李素華，韓浩章，趙 榮，張麗華，蔣亞華

（宿遷學(xué)院建筑工程學(xué)院，宿遷223800）

多肉植物又稱多漿植物或肉質(zhì)植物，全世界約有一萬余種。由于其莖葉獨特、造型小巧、繁殖容易等特點，深受年輕人的喜愛［1］。水培是將植物的根系直接浸潤于營養(yǎng)液中，以滿足植物正常生長所需要的水分及營養(yǎng)需求等，具有觀賞性強、清潔環(huán)保、養(yǎng)護管理簡便等優(yōu)點，特別適合家庭園藝或辦公場所觀賞消費需求。近年來，為滿足消費者對精品多肉產(chǎn)品的需求、提升多肉產(chǎn)業(yè)化水平，研究者嘗試將水培技術(shù)應(yīng)用于多肉植物栽培繁育當(dāng)中，目前已在仙人掌［2］、蘆薈［3］、石蓮花［4］、條紋十二卷［5］等十多種多肉植物中試驗成功。水培重點是前期的水培馴化，即將原有的土生根誘導(dǎo)培育成水生根。新生的水生根與土生根相比在形態(tài)與組織結(jié)構(gòu)上發(fā)生了顯著變化。多肉從土培轉(zhuǎn)為水培后，為了適應(yīng)高濕環(huán)境，水生根須具備發(fā)達通氣組織。水生根的成功誘導(dǎo)除與根系自身發(fā)育特性密切相關(guān)外，根系周圍的水環(huán)境也尤為重要［6］。20 世紀(jì)90 年代起，國內(nèi)學(xué)者最先以仙人掌科的多肉植物為材料，進行營養(yǎng)液配方研究，王佩等［7］根據(jù)仙人掌科植物需肥特性，篩選出仙人掌最適宜的營養(yǎng)液為日本園試配方。陳永華等［8］通過比較金琥在不同濃度營養(yǎng)液中葉片與根系生長狀況，提出山崎配方有利于金琥的水培生長。近年張晟璐等［9］采用水培技術(shù)培養(yǎng)出‘紫珍珠’、‘吉娃蓮’等景天科多肉植物，進一步證實水培技術(shù)在景天科多肉植物上應(yīng)用是可行的。景天科植物約有38 個屬1 600 余種，其中姬朧月（Graptopetalum paraguayense）、黃麗（Sedum‘Golden Glow’）分別屬風(fēng)車草屬和景天屬，這兩種多肉植物葉形葉色美觀、觀賞期長、適應(yīng)性強，具有較高的推廣應(yīng)用價值。但目前關(guān)于其水培管理技術(shù)文獻較少。本試驗以姬朧月、黃麗為材料，通過水培模式，研究營養(yǎng)液配方對兩種植物生長量、葉綠素含量、水肥利用效率的影響，結(jié)合主成分分析結(jié)果，篩選適宜的營養(yǎng)液配方，以期為景天科多肉植物的水培研究提供參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

姬朧月和黃麗種苗由宿遷市育美森生物科技發(fā)展有限公司所提供，試驗材料為兩年生莖插苗，冠幅約5~6 cm、株高約12~15 cm。試驗時每種植物隨機選擇5 株測定原有株高、葉數(shù)、根數(shù)等形態(tài)指標(biāo)。之后將試驗材料從花盆中取出，去除根系所帶基質(zhì)，再用純凈水清洗根系，適當(dāng)修根后將其放置在0.5%的KMnO4溶液中浸泡1 min 進行消毒，再用純凈水將根系沖洗干凈，置于陰涼處自然晾干。

1.2 試驗方法

1.2.1 水培方法

試驗于2019 年9 月下旬開始在宿遷學(xué)院校內(nèi)玻璃溫室內(nèi)進行，室內(nèi)溫度20～25℃，水培2周內(nèi)搭蓋遮陽網(wǎng)。根據(jù)幼苗大小及試驗要求選擇15 L 的塑料中轉(zhuǎn)箱（44 cm×32 cm×14 cm）作為水培容器。選用改良Hoagland 配方（A）、日本山崎配方（B）、低氮配方（C）、斯泰納配方（D）4種不同營養(yǎng)液配方，試驗前按照營養(yǎng)液配方標(biāo)準(zhǔn)，分別配制大量元素20倍母液和微量元素100倍母液，放置冰箱冷藏備用。

