立多元二次方程如下：

Y=88.59-0.19A+0.0888-0.19C+0.51D+ 0.24A×B-0.085A×C-0.040A×D-0.19B×C-0.85B×D-0.19C×D-0.92A2-0.83B2-1.34C2-1.65D2。以茶树插穗生根率为响应值，根据表2试验结果，对生根条件模型进行回归分析，结果见表3。

表2 响应面试验设计与结果Table 2 Design and results of the response surface test

由表3可知，该模型极显著（P< 0.0001）, 失拟项不显著（P= 0.08 > 0.05）, 表明拟合状况良好[9-10]。且方程决定系数R2=0.9841，CV = 0.24%，说明该模型可以解释98.41%茶树生根的变化，能很好反应真实的茶树插穗生根率。此外，信噪比 = 28.27 > 4，说明模型合理 ,试验可靠性高，可用于茶树插穗生根最佳条件的确定。由表3还可知，因素A、C、D、A2、B2、C2、D2、AB、BD、CD均对茶树插穗生根影响表现出了显著水平。由方差F值可知，4个因素对生根率的影响程度为：处理时间（D）>含沙量（A）>生根剂浓度（C）>温度（B）。

2.2.2 各因素及其交互作用分析

通过回归模型，可以得到各因素之间交互作用对茶树插穗生根率的等高线图和响应面立体分析图。由图6～图11可直观看出各因素间存在交互作用，其中处理时间对生根率的影响最为显著，表现为曲面陡峭；其次为含沙量和生根剂浓度，表现为曲线较平滑[11]，同表3分析结果吻合。

图6 含沙量(A)与温度(B)对茶树插穗生根率的交互作用的响应面（左）和等高线（右）Figure 6 Response surface (left) and contour (right) of interaction between sand content (A) and temperature (B) on rooting rate of tea cuttings

图7 含沙量(A)与生根剂浓度(C)对茶树插穗生根率的交互作用的响应面（左）和等高线（右）Figure 7 Response surface (left) and contour (right) of interaction between sand content (A) and rooting agent concentration (C) on rooting rate of tea cuttings

图8 含沙量(A)与处理时间(D)对茶树插穗生根率的交互作用的响应面（左）和等高线（右）Figure 8 Response surface (left) and contour (right) of interaction between sand content (A) and soaking time (D) on rooting rate of tea cuttings

图9 温度(B)与生根剂浓度(C)对茶树插穗生根率的交互作用的响应面（左）和等高线（右）Figure 9 Response surface (left) and contour (right) of interaction between temperature (B) and rooting agent concentration (C) on rooting rate of tea cuttings

图10 温度(B)与处理时间(D)对茶树插穗生根率的交互作用的响应面（左）和等高线（右）Figure 10 Response surface (left) and contour (right) of interaction between temperature (B) and soaking time (D) on rooting rate of tea cuttings

图11 生根剂浓度(C)与处理时间(D)对茶树插穗生根率的交互作用的响应面（左）和等高线（右）Figure 11 Response surface (lift) and contour (right) of interaction between rooting agent concentration (C) and soaking time (D) on rooting rate of tea cuttings

表3 回归模型的方差分析Table 3 Variance analysis of regression model

2.2.3 响应面验证试验

利用Design-Expert v8.0.6软件分析数据可得茶树插穗生根最佳条件为：基质含沙量69.45%、温度23.89℃、生根剂浓度54.33mg/L、切口处理时间8.41 min，预测最佳生根率为88.66%。为验证模型预测的准确性和可靠性，按照最佳生根条件并综合考虑生产实际，将温度参数修改为24℃，进行3次验证试验。结果表明，茶树插穗实际平均3周生根率为88.4%，与模型预测值非常接近，说明根据此模型得到的最佳生根条件是可靠的。

本试验为了与常规方法比较，设对照试验（采用常规扦插方法，黄土基质，未经处理，室温培养24℃），结果表明，第10周的生根率为83.6%、平均单株不定根数为2.7根。与常规方法相比，本试验建立的扦插方法大幅度缩短了育苗周期。此外，如图12所示，单株插穗的不定根数量也明显提高，单株不定根最多达到23根，平均单株的不定根数为5.9根，远高于常规方法。

图12 部分茶树插穗3周内生根情况（左）和根数较多的部分插穗（右）Figure 12 Rooting of some tea cuttings within 3 weeks (left) and some cuttings with large number of roots (right)

3 讨论

本试验考察了基质组成、环境温度、植物生长调控剂等因素对插穗生根效率的影响，在此基础之上，采用响应面分析法分析了各因素之间的相互作用关系,构建了茶树插穗生根效率的数学模型，获得了茶树插穗最佳生根的培养条件。

茶树扦插基质是决定扦插成功的关键, 土壤质地疏松、通气好, 扦插茶苗愈合发根快[12]。研究发现，基质含沙量为70%的黄心土更利于茶树插穗生根（图1）。温度对插穗的生根也有显著影响，温度在24℃时插穗生根率最高（图2），其原因可能是因为此时茶树插穗生长代谢最活跃，促进了营养物质和生长素的合成及传输，增加可溶性蛋白和可溶性糖含量，从而有效促进了根原基的形成[13-15]。低于或超过最适温度时，酶活性较低，生根率逐渐下降。同时也发现，生根剂对加快茶树插穗生根速度起到了决定作用，浓度为50 mg/L的生根剂SGJ3可以显著加快茶树插穗生根，将生根时间缩短到3周内（80%以上的插穗形成了不定根，图5）。本试验中使用的生根剂主要成分为柳树新梢提取物，可能含有促进植物组织生根的天然激素，从而有效促进茶树插穗生根。响应面分析发现，各因素可协同影响茶树插穗生根率，其中生根剂与基质对茶树插穗生根率的影响最大。另外，处理时间和浓度两者间的交互作用呈极显著（图11）。张明泽等[16]通过植物激素研究可使茶树插穗扦插5个月后生根率达到83.3%；孙绪聪等[17]研究发现，6个月后茶树扦插条生根率达到91.16%。王雪萍[18]等人通过对温度和光周期进行调控缩短了茶树插穗的生根时间，2个月后生根率达92.31%。本试验通过条件优化，将88.4%的茶树插穗生根时间缩短至3周内，大幅度加快了茶树插穗生根速度，提高了良种繁育效率。此外，在本试验的优化条件下，单株茶树插穗的不定根数也有了明显的提高，茶苗根系更加发达，对提高茶苗移栽的成活率以及茶树的抗性具有重要意义。

本试验研究显著提高了茶树插穗生根速度，对加速良种繁育、降低育苗成本有重要意义。但是，对于其促进茶树插穗生根的机理尚不完全清楚，有待于进一步深入研究。