益智水生根系诱导及水培营养液筛选
张永强 吴永辉 刘念
关健词：益智；水培；处理方法；营养液
中图分类号：TU986
文献标志码：A
益智Alpinia oxyphylla为姜科Zingiberaceae山姜属Alpinia植物，原产热带，分布于广东阳江、雷州半岛和海南省，现福建、广西、云南等省区多有引种[1]。喜温暖、湿润气候，生长于林下阴湿处，最适温度为22℃～28℃，最适湿度为80%～90%。益智属半阴性植物，幼苗期需遮阴，强度60%以上，成龄植株也需遮阴，强度30%～50%[2]。花期3～5月，果期4～9月，总状花序在花蕾时全部包藏于一帽状总苞片中，花时整个脱落[3]。益智的干燥成熟果实，别名益智仁、益智子，为海南道地药材，也是我国四大南药之一[4～5]。
目前对益智的研究多以药用为目的，鲜见对其作为观赏植物的研究报道。由于姜科植物本身的生物学特性，大多是耐阴性强的植物，极具开发成为室内观赏植物的潜力。随着人们的物质生活和精神文明水平的提高，对花卉的需求也随之增长，近年来一些室内观赏的花卉产品更受欢迎。水培花卉具有雅致、洁净、观赏性强等特点，深受大众喜爱。同时又具有无土传病害等特点，符合欧洲、美国等进口花卉的要求，从而可以打入国际市场，出口创汇[6]。益智作为一种药食同源的姜科植物，杆硬、直立密集，观赏价值高，有较强的耐阴能力，而且材料丰富易得，容易产业化，适合开发作为室内阴生观叶水培植物。本文对益智进行水生根系诱导及水培营养液筛选试验，以期为益智乃至其他姜科植物的水培产品开发提供技术支持。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料为高约10cm的益智实生苗，购自广东省阳江市。先剪去实生苗的分蘖，然后把根系放入盛有清水的水培容器中进行缓苗培养。7d后选取长势基本一致的苗，用0.5%高锰酸钾溶液浸泡根系1min，再用百菌清500倍液浸泡根系1h，之后进行水生根系诱导方法和营养液筛选试验。试验于2014年10月至2015年11月于仲恺农业工程学院科学楼1楼人工气候室进行，人工气候室密封，采用日光灯作为试验光源，采用空调控温、加湿器控制湿度，人工光强为30μmol·m-2·s-1，光照时间12h/d，温度28～30℃，相对湿度70%～80%。
1.2 试验方法
1.2.1 益智水生根系诱导方法
设置12种水生根系诱导处理方法（表1），每个处理9株苗，重复3次。处理后第30d测定根系的1级根数、2级根数、根直径、最长根长和根的干鲜重。
1.2.2 水培营养液的筛选
为了筛选比较适宜益智水培的营养液，设置了16种配方（表2）进行比较，其中美乐棵（通用型）营养液由美国Scottsmiracle-Gro公司生产，德沃多微生物液体有机肥（通用型）由河北景县德沃多肥料有限公司生产，所有营养液pH值均调为6.0。每种营养液配方各处理10株益智实生苗，重复3次。培养到3个月时在每种配方处理的植株中随机选取3株，测量株高增量、主干新叶数、分蘖高度、分蘖数量、分蘖新叶数、根数以及最长根长；另外随机选取3株，取从上往下第2片功能叶，剪碎混匀，称取鲜样0.1g，然后参照王学奎[7]的方法，用硫代巴比妥酸法测丙二醛含量，葱酮比色法测可溶性糖含量，丙酮法测叶绿素含量，重复测定3次。
1.2.3 数据分析
试验数据采用SPSS Statistic 20和DPS7.05统计分析软件进行方差分析、多重比较使用Duncans方法，数据使用平均数士标准误表示，用Microsoft Excel 2010数据处理软件进行图表绘制。
2 结果与分析
2.1 不同处理方法对根系诱导的影响
