全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2007, 34 (3) : 711 - 716
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2006 - 11 - 23; 修回日期 : 2007 - 04 - 23
基金项目 : 广东省教育厅自然科学研究资助项目 ( z02006)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: szliu@ scau1edu1cn)
金琥快速水培技术及其根系适应性的研究
罗　健 , 王　英 , 林东教 , 王蔓丽 , 欧志婵 , 刘士哲 3
(华南农业大学无土栽培技术研究室 , 广州 510642)
摘 　要 : 为了探索仙人掌科金琥 ( Echinocactus gruson ii) 的快速培育技术 , 比较了静止水培和常规基质
栽培对金琥生长的影响及其根系的适应性。结果表明 , 金琥在供试的 5种营养液配方中静置水培均能正常
生长 , 水培 163 d的整株增加质量 307148～399116 g·p lant- 1 , 显著大于基质栽培 ; 水培时金琥根系长势良
好 , 具有较强的分生能力 , 根系鲜样质量、干样质量、根活力、总根长和总根表面积均显著大于基质栽培 ,
其增加率分别达到 11416%、4313%、3811%、46017%和 24614%。淹水环境使金琥根系的解剖结构发生
改变 , 根径显著变小 (由基质栽培的 0183 mm减小至 0151 mm ) , 皮层细胞层数变少 , 细胞间隙增大 , 中
柱通气组织较发达 , 有利于根系在水培条件下进行呼吸及吸收和运输养分与水分。因此 , 静止水培是快速
培育金琥的有效栽培技术。
关键词 : 金琥 ; 水培 ; 植株生长 ; 根系适应性
中图分类号 : S 682133　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2007) 0320711206
Stud ies on Rap id Culture Techn iques and Root Adaptab ility of Ech inocac tus
gruson ii in Hydropon ics
LUO J ian, WANG Ying, L IN Dong2jiao, WANG Man2li, OU Zhi2chan, and L IU Shi2zhe3
(L abora tory of Soilless Culture, South China A gricultural U niversity, Guangzhou 510642, Ch ina)
Abstract: In order to study rap id culture techniques and root adap tability of Echinocactus gruson ii, five
nutrient solutions were used to grow Echinocactus gruson ii together with a medium m ixed with coconut husk,
pearlite and sand as a control. The results showed that Echinocactus gruson ii grew well in five tested formulae
and there was a significant increase in ball biomass in still solution culture over that in medium culture, with a
biomass increment of 307148 - 399116 g·p lant- 1 in 163 d. In still solution culture, Echinocactus gruson ii
roots grew well with vigorous root differentiation and development. For examp le, fresh and dry mass of root,
root activity, total root length and root surface area increased by 11416% , 4313% , 3811% , 46017% and
24614% , respectively, over that in the medium culture. The submergence condition in solution culture altered
the morphological and anatom ic structure of roots with smaller root diameter ( decreased from 0183 mm in me2
dium culture to 0151 mm in solution culture) , less cortex cell layers, enlarged intercellular space, and more
developed root aerenchyma, which m ight be beneficial to root resp iration and up take of nutrients and water. It
is concluded that still solution culture is an effective and rap id cultural technique for Ech inocactus g ruson ii.
