时间:2024-07-28
冯欣,登巴达吉,孔四新,2,李海奎,Shuya K.,仲格嘉*
1.中国藏学研究中心 藏医药研究所,北京 100094;2.世纪神农(北京)国际生物技术有限公司,北京 100073;3.中国林业科学研究院 资源信息研究所,北京 100091;4.加利福尼亚大学,美国 圣克鲁兹 CA 95064
波棱瓜Herpetospermumpedunculosum(Ser.) Baill.,又名塞季美朵、塞美塞古、色吉美朵,属葫芦科波棱瓜属一年生攀援藤本植物,是藏药材常用品种,在西藏主要分布于藏东南地区海拔2300~3500 m的山坡及林缘地带,以种子入药[1-3];味苦,临床用于清热解毒、护肝,治黄疸性传染性肝炎、消化不良等[1-4]。新近研究证实,其治疗肝炎、肝纤维化的作用机制包括调节TGF-β信号通路[4]和改善能量代谢、双向调节支链氨基酸等[5]。近年来,波棱瓜子市场需求剧增,受掠夺式采收等人为因素影响,野生资源日显不足,亟需进一步发展人工栽培。波棱瓜为雌雄异株,雌雄比严重失调;花果期较长,种子成熟期不一致,造成种子质量不均一、发芽和出苗不整齐,从而影响其产量和质量,严重制约波棱瓜产业发展。
本研究通过在西藏自治区林芝市设立定点试验小区,开展波棱瓜的人工栽培技术试验,在取得波棱瓜种子产量与相对应技术措施对应数据的基础上,运用数量化理论Ⅰ方法对定性因子量化分析,建立波棱瓜子产量(Y)与相关技术措施(催芽方法、播期、雌雄比、密度、施肥、疏花打顶)关系的回归模型,探讨多因子条件下筛选影响波棱瓜子产量的关键因子,减少波棱瓜人工栽培试验的工作量,为波棱瓜产量预测及生产调控提供科学依据。
以中国藏学研究中心从西藏采集的波棱瓜种子为试验材料。经中国医学科学院药用植物研究所鉴定,为葫芦科植物波棱瓜Herpetospermumpedunculosum(Ser.) Baill.的种子。
2.1.1 试验地点 试验地设在西藏林芝市八一镇核桃村,尼洋河畔,中国藏学研究中心藏药研究基地。位于29°50′N,93°25′E,海拔2900 m。年降雨量650 mm,年均气温8.7 ℃,年均日照2 022.2 h,无霜期180 d,属于温暖半湿润气候。试验小区选择在地势高岗、沙质土壤的向阳地块,土壤pH 6.5。
2.1.2 试验区整地与小区设置 试验地每667 m2施腐熟有机肥2500 kg做底肥,对种植地翻耕30 cm、平整,整理为0.8 m宽的高畦,沟宽0.3 m。播种前灌透水,畦面表层10 cm土壤相对湿度达70% 时播种。播种方法:穴播,每穴播7粒种子,覆土2~3 cm,轻压。点穴距离距高垄边缘为0.25 m,沟宽0.3 m。畦面覆盖地膜。每畦中,每6 m间隔1 m作为小区间的隔离带,每2畦并列为1个处理小区。分别设不同催芽方法、不同播期、不同密度、不同施肥方案种植小区。每个小区12 m2(2 m×6 m),小区间的隔离带为1 m。随机排列,共73个小区。
催芽方法包括:直播;45 ℃温水浸种48 h;青霉素200 mg·L-1浸种;赤霉素200 mg·L-1浸种;ABT生根粉6号200 mg·L-1浸种。浸种12 h后,自来水冲洗2次。播期:2016年4月13日、5月10日、6月10日。密度:分别按穴距35 cm×70 cm和50 cm×70 cm进行穴播,折合密度为40 816穴/hm2和28 571穴/hm2。施肥方案共3种,分别为:对照组常规施用复合肥(N∶P∶K=18∶12∶5,总质量分数35%)45 g·m-2、EM益生菌肥叶面喷施、追施磷肥(过磷酸钙,P2O5质量分数12%)45 g·m-2。
按小区分别于7—10月份果实成熟期(以果实开始变黄褐色、裂口为标准)陆续采收果实,自然阴干脱粒、净化后分别测定产量。
本研究共73组数据,观测总数n=73。获得种子产量与相应技术措施(播期、催芽方法、雌雄比、密度、施肥方案、农艺措施)间变化数据。