由在不同处理方法下益智水生根系的生长情况（表3，图1）可知，不同处理方法对益智的水生根系诱导有显著影响。对1级根数来说，数量最多的是处理H，其次是处理I，处理E为第3，处理C和D为第4，其后依次是处理G、B、A、L、K、F和J。综合各指标来看，以处理C（IAA 300mg·kg-1）、D（IBA 100mg·kg-1）和E（IBA 200mg·kg-1）对益智水生根系的诱导效果更好。
2.2 不同营养液对形态指标的影响
由不同营养液处理对水培益智形态指标的影响（表4）可知，处理5、9、14、4的株高增量较大，处理5（日本园试配方1/2）显著大于处理1、3、6、7、8、10、11、15；处理8、12、9、7、5、4、2的主干新叶数较多，处理8、12、9、7显著大于处理6、10、14、15、16；处理2、3、5、11的分蘖高度较高，处理2（霍格兰配方1/2）显著大于处理7、12、8、4、14、13；处理13、15、14、6的分蘖数较多，显著多于其他处理（处理4、12、1除外）；处理6、3、1、13的分蘖新叶数较多，处理间差异不显著；处理16、13、12、7的根数较多，显著多于处理8、1、3、9、6、15、14；处理12、11、16、7的根较长，显著长于处理14、15。
在霍格兰配方中剂量为1/2时 （处理2）株高增量较大、主干新叶数较多、分蘖高度较高，霍格兰配方为1/4剂量（处理1）时分蘖数量较多；在日本园试配方中剂量为1/2（处理5）时株高增量较大、分蘖高度较高，日本园试配方剂量1/4（处理4）和1/2主干新葉数较多，日本园试配方剂量为1时（处理6）分蘖及分蘖新叶数量较多；在Hewitte配方中剂量为1时（处理9）株高增量较大、分蘖高度较高、分蘖数量较多；在德沃多营养液中剂量为1时（处理11）分蘖高度较高、分蘖新叶数较多，德沃多剂量3/2时（处理12）株高增量较大、主干新叶数较多、分蘖数量较多；美乐棵营养液为1/2剂量时（处理13）分蘖数量较多，美乐棵剂量为3/2时（处理15）株高增量显著低于对照。除了本身离子浓度较低的德沃多营养液外，较高浓度的其他营养液配方均不利于根系的生长，根系数量与营养液浓度成反比。对照组（清水培养）的根数较多，根系较长。就上述总体而言，1/4和1/2剂量的霍格兰配方和日本园试配方、1剂量的Hewitte配方以及1和3/2剂量的德沃多营养液均适合作为益智的水培营养液；日本园试配方1/4和1/2剂量以及Hewitte配方1剂量有利于主干的生长，1/4和1/2剂量的霍格兰配方有利于分蘖的生长。
2.3 不同营养液对生理指标的影响
2.3.1 对叶片叶绿素含量的影响
由不同营养液对水培益智叶绿素含量的影响可知（表5），处理3（霍格兰配方1剂量）、处理7（Hewitt配方1/4剂量）、处理4（日本园试配方1/4剂量）、处理5（日本园试配方1/2剂量）的叶绿素总量较高，显著大于其他处理（处理2、1、10、8除外）。
2.3.2 对叶片可溶性糖含量的影响
不同营养液处理对可溶性糖含量的影响差异显著（图2）。处理3（霍格兰配方1剂量）、处理7（Hewitt配方1/4剂量）、处理10（德沃多1/2剂量）、处理8（Hewitt配方1/2剂量）、处理16（对照）和处理5旧本园试配方1/2剂量）的可溶性糖含量较高。处理3、10、8显著大于其他处理（处理16和7除外）。
2.3.3 对叶片丙二醛含量的影响
由不同营养液处理对丙二醛含量的影响（图3）可知，处理16（清水对照）、处理15（美乐棵3/2剂量）的丙二醛含量较高，显著大于其他处理，说明清水培养和美乐棵营养液3/2剂量对水培益智造成胁迫，膜脂过氧化作用较强。
3 结论与讨论
IAA、IBA和NAA是常用于诱导植物生根的植物生长调节剂，不同植物对不同类型和浓度的生长调节剂的反应不一[8]。而水生根系的诱导是水培植物迈向成功的第一步，因此研究益智的水生根系诱导对益智水培的成功具有重要意义。在试验中发现，在本试验条件下这3种生根剂均能诱导1级根，但较高浓度会抑制2级根的发生；IAA对植物根系的影响相对较小；NAA处理后初期会导致根系缩短变粗导致畸形，但约1个月后根系能恢复生长，诱导的1级根数较多，可能与使用的NAA浓度过高或浸泡时间过长有关，可尝试降低浓度或浸泡时间。综合各生根指标来看，促进益智水生根系诱导效果较好的方法是：在水培前先把根系用IAA 300mg·kg-1、IBA 100或200mg·kg-1浸30min。