每個培養(yǎng)箱中的培養(yǎng)液制備體積為10 L，pH 值調(diào)節(jié)至6.0，然后將預(yù)處理好的水培苗插入帶孔的KT 板（聚苯乙烯發(fā)泡板），確保莖段下部2~3 cm 浸入營養(yǎng)液，然后用脫脂棉固定插穗，放入自動充氧泵（24 h 充氧），最后蓋好KT 板。每3~5 d 觀察營養(yǎng)液水面變化，及時補充純凈水以防止?fàn)I養(yǎng)液水位下降。每一容器定植12 株為1 個處理，每一處理3 次重復(fù)，取平均值進行統(tǒng)計分析。

1.2.2 指標(biāo)測定

水培2個月后對姬朧月和黃麗水培苗的各項生長及生理指標(biāo)測定，統(tǒng)計新葉數(shù)、新根數(shù)、株高增量、根長（最長根）、根體積（排水法），采用丙酮提取法測定葉綠素的含量，分別采用紫外分光光度法和原子利用吸收分光光度法測定N、P 含量及K、Ca、Mg含量。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel2010軟件統(tǒng)計，SPSS21.0進行方差分析、多重比較（Least significant difference）和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同營養(yǎng)液配方對兩種多肉植物生長量的影響

形態(tài)器官的生長變化是植物對水培環(huán)境適應(yīng)能力的直觀評判標(biāo)準(zhǔn)［10］。由表1 可知，在同一營養(yǎng)液栽培下兩種多肉植物的新根數(shù)、根長、根體積差異顯著，其中黃麗的新根數(shù)較多、主根較長、根體積較大，但兩者在株高增量和新葉數(shù)方面無顯著差異。對比不同營養(yǎng)配方下兩種植物生長量的統(tǒng)計結(jié)果：營養(yǎng)液配方對姬朧月和黃麗新葉數(shù)均無顯著影響；營養(yǎng)液配方對姬朧月株高增量有顯著影響，A、B 配方顯著高于C、D 配方，而黃麗株高增量在4個處理間無顯著差異；營養(yǎng)液配方對姬朧月和黃麗的根系生長均有顯著影響，從測定數(shù)據(jù)來看B 配方新根數(shù)最多、根體積最大、根長最短，C 配方新根數(shù)及根體積最小、根長最長，兩配方間差異顯著，配方A和配方D的根系生長量位于中等。

表1 不同營養(yǎng)液配方對兩種植物生長量的影響Tab.1 Effects of different nutrient formulas on the growth of two plants

2.2 不同營養(yǎng)液配方對兩種多肉植物葉綠素含量的影響

葉綠素是綠色植物光合作用的基礎(chǔ)物質(zhì)，可反映植物的生長發(fā)育狀況、生理代謝變化以及營養(yǎng)狀況。對兩種植物在4 個營養(yǎng)配比中的測定結(jié)果（表2）可以看出，在A 配方中黃麗的葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量顯著高于姬朧月，但葉綠素a/b 無顯著差異。在B配方中黃麗葉綠素a較低、葉綠素b較高、葉綠素a/b 較低、葉綠素總量差異不顯著。與姬朧月相比，黃麗在C 配方中的葉綠素a 顯著降低，D配方中葉綠素b 顯著升高，在C、D 配方中兩者葉綠素總量和葉綠素a/b 值無顯著差異。由此可知在不同營養(yǎng)液中兩種植物葉綠素含量比較結(jié)果不盡相同，因此需要進一步研究營養(yǎng)液配比對葉綠素含量變化的影響；4 個營養(yǎng)配方中姬朧月的葉綠素a、葉綠素b 及葉綠素總量無顯著差異，葉綠素a/b 值在B配方中達到最大（2.004），與其他處理間差異顯著；4個營養(yǎng)配方中黃麗的葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量有顯著差異，其中A 配方中葉綠素a、葉綠素b 和葉綠素總量均最大，C 配方中葉綠素a、葉綠素b 和葉綠素總量均最小，兩者有顯著性差異。B、D 配方葉綠素含量位于中等，且兩者間四個指標(biāo)的測定數(shù)據(jù)均無顯著性差異。