Key words: Echinocactus gruson ii; Hydroponics; Plant growth; Root adap tability
金琥 ( Echinocactus gruson ii) 为仙人掌科金琥属观赏植物 , 俗称象牙球、无极球 , 原产墨西哥中
部干燥炎热的沙漠地区 (黄献胜和黄以琳 , 1999; 谢维荪和郭毓平 , 1999)。与多数肉质植物相似 ,
由于我国许多地区的气候不太适宜 , 金琥的生长速度较慢 , 在土壤或人工基质中生长的仙人球极易出
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现由于根系生长环境渍水而滋生病菌 , 从而导致根系腐烂、植株死亡 , 极大地限制了金琥生产的发展
(Hewitt, 1981; Charles, 2000; 谢维荪 , 2003)。如果能够建立一种金琥快速生长的栽培方法 , 来解
决其生长速度慢、病害发生严重和幼苗及大株植物成活率低等问题 , 对于推动金琥等肉质植物生产的
产业化将起到很大的作用。
林东教等 (2002)、刘士哲等 ( 2003)、罗健等 ( 2004) 的研究曾肯定了仙人球 ‘巨鹫玉 ’和
‘金晃 ’及观叶植物 ‘扎米莲 ’、‘玛丽安 ’等品种对静置水培的适应性。而关于水培对金琥的生长
及根系生物学特性的影响还鲜有研究报道。因此 , 本研究以常规基质栽培为对照 , 采用 5种不同营养
液配方静止水培金琥 , 通过对金琥植株的增质量、根系生物学特性及根系解剖结构的对比 , 以期探讨
静止水培作为金琥快速培育方法的可行性和金琥根系对水培方式的适应性机理 , 从而为金琥等肉质植
物水培生产的产业化提供理论依据。
1　材料与方法
111　试验材料
供试植物为仙人球金琥 ( Echinocactus g ruson ii) , 种球平均质量为 937162 g 。水培装置为直径
1615 cm 、高 1515 cm 的深蓝色塑料盆及与之匹配的定植筛 ; 基质栽培采用上口径为 1910 cm 、下口
径为 1310 cm 、高 1615 cm的白色塑料花盆。每盆均种植一株。试验在华南农业大学无土栽培技术研
究基地的大棚内进行。
112　试验方法
试验共设 6个处理 , 分别为 5种不同配方营养液 (表 1) 静止水培和常规基质栽培 (对照 )。8
次重复。静止水培每 28 d更换 1次营养液 , 每次加液 1 L。基质采用椰糠 ν 珍珠岩 ν 河沙 = 6∶2∶2
(体积比 ) 的复合基质 , pH 514, 电导率 ( EC) 为 0134 mS·cm - 1 , 有效氮、磷、钾分别为 58190、
2187、926116 mg·kg- 1 , 使用时按 2 g·L - 1加入 N - P2O5 - K2O为 15 - 15 - 15的复混肥混合均匀。
试验于 2003年 9月 19日开始 , 2004年 2月 28日结束 , 栽培时间 163 d。试验结束时测定金琥整
株鲜样质量 , 同时选取长势较一致的 4个重复进行剪根 , 采用称量法测定根系鲜样质量和干样质量 ;
采用α -萘胺法测定根活力 (张宪政 , 1992) ; 采用计算机图像分析软件 W inRH IZO扫描分析根系的
总长度、总表面积、直径 (曹爱琴 等 , 2002) ; 采用半薄切片法、显微镜 —电脑联机观察根系解剖结
构 (冯九焕 等 , 2001)。
表 1　供试营养液配方大量元素的组成和用量
Table 1　The com position of the nutr ien t solution form ulae (mmol·L - 1 )
处理
Treatments
总氮
Total N (NO3 - 2N + NH4 + 2N) H2 PO4 - 2P K + Ca2 + Mg2 + SO4 2 - 2S 养分总量Total nutrients
1 7185 (7123 + 0163) 0174 3195 2103 0189 1158 17104
2 7188 (6188 + 1100) 0174 4105 1195 0198 2101 17160
3 8142 (7177 + 0165) 0165 3196 1191 1102 1102 16197
4 7148 (7148 + 0100) 0159 2148 2150 1142 1142 15189
5 5152 (5100 + 0152) 0152 2197 1102 0149 0149 11101
　　注 : 各配方的微量元素组成和用量相同 (刘士哲 , 2001)。
Note: The composition and concentration of m icronutrients in all formulae are the same (L iu Shi2zhe, 2001) .
