王歡妍，雷 艷，何長(zhǎng)征

（1. 懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 懷化 418000；2. 湘西自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，湖南 吉首416000；3. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

基于單形格子設(shè)計(jì)的馬鈴薯微型薯繁育基質(zhì)配方研究

王歡妍1，雷 艷2，何長(zhǎng)征3

（1. 懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 懷化 418000；2. 湘西自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，湖南 吉首416000；3. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

試驗(yàn)采用盆栽法，用混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)中{3，3}單形格子設(shè)計(jì)，建立繁育馬鈴薯微型薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基質(zhì)配比模型，根據(jù)試驗(yàn)馬鈴薯的單株塊莖重、單株塊莖數(shù)、單塊莖重、合格薯率、大中薯率，分析優(yōu)化菌渣、河沙、珍珠巖3種基質(zhì)的配比。研究表明，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的馬鈴薯微型薯繁育基質(zhì)配比為45.60%∶30.02%∶24.38%。

馬鈴薯微型薯；繁育基質(zhì)；基質(zhì)配方；單形格子設(shè)計(jì)

在中國(guó)，馬鈴薯種薯生產(chǎn)的主要途徑是利用脫毒試管苗在溫室采用無(wú)土栽培技術(shù)進(jìn)行馬鈴薯微型薯生產(chǎn)，從而建立各級(jí)脫毒種薯的良繁體系。屈冬玉等[1]、祝紅藝等[2]、楊春等[3]以無(wú)土栽培常用基質(zhì)草炭、蛭石等為試驗(yàn)材料，對(duì)馬鈴薯微型薯繁育基質(zhì)的配方展開(kāi)了研究。然而草炭主產(chǎn)于北方地區(qū)，在南方地區(qū)使用草炭作為無(wú)土栽培基質(zhì)無(wú)形之中增加了馬鈴薯微型薯的成本，嚴(yán)重阻礙其推廣應(yīng)用。

中國(guó)是食用菌生產(chǎn)大國(guó)，每年大量的菌渣或就地堆置，或直接施入田中，這樣的處理方式不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，還造成農(nóng)業(yè)有機(jī)資源的巨大浪費(fèi)。近年來(lái)，南方地區(qū)將菌渣進(jìn)行簡(jiǎn)單發(fā)酵處理后用作馬鈴薯微型薯的繁育基質(zhì)，不僅取材方便、減少污染，而且還降低馬鈴薯微型薯的生產(chǎn)成本[4]。選用菌渣、河沙、珍珠巖為3種取材方便、價(jià)格低廉的試驗(yàn)材料，應(yīng)用混料設(shè)計(jì)中{3，3}單形格子設(shè)計(jì)方法，建立繁育馬鈴薯微型薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基質(zhì)配比模型，對(duì)基質(zhì)配方進(jìn)行探索研究，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供可靠的試驗(yàn)基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為湖南省馬鈴薯工程技術(shù)中心提供的費(fèi)烏瑞它（Favorita）馬鈴薯脫毒試管苗。

供試基質(zhì)為食用菌菌渣、河沙和珍珠巖，其中食用菌菌渣為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食用菌研究所教學(xué)實(shí)習(xí)時(shí)種平菇留下的菌渣，主要成分為棉籽殼，在使用前將菌渣堆成堆，加水濕透蓋上塑料布堆漚1個(gè)月后過(guò)篩、晾曬；此外，河沙和珍珠巖均為市售。

1.2 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

2013年2月26日將馬鈴薯脫毒試管苗移栽至湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)智能溫室內(nèi)，5月15日收獲。2013年12月9日根據(jù)試驗(yàn)優(yōu)化的基質(zhì)配比進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)（mixture experiment design）中的{3，3}單形格子設(shè)計(jì)（simplex lattice design），共10個(gè)處理，菌渣、河沙、珍珠巖根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法按體積比混配，加入固體肥料作肥源?；|(zhì)中固體肥料的施入量為氮磷鉀復(fù)合肥2 kg/m3，鈣鎂磷肥3 kg/m3。各基質(zhì)配比組合方案見(jiàn)表1。