表2 不同營養(yǎng)液配方對兩種植物葉綠素含量的影響Tab.2 Effects of different nutrient formulas on chlorophyll content of two plants

2.3 不同營養(yǎng)液配方對兩種植物水分及營養(yǎng)元素利用效率的影響

水分及營養(yǎng)元素利用效率能夠反映植物對水肥營養(yǎng)吸收轉(zhuǎn)化的情況，低耗高效是當(dāng)前農(nóng)業(yè)技術(shù)革新的主要目標(biāo)。從表3 可以看出，同一營養(yǎng)液處理下兩種多肉植物的水分利用率無顯著性差異，而各營養(yǎng)元素利用率差異明顯，除配方D 中姬朧月Ca利用效率高于黃麗外，其他配方中黃麗的各項營養(yǎng)元素利用率均顯著高于姬朧月。分別對比兩種植物在不同營養(yǎng)處理下水分及營養(yǎng)利用效率的變化，結(jié)果顯示，不同處理間兩種植物的水分利用率均無顯著性變化，而營養(yǎng)元素利用效率變化顯著，其兩種材料在N、P、Mg、K利用效率方面呈現(xiàn)較為一致的規(guī)律，其中各營養(yǎng)配方間N、P 利用效率的高低排序為B＞A＞D＞C，Mg 利用效率的排序為B＞C＞A＞D，K 利用效率在配方A、B 中顯著高于配方C，兩種植物Ca元素利用效率的變化規(guī)律差異較大，其中姬朧月在D配方中達到最高，黃麗在B配方中達到最高。

表3 不同營養(yǎng)配方對兩種植物水分及營養(yǎng)元素利用效率的影響Tab.3 Effectsofdifferentnutritionformulasonnutrientelements and water use efficiency of two plants

2.4 基于主成分分析的兩種植物水培營養(yǎng)液配方比較

2.4.1 兩種多肉植物生物量、總?cè)~綠素含量、營養(yǎng)及水分效率的相關(guān)矩陣

參考徐佳楠［11］、王瑞等［12］的方法以不同營養(yǎng)液配方下兩種多肉植物株高增量、新葉數(shù)、新根數(shù)、根長、根體積、總?cè)~綠素、水分及N、P、K、Ca、Mg元素利用效率為評價指標(biāo)，為消除不同指標(biāo)差距數(shù)量級過大，對樣本觀測數(shù)據(jù)采用Z標(biāo)準(zhǔn)化處理，再對所有指標(biāo)進行主成分分析，樣本相關(guān)矩陣R見表4-5。

表4 不同營養(yǎng)配方姬朧月評價參數(shù)相關(guān)矩陣Tab.4 Correlation matrix of evaluation parameters for different nutritional formulas of G.paraguayense

由分析結(jié)果可以看出，姬朧月的根長與其他指標(biāo)顯著負相關(guān)，株高增量與新葉數(shù)顯著正相關(guān)，黃麗根體積和新根數(shù)極顯著正相關(guān)，但其他各指標(biāo)間相關(guān)性不顯著；姬朧月總?cè)~綠素含量與Mg 吸收效率呈極顯著正相關(guān)，但黃麗Mg 吸收效率與總?cè)~綠素含量無顯著相關(guān)；姬朧月的N、P 吸收效率之間，P與水分利用效率之間相關(guān)性顯著，黃麗N、P 利用效率與K利用效率顯著正相關(guān)。從生物量與水肥吸收效率來看，姬朧月N、P 利用率與新葉數(shù)、株高增量顯著正相關(guān)，與根長顯著負相關(guān)，水分利用率與新葉數(shù)顯著正相關(guān)；黃麗根體積和新根數(shù)與N、K、Ca利用率顯著正相關(guān)，新葉數(shù)與p、k利用率顯著相關(guān)，株高增量與Mg相關(guān)性顯著。