叶绿素总量随霍格兰配方剂量增加而上升，随日本园试配方和Hewitte配方剂量增加而下降。霍格兰配方1剂量的叶绿素总量较高，可能与老叶较多有关。日本园试配方1剂量的株高增量显著低于其他剂量的，主干新叶数较其他剂量的少，这说明其不利于主干的生长，可能是导致其叶绿素总量低的原因；Hewitte配方剂量1的株高增量显著高于其他剂量的，生长较快，导致其第2功能叶较嫩，這可能是其叶绿素含量较低的原因。德沃多营养液和美乐棵营养液以及对照的叶绿素总量均较低，前者是由于营养缺乏所致，后者是由于不适合作为益智的水培营养液所致，可能与其配方有关。
光合作用的主要产物之一是碳水化合物，而可溶性糖是碳水化合物代谢和暂时贮藏的主要形式，在植物代谢中占有重要位置[9]。可溶性糖参与渗透调节，其含量与植物受到的胁迫有关[10]。黄小均等[11]研究表明，水培后广东万年青的可溶性糖和丙二醛含量升高，但可溶性糖含量随着营养液浓度的减小而增加；马艳芝[12]的研究结果表明，天南星科中羽叶蔓绿绒水培后叶片的可溶性糖含量减少。在本试验中，霍格兰配方1剂量、德沃多1/2剂量和清水处理的益智可溶性糖含量较高可能与其受到胁迫有关；日本园试配方和Hewitte配方1剂量以及美乐棵1和3/2剂量处理的可溶性糖含量较低可能与其生长不良有关。
综合考虑形态指标和生理指标，日本园试配方1/2和1/4培养的益智植株表现出生长较快、新叶多、叶色绿、叶片叶绿素总量和可溶性糖含量相对较高，丙二醛含量相对较低，较适合作为益智的水培营养液；用德沃多营养液1剂量培养的益智植株长势良好、叶片黄绿、叶脉与叶片有色差，具有不错的观赏价值，且操作简便，亦可作益智的水培营养液；美乐棵营养液剂量为1和3/2不适合作为益智的水培营养液。
参考文献：
[1]彭璐，白梦娜，谭春，等.益智的研究概况及进展[J].中国药业，2015，24（23）：12-15.
[2]黄国琦.益智丰产栽培技术[J].广东林业科技，2013，29（2）：74-77
[3]Wu D，Kai L.Flora of China[M].St.Louis：Missouri Botanical Garden Press，2000
[4]吴德邻.中国植物志[M].北京：科学出版社，1988.
[5]谢彬彬，侯蕾，郭宝林，等.中药益智正丁醇萃取部位的化学成分研究[J].药学学报，2014，49（11）：1569-1573.
[6]张凤峨.水培条件下NPR对百子莲生长及生理特性的影响[D].哈尔滨：东北林业大学，2008.
[7]王学奎.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2006.
[8]冯大领，孟祥书，王艳辉，等.植物生长调节剂在植物体细胞胚发生中的应用[J].核农学报，2007，21（3）：256-260.
[9]徐惠风，金研铭，张春祥，等.向日葵叶片可溶性糖含量的研究[J].吉林农业大学学报，2000，22（1）：23-25.
[10]赵江涛，李晓峰，李航，等.可溶性糖在高等植物代谢调节中的生理作用[J].安徽农业科学，2006（24）：6423-6425+6427.
[11]黄小均，石大兴，王米力，等.水培条件下广东万年青生理特性研究[J].北方园艺，2008（8）：126-129.
[12]马艳芝，曹静，王向东.水培对羽叶蔓绿绒的叶解剖结构及可溶性糖和脯氛酸含量的影响[J].河北农业大学学报，2009，32（5）：51-54.