表1 {3，3}單形格子設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選取長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)一致的馬鈴薯試管苗進(jìn)行移栽，采用盆栽法，栽培盆規(guī)格為32 cm×24 cm×12 cm，每盆基質(zhì)定植12株試管苗，每個(gè)處理重復(fù)3次。收獲時(shí)調(diào)查統(tǒng)計(jì)植株產(chǎn)量方面等相關(guān)指標(biāo)。各處理施肥及病蟲(chóng)害防治均按照馬鈴薯微型薯生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程統(tǒng)一進(jìn)行。

1.4 研究?jī)?nèi)容與方法

1.4.1 植株結(jié)薯情況測(cè)定方法 收獲時(shí)調(diào)查統(tǒng)計(jì)各混合基質(zhì)中植株繁育出馬鈴薯微型薯的數(shù)量、大小及其產(chǎn)量指標(biāo)（單株塊莖重、單株塊莖數(shù)、單塊莖重、合格薯率、大中薯率）。根據(jù)馬鈴薯微型薯塊莖大小進(jìn)行分級(jí)：＜1 g為不合格薯，1～3 g（含1 g）為小薯，3～5 g（含3 g）為中薯，≥5 g為大薯。

1.4.2 基質(zhì)配比的優(yōu)化 根據(jù){3，3}單形格子設(shè)計(jì)理論分析研究菌渣、河沙和珍珠巖3種繁育基質(zhì)不同配比組合與馬鈴薯微型薯產(chǎn)量之間的關(guān)系，應(yīng)用{3，3}設(shè)計(jì)模型參數(shù)計(jì)算公式[5]建立相應(yīng)的Scheffe回歸模型；對(duì)Scheffe回歸模型進(jìn)行回歸式的顯著性檢驗(yàn)，采用頻數(shù)分析法對(duì)Scheffe回歸模型進(jìn)行解析優(yōu)化[6]。

1.4.3 數(shù)據(jù)處理 應(yīng)用DPS 12.0和Microsoft Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；對(duì)不同基質(zhì)配比組合及相應(yīng)的產(chǎn)量理論值進(jìn)行分組[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 基質(zhì)配比的優(yōu)化按{3，3}單形格子設(shè)計(jì)的基質(zhì)配比栽培馬鈴薯試管苗，得到不同基質(zhì)配比下馬鈴薯微型薯的產(chǎn)量（表2）。

2.1.1 Scheffe回歸模型的建立 對(duì)于{p，3}單形格子設(shè)計(jì)的Scheffe多項(xiàng)式模型為[8]：

式中：bj、bhj、γhj、bhjk為回歸系數(shù)。由單形格子設(shè)計(jì)的特征可知，各回歸系數(shù)可以表示為相應(yīng)試驗(yàn)點(diǎn)上試驗(yàn)值的簡(jiǎn)單線性組合。對(duì)于{p，3}單形格子設(shè)計(jì)，其回歸系數(shù)計(jì)算公式為[8]：

表2 不同基質(zhì)配比下馬鈴薯微型薯的產(chǎn)量

式中，yh表示為當(dāng)xh為1，其余分量為0時(shí)的試驗(yàn)值；yhj表示為當(dāng)xh為1/2，xj為1/2，其余分量為0時(shí)的試驗(yàn)值；yhhj表示為當(dāng)xh為2/3，xj為1/3，其余分量為0時(shí)的試驗(yàn)值；yhjk表示為當(dāng)xh、xj、xk為1/3，其余分量為0時(shí)的試驗(yàn)值。

試驗(yàn)以馬鈴薯微型薯的單株塊莖重、單株塊莖數(shù)、單塊莖重、合格薯率、大中薯率為因變量，分別用y1、y2、y3、y4、y5表示，以菌渣、河沙、珍珠巖為自變量，分別用x1、x2、x3表示，建立馬鈴薯微型薯產(chǎn)量指標(biāo)與這3種基質(zhì)配比的多項(xiàng)式回歸模型。根據(jù)公式計(jì)算可得到以下5個(gè)回歸方程。