2.4.2 特征值、特征向量和品質(zhì)綜合得分

通過主成分分析計算，相關(guān)主成分得分系數(shù)、特征值、貢獻率見表6。從表可知，姬朧月和黃麗前2 個主成分的累計貢獻率分別達到89.926% 和92.131%，超過了85%，包含了原始變量的大部分信息。綜合系數(shù)能夠反映各指標(biāo)對兩種植物水培品質(zhì)影響力的大小。從表6 兩種植物綜合系數(shù)（F）看出，新根數(shù)和根體積的綜合系數(shù)絕對值較大，總?cè)~綠素含量及水分利用效率的絕對值較小，在5 個測定元素中，姬朧月K和Mg效率與N、P、Ca相差較大，絕對值較低，各營養(yǎng)元素利用效率的絕對值大小在黃麗中較為均衡。將篩選得到的主成分進行綜合得分計算，按照綜合得分高低進行排序，評價結(jié)果如表7。由表可以看出兩種植物4種營養(yǎng)液，得分高低排序為B＞A＞D＞C，故B 配方為最適合兩種多肉植物水培應(yīng)用的處理。

表6 主要成分系數(shù)和貢獻率Tab.6 Main component coefficient and the contribution rate

表7 不同營養(yǎng)配方兩種植物參評指標(biāo)的主成分綜合得分Tab.7 The composite score of principal components on two plant evaluation indexes in different nutrition formulas

3 結(jié)論與討論

水培后能否正常生長，取決于植物的生物習(xí)性和生理結(jié)構(gòu)，通過對水培苗外部形態(tài)及內(nèi)部生理變化測定可以評價植株對水環(huán)境的適應(yīng)性和生產(chǎn)潛能。目前常用的形態(tài)指標(biāo)有株高、莖粗、葉數(shù)、根數(shù)、根長、根表面積、根體積等［13］，內(nèi)部生理指標(biāo)有根系活力［14］、光合色素含量［15］、抗氧化酶活性等［16］。本試驗分析結(jié)果顯示，水培2個月后，不同植物種類及營養(yǎng)配方處理下的新根數(shù)、根長及根體積有顯著性差異，但新葉數(shù)變化不顯著。在水培過程中，水生根系的誘導(dǎo)及其正常生長是關(guān)鍵，植物根系的組織結(jié)構(gòu)、生理性狀發(fā)生適應(yīng)水環(huán)境變化，能夠在水培初期快速生產(chǎn)不定根，便于植物通過根系從營養(yǎng)液中吸收水分、養(yǎng)分和氧氣，才能在生長形態(tài)及內(nèi)部生理代謝上不斷變化。在水培條件下，根系攝取水分及營養(yǎng)極為方便，此時的水分及營養(yǎng)主要供根系生長，根數(shù)、根長、根體積變化明顯，而莖葉生長較為緩慢，新葉數(shù)和株高變化不明顯。通過主成分分析，將生長量、總?cè)~綠素和水分營養(yǎng)元素利用率12 個評價指標(biāo)壓縮成了兩個主要成分。從形態(tài)及生理指標(biāo)綜合系數(shù)可以看出根體積和根數(shù)絕對值較大，新葉數(shù)、總?cè)~綠素絕對值較小，說明根體積和根數(shù)對水培苗生長量影響較大，而新葉數(shù)、總?cè)~綠素影響較小，這與實際測量結(jié)果一致。包蕾［17］及李標(biāo)［18］在研究營養(yǎng)液濃度對霧培馬鈴薯生長的影響時指出，營養(yǎng)液濃度與噴霧頻率對霧培馬鈴薯葉片數(shù)的影響不大，與本試驗結(jié)論一致。

