全 文 ：用二次正交旋转组合设计优化马占相思增殖培养基
徐位力　苏开君　王伟平　王　光　李　杰
(广州市林业科学研究所　广州　510515)
摘要　在马占相思组织培养初步取得成功的基础上 ,采用二次正交旋转组合设计对马占相思增殖培养
基进行优化 ,建立增殖率(Y)对Ca2+浓度(X 1)、6-BA浓度(X 2)及 NAA 浓度(X 3)3个试验因子的正交回归
模型:Y =2.280-0.168X 1 -0.259X 2 +0.185X 21 -0.210X 22 +0.167X 23 +0.326X 1X 2 。从模型推知 ,当
Ca2+浓度为 0.58倍常规 MS培养基浓度(255 g/L), 6BA为 0.76 mg/L ,NAA 为 0.16 mg/ L 时 ,增殖率达最
大值为 4.32 ,实验结果与预测值相符 。
关键词　马占相思　增殖培养基　优化　二次正交旋转组合设计
马占相思(Acacia mangium)是我国引进的相思类造林树种 ,其抗性强 ,生物量大 ,生长迅速 ,木材纤维
含量高 ,用途广泛 ,是目前最具发展前途的树种之一 ,并成为南方用材 、燃料 、肥料 、道路绿化和混交的良好树
种[ 1 ,2] ,华南地区种植面积达 6.67万 hm2 ,其中广东 2.33万 hm2 。目前马占相思多以种子繁殖 ,其树形 、生
长量 、抗逆性受种源的影响严重 ,同一种源 ,用种子繁殖分离亦很严重[ 1 , 2] ,因此优良种苗的来源问题亟待解
决。有关马占相思的组织培养 ,国内外已有较多的研究 ,主要是以优树幼苗茎段作为外植体 ,通过腋芽增殖
或通过愈伤组织的器官发生途径进行快速繁殖[ 3～ 13] ,尽管如此 ,目前国内尚未有马占相思优良无性系应用
于造林生产的报道。为了尽早推广马占相思优良无性系造林 ,我们结合马占相思抗寒性选育 ,直接选用在小
气候相对低温的环境中生长的 7 ～ 8年生成年优树进行无性快繁 ,已成功建立了优良单株的无性繁殖系 ,为
了进一步提高繁殖率 ,本文采用二次正交旋转组合设计对马占相思增殖培养基进行优化 。
二次正交旋转组合设计是正交回归试验设计的一种 ,它既能分析各处理因子的影响 ,又能建立定量的数
学模型 ,属更高层的试验设计技术[ 14] 。本文采用的二次正交旋转组合设计具有两个突出的特点 ,第一 ,它牺
牲部分正交性而获得旋转性 ,并基本保留回归正交设计试验次数少 、计算简便以及部分消除回归系数之间的
相关性等特点;第二 ,它有助于克服在回归正交设计中二次回归预测值 y 的方差依赖于试验点在因子空间
中的位置这个缺点 ,即能有效地克服二次回归正交设计的无旋转性 ,具有能根据预测值直接寻求最优区域的
优点 。
1　材料与方法
1.1　实验材料
以国营增城林场白水工区 1989年造林的 9年生马占相思优树(编号为 44)的腋芽为外植体进行组织培
养 ,基本培养基为改良 MS培养基 ,增殖培养基优化试验材料为 44号无菌培养物。
1.2　二次正交旋转组合设计方案
根据对 44号组织培养的实验结果和前人的试验 ,马占相思芽的增殖率与培养基中 6-BA 、NAA 的浓度
及两者的配比关系密切 ,同时也受到 Ca2+浓度的影响 ,因此 ,确定 6-BA 、NAA及 Ca2+浓度为 3个试验因子
进行组合设计 。根据经验确定其零水平及其变化区间为:Ca2+(X 1)浓度以常规MS 培养基中 Ca2+浓度(440
mg/ L)的 1倍为零水平 ,以常规浓度的 1/4为变化区间;6-BA(X 2)零水平为 1.6 mg/L ,变化区间为 0.5 mg/
L;NAA(X 3)零水平为0.5 mg/L ,变化区间为 0.2 mg/L 。经 DPS数据处理平台运行[ 14] ,设计试验方案如表
1所示 ,共 15个浓度配方组合 ,其中 15 ～ 23号 9个配方是零水平的 9次重复试验 。
1.3　实验方法
根据表 1各组试验 3个因子的不同浓度 ,配成相应的培养基 ,将 44号培养物继代培养 。每个处理接种
30管 ,每块材料计为一个单芽 ,再带有大于 2 mm 的小芽则统计为 2 ,不足 2 mm 的芽点不计。接种 30 d后
统计芽数 ,计算增殖率(见表 1)。增殖率=继代 30 d芽数/继代当天的芽数 。
13广 东 林 业 科 技　2003 年第 19卷第 4期
基金项目为广州市科委资助项目 ,编号(ZB02)-98-Z-002-01。第一作徐位力(1972-),男 ,工程师 ,主要从事植物生理 、植物化学研究工作。
表 1　二次正交旋转组合设计试验方案及各组方案相应的增殖率
试验号 各因子编码值
X 1 X2 X 3
各因子浓度(mg/L)
Ca2+ 6-BA NAA
增殖率
(倍)
1 1 1 1 550(1.25) 2.10 0.70 2.10
2 1 1 -1 550(1.25) 2.10 0.30 1.95
3 1 -1 1 550(1.25) 1.10 0.70 2.31
4 1 -1 -1 550(1.25) 1.10 0.30 2.40