关健词：益智；水培；处理方法；营养液
中图分类号：TU986
文献标志码：A
益智Alpinia oxyphylla为姜科Zingiberaceae山姜属Alpinia植物，原产热带，分布于广东阳江、雷州半岛和海南省，现福建、广西、云南等省区多有引种[1]。喜温暖、湿润气候，生长于林下阴湿处，最适温度为22℃～28℃，最适湿度为80%～90%。益智属半阴性植物，幼苗期需遮阴，强度60%以上，成龄植株也需遮阴，强度30%～50%[2]。花期3～5月，果期4～9月，总状花序在花蕾时全部包藏于一帽状总苞片中，花时整个脱落[3]。益智的干燥成熟果实，别名益智仁、益智子，为海南道地药材，也是我国四大南药之一[4～5]。
目前对益智的研究多以药用为目的，鲜见对其作为观赏植物的研究报道。由于姜科植物本身的生物学特性，大多是耐阴性强的植物，极具开发成为室内观赏植物的潜力。随着人们的物质生活和精神文明水平的提高，对花卉的需求也随之增长，近年来一些室内观赏的花卉产品更受欢迎。水培花卉具有雅致、洁净、观赏性强等特点，深受大众喜爱。同时又具有无土传病害等特点，符合欧洲、美国等进口花卉的要求，从而可以打入国际市场，出口创汇[6]。益智作为一种药食同源的姜科植物，杆硬、直立密集，观赏价值高，有较强的耐阴能力，而且材料丰富易得，容易产业化，适合开发作为室内阴生观叶水培植物。本文对益智进行水生根系诱导及水培营养液筛选试验，以期为益智乃至其他姜科植物的水培产品开发提供技术支持。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料为高约10cm的益智实生苗，购自广东省阳江市。先剪去实生苗的分蘖，然后把根系放入盛有清水的水培容器中进行缓苗培养。7d后选取长势基本一致的苗，用0.5%高锰酸钾溶液浸泡根系1min，再用百菌清500倍液浸泡根系1h，之后进行水生根系诱导方法和营养液筛选试验。试验于2014年10月至2015年11月于仲恺农业工程学院科学楼1楼人工气候室进行，人工气候室密封，采用日光灯作为试验光源，采用空调控温、加湿器控制湿度，人工光强为30μmol·m-2·s-1，光照时间12h/d，温度28～30℃，相对湿度70%～80%。
1.2 试验方法
1.2.1 益智水生根系诱导方法
设置12种水生根系诱导处理方法（表1），每个处理9株苗，重复3次。处理后第30d测定根系的1级根数、2级根数、根直径、最长根长和根的干鲜重。
1.2.2 水培营养液的筛选
为了筛选比较适宜益智水培的营养液，设置了16种配方（表2）进行比较，其中美乐棵（通用型）营养液由美国Scottsmiracle-Gro公司生产，德沃多微生物液体有机肥（通用型）由河北景县德沃多肥料有限公司生产，所有营养液pH值均调为6.0。每种营养液配方各处理10株益智实生苗，重复3次。培养到3个月时在每种配方处理的植株中随机选取3株，测量株高增量、主干新叶数、分蘖高度、分蘖数量、分蘖新叶数、根数以及最长根长；另外随机选取3株，取从上往下第2片功能叶，剪碎混匀，称取鲜样0.1g，然后参照王学奎[7]的方法，用硫代巴比妥酸法测丙二醛含量，葱酮比色法测可溶性糖含量，丙酮法测叶绿素含量，重复测定3次。
1.2.3 数据分析
试验数据采用SPSS Statistic 20和DPS7.05统计分析软件进行方差分析、多重比较使用Duncans方法，数据使用平均数士标准误表示，用Microsoft Excel 2010数据处理软件进行图表绘制。
2 结果与分析
2.1 不同处理方法对根系诱导的影响
由在不同处理方法下益智水生根系的生长情况（表3，图1）可知，不同处理方法对益智的水生根系诱导有显著影响。对1级根数来说，数量最多的是处理H，其次是处理I，处理E为第3，处理C和D为第4，其后依次是处理G、B、A、L、K、F和J。综合各指标来看，以处理C（IAA 300mg·kg-1）、D（IBA 100mg·kg-1）和E（IBA 200mg·kg-1）对益智水生根系的诱导效果更好。