營養(yǎng)液配方組成和濃度直接影響到水培試驗的成功及水培苗質(zhì)量，營養(yǎng)液大量、中量元素配比是水培技術(shù)的核心。缺素或者過剩的營養(yǎng)液會使植物產(chǎn)生生長障礙，影響植物正常的生長發(fā)育，嚴(yán)重時可能會導(dǎo)致死亡［19］。前人大多在常用營養(yǎng)配方基礎(chǔ)上，根據(jù)植物生長習(xí)性、發(fā)育階段等對主要營養(yǎng)元素及其含量進行調(diào)整［20］。從本試驗四個配方中營養(yǎng)元素的含量來看，所有配方中P含量相同，其他元素含量差異較大，整體來看配方C 的N、Mg、K 含量均最低，植物生長量最小，配方B 的N、Mg 含量最高，植物生長量最大。但N、Mg 含量并非越高越有利于生長，如D 配方的N、Mg 含量高于A 配方，但配方A 的生長量整體高于配方D。方舒玲在對生菜水培研究時提出植物水分及礦質(zhì)元素利用效率決定植物生長量，水分及養(yǎng)分利用效率越高，產(chǎn)量積累效應(yīng)就越好［21］。從本試驗結(jié)果來看，兩種植物在配方A 和B 的N、P、K 的利用效率均高于配方C 和D，其在生長量及綜合得分方面也明顯高于配方C和D，因此在對營養(yǎng)液配方篩選時營養(yǎng)元素利用效率是重要的考察指標(biāo)。此外根系數(shù)量及體積對N、P利用效率有較大影響，從表4 和表5 相關(guān)性分析結(jié)果來看，根數(shù)、根體積與N、P 利用效率的相關(guān)系數(shù)至少達到0.781，在兩種植物的生長量及營養(yǎng)利用效率的對比中發(fā)現(xiàn)：在4個營養(yǎng)處理中黃麗的根數(shù)、根體積顯著高于姬朧月，其N、P 利用效率也明顯增加。

表5 不同營養(yǎng)配方黃麗評價參數(shù)相關(guān)矩陣Tab.5 Correlation matrix of evaluation parameters for different nutritional formulas of S.‘Golden Glow’

花卉品種都有其獨特的養(yǎng)分需求，營養(yǎng)液配方在使用過程中均存在一定程度的專一性。相關(guān)性分析結(jié)果表明，姬朧月新葉數(shù)、株高增量和根長與N、P 利用效率密切相關(guān)，N、P 利用效率越高新葉數(shù)越多、株高增量越大，根長越短。黃麗生長量與K元素利用效率密切相關(guān)，K 利用效率越高，新葉數(shù)、根數(shù)、根體積均顯著增加。由此來看，在姬朧月的栽培中應(yīng)重視N、P 肥的施用，黃麗的栽培中應(yīng)重視K肥的施用。但營養(yǎng)元素之間存在復(fù)雜的交互作用，本試驗中姬朧月的N、P 利用效率之間，黃麗N、P 利用效率與K利用效率顯著正相關(guān)。何春雨等［22］研究表明氮、磷及鉀肥之間存在一定的交互作用，互相影響肥效的發(fā)揮，在一定施肥范圍內(nèi)，配合施用能提高肥效，任一因素過量施用均會導(dǎo)致產(chǎn)量顯著降低。

因此，在多肉植物栽培過程中除考慮營養(yǎng)元素自身的含量外，元素之間的配比也至關(guān)重要。綜合不同營養(yǎng)配方下兩種多肉植物的生長量、葉綠素含量及礦質(zhì)元素利用率等指標(biāo)的主成分分析結(jié)果，兩種植物4種營養(yǎng)液得分排名，由高到低排序是B＞A＞D＞C，其中B 配方明顯高于其他處理，在生長量及營養(yǎng)元素利用效率方面均最優(yōu)，適合作為景天科姬朧月和黃麗水培的最佳營養(yǎng)液配方。