以單株塊莖重為因變量建立的回歸模型為：

y1=13.031 9x1+7.370 3x2+3.288 3x3+6.062 6x1x2+28.580 9x1x3-0.067 3x2x3-73.149 3x1x2x3-13.627 6x1x2（x1-x2）-45.976 1x1x3（x1-x3）+4.737 4x2x3（x2-x3）

以單株塊莖數(shù)為因變量建立的回歸模型為：

y2=2.305 6x1+1.805 6x2+1.194 4x3+0.374 9x1x2+ 1.750 1x1x3-0.187 4x2x3+0.437 2x1x2x3-4.5x1x2（x1-x2）-1.000 3x1x3（x1-x3）-0.062 3x2x3（x2-x3）

以單塊莖重為因變量建立的回歸模型為：

y3=5.660 9x1+4.085 9x2+2.747 4x3+2.763 5x1x2+ 12.005 1x1x3+0.879 1x2x3+3.640 7x1x2x3+4.633 2x1x2（x1-x2）-22.843 8x1x3（x1-x3）+3.290 2x2x3（x2-x3）

以合格薯率為因變量建立的回歸模型為：

y4=0.880 1x1+0.924 8x2+0.812 0x3+0.136 6x1x2+ 0.548 3x1x3+0.329 9x2x3-2.199 1x1x2x3+0.428 7x1x2（x1-x2）-0.220 7x1x3（x1-x3）+0.059 4x2x3（x2-x3）

以大中薯率為因變量建立的回歸模型為：

y5=0.727 1x1+0.600 1x2+0.459 4x3+0.208 1x1x2+ 0.904 1x1x3+0.267 3x2x3+0.097 0x1x2x3+0.095 6x1x2（x1-x2）-2.490 3x1x3（x1-x3）+0.498 1x2x3（x2-x3）

2.1.2 Scheffe回歸模型的顯著性測(cè)定 Scheffe回歸模型的顯著性檢驗(yàn)主要是測(cè)定該回歸模型與實(shí)際試驗(yàn)值擬合的情況。

從表3中可以看出，以合格薯率為因變量的回歸模型經(jīng)方差分析，其F=0.953 4＜F0.05（9，18），因此該回歸模型擬合效果不好，不能進(jìn)一步優(yōu)化；而其余4個(gè)回歸模型經(jīng)方差分析可知，這4個(gè)回歸方程均達(dá)到顯著水平，說(shuō)明馬鈴薯微型薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基質(zhì)配比模型存在顯著的回歸關(guān)系，且與實(shí)際情況擬合較好，可用于進(jìn)一步解析尋優(yōu)。2.1.3 Scheffe回歸模型的解析尋優(yōu) 以上述建立的回歸模型為基礎(chǔ)，采用頻數(shù)分析法進(jìn)行解析和尋優(yōu)，將試驗(yàn)因素xi（i=1，2，3）的步長(zhǎng)設(shè)置為0.1，且滿足0≤xi≤1，∑xi=1的模型既定條件，構(gòu)成66套因素水平組合，將66個(gè)因素水平組合分別代入上述建立的回歸模型中得出相應(yīng)的理論值y。然后，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐的需要限定試驗(yàn)效應(yīng)指標(biāo)的取值范圍，統(tǒng)計(jì)此取值范圍內(nèi)y的個(gè)數(shù)m（m≤66）和m個(gè)組合方案的因素水平數(shù)及其出現(xiàn)的頻數(shù)，再計(jì)算各因素水平出現(xiàn)頻數(shù)的加權(quán)平均數(shù)，獲得產(chǎn)量高、出現(xiàn)頻率大的因素水平組合作為優(yōu)化因素水平組合方案[9]。