2.2 不同营养液对形态指标的影响
由不同营养液处理对水培益智形态指标的影响（表4）可知，处理5、9、14、4的株高增量较大，处理5（日本园试配方1/2）显著大于处理1、3、6、7、8、10、11、15；处理8、12、9、7、5、4、2的主干新叶数较多，处理8、12、9、7显著大于处理6、10、14、15、16；处理2、3、5、11的分蘖高度较高，处理2（霍格兰配方1/2）显著大于处理7、12、8、4、14、13；处理13、15、14、6的分蘖数较多，显著多于其他处理（处理4、12、1除外）；处理6、3、1、13的分蘖新叶数较多，处理间差异不显著；处理16、13、12、7的根数较多，显著多于处理8、1、3、9、6、15、14；处理12、11、16、7的根较长，显著长于处理14、15。
在霍格兰配方中剂量为1/2时 （处理2）株高增量较大、主干新叶数较多、分蘖高度较高，霍格兰配方为1/4剂量（处理1）时分蘖数量较多；在日本园试配方中剂量为1/2（处理5）时株高增量较大、分蘖高度较高，日本园试配方剂量1/4（处理4）和1/2主干新葉数较多，日本园试配方剂量为1时（处理6）分蘖及分蘖新叶数量较多；在Hewitte配方中剂量为1时（处理9）株高增量较大、分蘖高度较高、分蘖数量较多；在德沃多营养液中剂量为1时（处理11）分蘖高度较高、分蘖新叶数较多，德沃多剂量3/2时（处理12）株高增量较大、主干新叶数较多、分蘖数量较多；美乐棵营养液为1/2剂量时（处理13）分蘖数量较多，美乐棵剂量为3/2时（处理15）株高增量显著低于对照。除了本身离子浓度较低的德沃多营养液外，较高浓度的其他营养液配方均不利于根系的生长，根系数量与营养液浓度成反比。对照组（清水培养）的根数较多，根系较长。就上述总体而言，1/4和1/2剂量的霍格兰配方和日本园试配方、1剂量的Hewitte配方以及1和3/2剂量的德沃多营养液均适合作为益智的水培营养液；日本园试配方1/4和1/2剂量以及Hewitte配方1剂量有利于主干的生长，1/4和1/2剂量的霍格兰配方有利于分蘖的生长。
2.3 不同营养液对生理指标的影响
2.3.1 对叶片叶绿素含量的影响
由不同营养液对水培益智叶绿素含量的影响可知（表5），处理3（霍格兰配方1剂量）、处理7（Hewitt配方1/4剂量）、处理4（日本园试配方1/4剂量）、处理5（日本园试配方1/2剂量）的叶绿素总量较高，显著大于其他处理（处理2、1、10、8除外）。
2.3.2 对叶片可溶性糖含量的影响
不同营养液处理对可溶性糖含量的影响差异显著（图2）。处理3（霍格兰配方1剂量）、处理7（Hewitt配方1/4剂量）、处理10（德沃多1/2剂量）、处理8（Hewitt配方1/2剂量）、处理16（对照）和处理5旧本园试配方1/2剂量）的可溶性糖含量较高。处理3、10、8显著大于其他处理（处理16和7除外）。
2.3.3 对叶片丙二醛含量的影响
由不同营养液处理对丙二醛含量的影响（图3）可知，处理16（清水对照）、处理15（美乐棵3/2剂量）的丙二醛含量较高，显著大于其他处理，说明清水培养和美乐棵营养液3/2剂量对水培益智造成胁迫，膜脂过氧化作用较强。
3 结论与讨论
IAA、IBA和NAA是常用于诱导植物生根的植物生长调节剂，不同植物对不同类型和浓度的生长调节剂的反应不一[8]。而水生根系的诱导是水培植物迈向成功的第一步，因此研究益智的水生根系诱导对益智水培的成功具有重要意义。在试验中发现，在本试验条件下这3种生根剂均能诱导1级根，但较高浓度会抑制2级根的发生；IAA对植物根系的影响相对较小；NAA处理后初期会导致根系缩短变粗导致畸形，但约1个月后根系能恢复生长，诱导的1级根数较多，可能与使用的NAA浓度过高或浸泡时间过长有关，可尝试降低浓度或浸泡时间。综合各生根指标来看，促进益智水生根系诱导效果较好的方法是：在水培前先把根系用IAA 300mg·kg-1、IBA 100或200mg·kg-1浸30min。