其中Y为波棱瓜种子产量,kg·hm-2;X1为播期,4月、5月、6月分别赋值为1、 2、3;X2为催芽方法,直播赋值为0,温水浸种赋值为1,青霉素浸种赋值为2,赤霉素浸种赋值为3,ABT生根粉6号浸种赋值为4;X3为密度,设定为:40 816穴/hm2,28 571穴/hm2;X4为施肥方案,常规施肥赋值为0,EM益生菌肥赋值为1,追施磷肥赋值为2;X5为农艺措施,常规赋值为0;疏花打顶赋值为1;X6为雌株比例(%),阈值15~50。
采用数量化方法Ⅰ进行计算分析。数量化方法Ⅰ属于一般线性模型,既可以处理定性因子,也可以处理定量因子,通过F检验来筛选对因变量有显著性影响的因子,建立因变量对自变量回归模型[6-8]。
3.1.1 波棱瓜子产量与相应因子变化汇总及定性因子数量化
根据实测数据和试验设计,将各因子按数量化方法Ⅰ进行数据转换。
表1 波棱瓜子产量各对应因子水平量化赋值
3.1.2 显著性因子筛选
1)方差分析
方差分析结果见表2。
表2 波棱瓜子产量多因子方差分析
注:R2=0.924 9(调整R2=0.911 4)。
2)剔出截距、X2(催芽方法)、X3(密度)和X5(农艺措施)等对产量影响不显著的因子,进一步方差分析见表3。
表3 波棱瓜子产量筛选因子方差分析
注:R2=0.917 3(调整R2=0.911 1)。
由此表明:对波棱瓜子产量有显著性影响的因子主要有播期(X1)、施肥(X4)和雌株比例(X6),此3个因子对产量差异的解释(拟合度)达到0.917 3。
3)确定波棱瓜子产量预测模型(解集)
以上分析表明,经多因子筛选,确定影响(Y)的贡献值最大的关键因子分别为:播期(X1)、施肥(X4)和雌株比例(X6)。
由此建立的预测拟合模型(解集)为:
Y=X1([X1=1]=226.0;[X1=2]=311.83;[X1=3]=-207.13)+X4([X4=0]=-189.33;[X4=1]=41.84;[X4=2]=0)+20.53X6
按上述预测模型推算,西藏林芝地区海拔2900 m左右的沙质壤土大田种植波棱瓜,在X1=2,X4=1的条件下,X6值越高,产量(Y)值越大。即选择5月播期,花果期施用EM益生菌肥,雌株比例(15%~50%)越大,波棱瓜子产量越高,当雌株比例达到50%时,波棱瓜子产量最高,可达1 380.17 kg·hm-2。
本研究通过运用线性回归分析模型(数量化理论Ⅰ方法)将定性因子赋值,实现量化分析,建立产量(Y)与各栽培技术措施(催芽方法、播期、雌株比、密度、施肥、农艺措施)间的关系模型,并筛选出影响波棱瓜子产量的关键因子,提出了基于数量化Ⅰ理论的波棱瓜子产量预测模型的建模方法。
数量化理论Ⅰ最早由日本的林知己夫提出,其核心是将定性因子引入统计分析研究,通过实现1个或多个定性指标进行数据定量转换,建立要素间的回归数学模型[6-8],解决相应技术问题。近年来,数量化理论Ⅰ在生物学相关领域的定性因子研究方面得以应用,通过生物数学模型的建立,使得基于多因子的筛选更为效率、科学,减少试验工作量。波棱瓜子产量受多项栽培因子影响,利用数量化理论Ⅰ的方法,经对多因子回归分析,可以筛选出均达显著水平的关键性栽培因子。应用该方法,本研究获得对波棱瓜子产量贡献值最大关键栽培因子依次为:雌株比例(X6)、播期(X1)和施肥(X4),为波棱瓜中药材生产质量管理规范(GAP)栽培技术要点的确定提供了科学依据。对于在生长管理过程中的限制性措施应在种植时充分考虑,特别是雌雄比的调控。
本研究建立的波棱瓜产量预测模型,可对波棱瓜因技术措施变化带来的产量变化实现科学预测和评估。应用该模型,还可对生产调控的关键技术措施进一步筛选,如:优化提高雌株比例的技术方案、EM菌肥使用量和喷施技术,明确于波棱瓜标准生产规程中,为波棱瓜高效生产体系的建立提供依据。
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