表3 各產(chǎn)量指標(biāo)方差分析結(jié)果

以單株塊莖重模型為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算得到66套因素組合方案及相應(yīng)的理論值y，結(jié)合馬鈴薯微型薯生產(chǎn)繁育實(shí)際情況，限定微型薯單株塊莖重范圍在9 g/株＜y＜12 g/株內(nèi)，結(jié)果符合要求的基質(zhì)配方組合有31套，其中，x1的平均取值為0.467 7，x2的平均取值為0.319 4，x3的平均取值為0.212 9，其在95%置信區(qū)間內(nèi)的取值分別為0.387 2～0.548 3，0.230 8～0.407 9，0.129 9～0.295 9。即得到較高產(chǎn)量的基質(zhì)配比：菌渣、河沙、珍珠巖3種基質(zhì)體積百分比為46.77%∶31.94%∶21.29%。

以單株塊莖數(shù)模型為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算得到66套因素組合方案及相應(yīng)的理論值y，結(jié)合馬鈴薯微型薯生產(chǎn)繁育實(shí)際情況，限定試管苗生產(chǎn)微型薯粒數(shù)范圍在1.9粒/株＜y＜2.3粒/株內(nèi)，結(jié)果符合要求的基質(zhì)配方組合有38套，其中，x1的平均取值為0.450 0，x2的平均取值為0.294 7，x3的平均取值為0.255 3，其在95%置信區(qū)間內(nèi)的取值分別為0.378 4～0.521 6，0.213 2～0.376 3，0.195 2～0.315 3。即得到較高結(jié)薯數(shù)的基質(zhì)配比：菌渣、河沙、珍珠巖3種基質(zhì)的體積百分比為45.00%∶29.47%∶25.53%。

以單塊莖重模型為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算得到66套因素組合方案及相應(yīng)的理論值y，結(jié)合馬鈴薯微型薯生產(chǎn)繁育實(shí)際情況，限定馬鈴薯微型薯單塊莖重范圍在5 g/粒＜y＜7 g/粒內(nèi)，結(jié)果符合要求的基質(zhì)配方組合有37套，其中，x1的平均取值為0.454 1，x2的平均取值為0.267 6，x3的平均取值為0.278 4，其在95%置信區(qū)間內(nèi)的取值分別為0.375 6～0.532 5，0.207 7～0.327 4，0.198 6～0.358 2。即得到較高薯重的基質(zhì)配比：菌渣、河沙、珍珠巖3種基質(zhì)的體積百分比為45.41%∶26.76%∶27.84%。

以大中薯率模型為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算得到66套因素組合方案及相應(yīng)的理論值y，結(jié)合馬鈴薯微型薯生產(chǎn)繁育實(shí)際情況，限定馬鈴薯微型薯大中薯率范圍在70%＜y＜75%內(nèi)，結(jié)果符合要求的基質(zhì)配方組合有21組，其中，x1的平均取值為0.452 4，x2的平均取值為0.319 0，x3的平均取值為0.228 6，其在95%置信區(qū)間內(nèi)的取值分別為0.338 5～0.566 3，0.230 8～0.407 3，0.116 0～0.341 1。即得到較高大中薯率的基質(zhì)配比：菌渣、河沙、珍珠巖3種基質(zhì)的體積百分比為45.24%∶31.90%∶22.86%。

為了獲得產(chǎn)量較高、單株結(jié)薯數(shù)較多、單薯重量較大、大中薯數(shù)較多的基質(zhì)配比，可綜合考慮以上4個(gè)產(chǎn)量指標(biāo)，取這4個(gè)優(yōu)化后的基質(zhì)配比的平均值，即可得到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的馬鈴薯微型薯繁育基質(zhì)配比：菌渣、河沙、珍珠巖體積百分比為45.60%∶30.02%∶24.38%。

2.2 優(yōu)化后基質(zhì)配比對(duì)繁育馬鈴薯微型薯的影響

考慮到Scheffe回歸模型能否很好地應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐中這一問(wèn)題，根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)優(yōu)化后的繁育基質(zhì)進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，以檢驗(yàn)理論值是否與實(shí)際值吻合，所建立的回歸方程的使用程度是否高。