5 -1 1 1 330(0.75) 2.10 0.70 1.73
6 -1 1 -1 330(0.75) 2.10 0.30 1.70
7 -1 -1 1 330(0.75) 1.10 0.70 3.15
8 -1 -1 -1 330(0.75) 1.10 0.30 3.55
9 1.682 0 0 625(1.42) 1.60 0.50 2.40
10 -1.682 0 0 255(0.58) 1.60 0.50 2.95
11 0 1.682 0 440(1.00) 2.44 0.50 1.68
12 0 -1.682 0 440(1.00) 0.76 0.50 1.45
13 0 0 1.682 440(1.00) 1.60 0.84 2.55
14 0 0 -1.682 440(1.00) 1.60 0.16 2.70
15 0 0 0 440(1.00) 1.60 0.50 2.15
16 0 0 0 440(1.00) 1.60 0.50 2.15
17 0 0 0 440(1.00) 1.60 0.50 2.15
18 0 0 0 440(1.00) 1.60 0.50 2.15
19 0 0 0 440(1.00) 1.60 0.50 2.15
20 0 0 0 440(1.00) 1.60 0.50 2.15
21 0 0 0 440(1.00) 1.60 0.50 2.15
22 0 0 0 440(1.00) 1.60 0.50 2.15
23 0 0 0 440(1.00) 1.60 0.50 2.15
注:Ca2+浓度一列 ,括号内的数据表示 Ca2+浓度相对常规 MS 培养基中 Ca2+浓度的倍数。
2　试验结果与分析
2.1　增殖率与 3个因子的回归关系
将表 1的试验数据用 DPS数据处理平台进行分析 ,得出实验结果的方差分析表(表 2),剔除α=0.10水
平的不显著项 X 3 、X 1X 3 、X 2X 3 后 ,对 3个试验因子与增殖率的关系进行模拟 ,建立增殖率对 3个试验因子
的回归方程 。简化后的回归方程为:Y =2.276-0.168X 1-0.259X 2 +0.184X 21 -0.210X 22+0.167X 23+
0.326X 1X 2 。根据回归方程进行模拟寻优 ,从回归模型中推导 、筛选出最佳的措施和策略 ,当 3个因子的编
码值均取-1.682时 ,增殖率 y 可达最大值 4.32。即:最高值组合的 3个因子水平编码值为 X 1=-1.682;
X 2=-1.682;X 3=-1.682;Y max =4.32。
表 2　各因子组合增殖率方差分析表
变异来源 自由度 平方和 均方 比值 F 显著水平 P
常数项 1 119.1532 119.1532 1385.0081 0.00000
X 1 1 0.3857 0.3857 4.4829 0.05409
X 2 1 0.9191 0.9191 10.6839 0.00611
X 3 1 0.0231 0.0231 0.2691 0.61266
X 21 1 0.5431 0.5431 6.3134 0.02596
X 22 1 0.7027 0.7027 8.1676 0.01345
X 23 1 0.4436 0.4436 5.1563 0.04081
X 1X 2 1 0.8515 0.8515 9.8978 0.00773
X 1X 3 1 0.0231 0.0231 0.2687 0.61294
X 2X 3 1 0.0561 0.0561 0.6522 0.43384
回归 9 3.9385 0.4376 F2=5.087 0.00978
剩余 13 1.1184 0.0860
失拟 5 1.0572 0.2114 F 1=27.660 0.00008
误差 8 0.0612 0.0076
总和 22 5.0569
14 徐位力等:　用二次正交旋转组合设计优化马占相思增殖培养基
　　从回归模型还可推出各个试验因子的作用效应 ,即当其他因子为零水平时 ,分析单一因子对试验结果的
影响 ,其结果如表 3。
表 3　单因子效应的增殖率变化
因　子
编码值
增殖率
Ca2+ 6-BA NAA
-1.682 3.052 2.118 2.749
-1.341 2.834 2.246 2.576
-1.000 2.629 2.325 2.443
-0.500 2.406 2.353 2.318
0.000 2.276 2.276 2.276
0.500 2.238 2.094 2.318
1.000 2.293 1.806 2.443
1.341 2.383 1.550 2.576
1.682 2.516 1.245 2.749
　　试验结果表明 ,在试验因子设置的范围内 ,当其它因子均
为零水平时 , X 1(Ca2+)的变化导致增殖率在 2.276 ～ 3.052
之间变动 ,变幅达 0.806;X 2(6-BA)对增殖率影响变幅为 1.