叶绿素总量随霍格兰配方剂量增加而上升，随日本园试配方和Hewitte配方剂量增加而下降。霍格兰配方1剂量的叶绿素总量较高，可能与老叶较多有关。日本园试配方1剂量的株高增量显著低于其他剂量的，主干新叶数较其他剂量的少，这说明其不利于主干的生长，可能是导致其叶绿素总量低的原因；Hewitte配方剂量1的株高增量显著高于其他剂量的，生长较快，导致其第2功能叶较嫩，這可能是其叶绿素含量较低的原因。德沃多营养液和美乐棵营养液以及对照的叶绿素总量均较低，前者是由于营养缺乏所致，后者是由于不适合作为益智的水培营养液所致，可能与其配方有关。
光合作用的主要产物之一是碳水化合物，而可溶性糖是碳水化合物代谢和暂时贮藏的主要形式，在植物代谢中占有重要位置[9]。可溶性糖参与渗透调节，其含量与植物受到的胁迫有关[10]。黄小均等[11]研究表明，水培后广东万年青的可溶性糖和丙二醛含量升高，但可溶性糖含量随着营养液浓度的减小而增加；马艳芝[12]的研究结果表明，天南星科中羽叶蔓绿绒水培后叶片的可溶性糖含量减少。在本试验中，霍格兰配方1剂量、德沃多1/2剂量和清水处理的益智可溶性糖含量较高可能与其受到胁迫有关；日本园试配方和Hewitte配方1剂量以及美乐棵1和3/2剂量处理的可溶性糖含量较低可能与其生长不良有关。
综合考虑形态指标和生理指标，日本园试配方1/2和1/4培养的益智植株表现出生长较快、新叶多、叶色绿、叶片叶绿素总量和可溶性糖含量相对较高，丙二醛含量相对较低，较适合作为益智的水培营养液；用德沃多营养液1剂量培养的益智植株长势良好、叶片黄绿、叶脉与叶片有色差，具有不错的观赏价值，且操作简便，亦可作益智的水培营养液；美乐棵营养液剂量为1和3/2不适合作为益智的水培营养液。
参考文献：
[1]彭璐，白梦娜，谭春，等.益智的研究概况及进展[J].中国药业，2015，24（23）：12-15.
[2]黄国琦.益智丰产栽培技术[J].广东林业科技，2013，29（2）：74-77
[3]Wu D，Kai L.Flora of China[M].St.Louis：Missouri Botanical Garden Press，2000
[4]吴德邻.中国植物志[M].北京：科学出版社，1988.
[5]谢彬彬，侯蕾，郭宝林，等.中药益智正丁醇萃取部位的化学成分研究[J].药学学报，2014，49（11）：1569-1573.
[6]张凤峨.水培条件下NPR对百子莲生长及生理特性的影响[D].哈尔滨：东北林业大学，2008.
[7]王学奎.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2006.
[8]冯大领，孟祥书，王艳辉，等.植物生长调节剂在植物体细胞胚发生中的应用[J].核农学报，2007，21（3）：256-260.
[9]徐惠风，金研铭，张春祥，等.向日葵叶片可溶性糖含量的研究[J].吉林农业大学学报，2000，22（1）：23-25.
[10]赵江涛，李晓峰，李航，等.可溶性糖在高等植物代谢调节中的生理作用[J].安徽农业科学，2006（24）：6423-6425+6427.
[11]黄小均，石大兴，王米力，等.水培条件下广东万年青生理特性研究[J].北方园艺，2008（8）：126-129.
[12]马艳芝，曹静，王向东.水培对羽叶蔓绿绒的叶解剖结构及可溶性糖和脯氛酸含量的影响[J].河北农业大学学报，2009，32（5）：51-54.