優(yōu)化后基質(zhì)配比繁育的馬鈴薯微型薯產(chǎn)量見(jiàn)表4。從表4中可以看出，該優(yōu)化配比能夠繁育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的馬鈴薯微型薯，各產(chǎn)量指標(biāo)的實(shí)際值與理論值基本吻合，說(shuō)明所建立的回歸方程使用程度較高，在實(shí)踐中能較好的應(yīng)用。

表4 優(yōu)化后基質(zhì)配比繁育馬鈴薯微型薯的產(chǎn)量

3 結(jié)論與討論

對(duì)于研究植物栽培基質(zhì)配比的試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，植株的生長(zhǎng)發(fā)育情況與各基質(zhì)組分所占混配基質(zhì)總體積的比例有關(guān)，與混配基質(zhì)總體積變化沒(méi)有關(guān)聯(lián)。在這里所要研究的是產(chǎn)量指標(biāo)隨著組分比例變化而變化的規(guī)律，因此，采用混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)可以很好地研究出這種規(guī)律變化，找出適合馬鈴薯微型薯繁育的基質(zhì)配比[4]。目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)科研工作者在基質(zhì)配方研究中一般采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)引用較少，但隨著混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)的逐步發(fā)展，它將成為在配方篩選方面越來(lái)越重要的試驗(yàn)方法[10]。

試驗(yàn)通過(guò)混料設(shè)計(jì)優(yōu)化基質(zhì)配比，優(yōu)化后的基質(zhì)配比為菌渣、河沙、珍珠巖體積百分比為45.60%∶30.02%∶24.38%。該試驗(yàn)結(jié)果與采用二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)研究?jī)?yōu)化[11]的結(jié)果極為相似，相對(duì)龐萬(wàn)福[12]所研究的當(dāng)菌渣比例占66.67%、河沙比例占33.33%時(shí)生產(chǎn)馬鈴薯微型薯效果最好這一結(jié)論而言，兩種試驗(yàn)的研究結(jié)果從整體上來(lái)說(shuō)是降低了菌渣的含量，并通過(guò)增加一種通氣持水性良好的無(wú)機(jī)栽培基質(zhì)來(lái)彌補(bǔ)菌渣降低的那部分含量，以解決菌渣含量降低所引起的基質(zhì)結(jié)構(gòu)緊實(shí)的問(wèn)題[4]。

[1] 屈冬玉，龐萬(wàn)福，謝發(fā)成，等. 松針土作基質(zhì)生產(chǎn)脫毒微型薯試驗(yàn)研究[J]. 馬鈴薯雜志，1999，13（1）：15-16.

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（責(zé)任編輯：高國(guó)賦）

Study on Breeding Substrate Formula for Potato Microtubers with Simplex Lattice Design

WANG Huan-yan1，LEI Yan2，HE Chang-zheng3
（1. Huaihua Vocational and Technical College, Huaihua 418000, PRC; 2. Agricultual Science Institute of XiangXi Prefecture, Jishou 416000, PRC; 3. Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC）

{3,3}simplex lattice design in the mixture experiment design was adopted in this experiment, the regression models about high yield and good quality were established to optimize the ratio of mushroom residue, sand and perlite. The author optimized the volume ratio of three substrate materials according to the yield of potato microtubers, number of microtubers, weight of microtubers, and rate of large and medium-sized microtubers . The results showed that the volume ratio of mushroom residue, sand and perlite was optimized as follows: 45.60%∶30.02%∶24.38%; under this condition, high yield and good quality of potato microtubers obtained.

potato microtubers; breeding substrate; formula of substrate; simplex; lattice design

S532

：A

：1006-060X（2017）02-0018-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.002.005

2016-06-16

農(nóng)業(yè)部馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-10-P19）

王歡妍（1988-），女，湖南漣源市人，碩士研究生，研究方向：馬鈴薯栽培技術(shù)。

何長(zhǎng)征