108(2.353 ～ 1.245);X 3(NAA)对增殖率影响的变幅为
0.473(2.749 ～ 2.276),单因子效应分析结果显示 , 6-BA 浓度
最为重要 ,Ca2+次之 ,而 NAA 的影响不及前两者明显 ,当 3
个因子均取-1.682的编码时 ,即 Ca2+=0.58倍 MS 培养基
中Ca2+浓度(即 255 mg/L),6-BA=0.76 mg/L , NAA=0.16
mg/ L时 ,增殖率达最大值 4.32。
2.2　回归模型的验证
根据回归模型模拟寻优的结论 , 配制最优组合的改良
MS培养基 ,用于马占相思 44 号培养物的继代培养 ,结果表
明:继代当天芽数为 30 ,培养 30 d 的芽数为 122 ,增殖率 =
122/30=4.06 ,与回归模型寻优的理论值(y =4.32)基本相符 ,贴近度达 94.1%。
3　讨论
3.1　二次正交旋转组合试验设计试验次数较少 ,计算简便 ,能根据预测值直接寻求最优区域 ,可以从许多角
度对模型进行模拟分析 ,以充分发掘模型所提供的信息 。本文通过二次正交旋转组合设计 ,对马占相思优良
单株的培养 ,安排 3个因子作二次正交回归试验 ,获得马占相思增殖率对 3个试验因子的正交回归模型 。通
过对正交回归模型的模拟寻优 ,获得最高增殖率的试验因子的理论组合 ,再根据该组合安排实验进行验证 ,
得出比较相符的结果 ,贴近度达 94%,从而使马占相思增殖率培养基得到优化 。利用二次正交旋转组合设
计对马占相思增殖培养基的优化取得令人满意的结果 。
3.2　从回归模型的单因子效应分析可知 ,Ca2+浓度对实验结果的影响较明显 ,低浓度的 Ca2+有利于繁殖体
的分化增殖 ,这一结果与作者在桉树组织培养中得到的结果相似 。桉树组织培养为促进繁殖体的增殖分化 ,
常将培养基的 Ca2+浓度下调到常规浓度的 1/3即 21.46 mg/L ,说明在木本植物的组织培养中调低培养基
中Ca2+浓度有可能促进繁殖体的分化增殖 。
3.3　植物组织培养的增殖速度不仅仅取决于细胞分裂素及生长素两者自身的浓度 ,也与两者的浓度比值密
切相关 ,根据回归模型及其单因子效应分析 , 6-BA 及 NAA 对试验结果有明显影响 ,以 6-BA 最为明显 ,当 6-
BA为 0.7 mg/L ,NAA为 0.16 mg/L ,两者的比率为 4.75时 ,可取得最佳的增殖效果 ,这一结论与过去许多
试验结论是相符合的 。
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Optimize the Multiplication Medium of Acacia mangium through
the Quadratic Orthogonal Rotation Combination Design
Xu Weili　Su Kaijun　Wang Weiping　Wang Guang　Li Jie
(Guangzhou Fo restry Research Institute , Guangzhou 510515)
Abstract　Based on the primary studies on tissue culture of Acacia mangium , the multiplication medium
of Acacia mangium was optimized wi th quadratic orthogonal rotation combination design.The quadratic or-
thogonal reg ression model of multiplication rate(Y)to three facto rs concentration of Ca2+(X 1),6-BA(X 2)and
NAA(X 3)was established as y =2.280 -0.168X 1 -0.259X 2 +0.185X 21 -0.210X 22 +0.167X 23 +
0.326X 1X 2.It w as concluded from the model that w hen the concentration of Ca2+(X 1), 6-BA(X 2)and NAA
(X 3)was 255 mg/ L ,0.76 mg/L and 0.16 mg/ L respectively , the mult iplication rate(Y)reach its maximum
(4.32)which was consistent with the experiment result.
Key words　Acacia mangium , culture medium ,quadratic optimization , o rthogonal rotation combinat ion
design
16 徐位力等:　用二次正交旋转组合设计优化马占相思增殖培养基