2　结果与分析
211　基质栽培和静止水培对金琥生物量的影响
试验期间 , 金琥在基质栽培和不同营养液配方的静止水培中均能正常生长。
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　3期 罗 　健等 : 金琥快速水培技术及其根系适应性的研究 　
从图 1所示的基质栽培和处理 3水培金琥的比较 , 可以直观地看出金琥在水培中球体和根系的长
势均好于基质栽培。
图 1　金琥基质栽培 (左 ) 和处理 3水培 (右 ) 长势的比较
F ig. 1　Ech inocactus gruson ii grown in m ed ium culture ( left)
and hydropon ics ( r ight)
金琥整株质量增加的情况 (表 2) 表明 , 处理 1、处理 2和处理 3的增加值接近且较大 , 配方 5
可能因总养分含量较少而效果稍差 , 基质栽培的最小。除处理 5外 , 其余 4个水培处理的整株增质量
均显著大于基质栽培。5个水培处理的平均增加率达到 4015%。由此可见 , 用适当的营养液配方静止
水培金琥可大大提高其生长速度。
表 2　不同处理金琥的生物量和根系生物学特性
Table 2　Plan t b ioma ss and root b iolog ica l character istics of Ech inocactus gruson ii in d ifferen t trea tm en ts
处理
Treatments
整株增加质量
Mass increased
per p lant
( g·p lant - 1 )
根系鲜样质量
Fresh mass
of root
( g·p lant - 1 )
根系干样质量
D ry mass
of root
( g·p lant - 1 )
根活力
Root activity
(μg·g - 1 ·
h - 1 )
总根长
Total root length
(m·p lant - 1 )
总根表面积
Total root
surface area
( cm2 ·p lant - 1 )
根平均直径
Mean root
diameter
(mm)
1 394189 a 16152 a 1111 b 56188 ab 74193 b 1 163182 b 0149 b
2 392113 a 18129 a 1114 b 46186 ab 70179 b 1 150178 b 0153 b
3 399161 a 18111 a 1131 ab 48135 ab 97149 a 1 517146 a 0150 b
4 357151 ab 18115 a 1134 a 66131 a 90123 ab 1 516124 a 0155 b
5 307148 bc 18122 a 1126 ab 54132 ab 77152 ab 1 201141 b 0149 b
基质栽培 263165 c 8132 b 0186 c 39149 b 14166 c 378115 c 0183 a
Medium culture
水培平均增加率 4015 11416 4313 3811 46017 24614 - 3813
Average increment
rate in hydropon2
ics (% )
　　注 : 整株增加质量数据为 8次重复平均值 , 其余数据为 4次重复平均值 ; 同列数据后具相同字母的表示差异不显著 (DMRT法 ,
P = 0105) ; 水培平均增加率 ( % ) = (5个水培处理的平均值 -基质栽培值 ) / 基质栽培值 ×100。
Note: The values of p lant mass are the means of 8 rep licates, other values are the means of 4 rep licates; Values with the same letter within a
column are not significantly different (DMRT method, P = 0105) ; Average increment rate in hydroponics ( % ) = (Average value of 5 hydroponic
treatments ∃ Value of medium culture) / Value of medium culture ×100.
金琥根系的生物量测定结果 (表 2) 表明 , 无论是鲜样质量还是干样质量 , 所有水培处理均显著
大于基质栽培 , 平均增加率分别为 11416%和 4313%。试验期间 , 水培处理的金琥在定植 7 d时即开
始长出新根 , 新根的分生能力较强 , 逐渐长成密集的根系 , 颜色白至淡黄。可见采用静止水培的方法
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园 　　艺 　　学 　　报 34卷
种植金琥 , 有利于根系的生长 , 可以促进养分和水分的吸收和有效利用 , 从而大大加速了金琥植株的
生长。
212　不同栽培方式对金琥根系生物学特性的影响
根活力是反映根系吸收功能的指标之一。金琥根活力的分析结果 (表 2) 表明 , 水培各处理间差
异不显著 , 但均大于基质栽培 , 平均增加率为 3811% , 其中处理 4显著大于基质栽培。这说明水培
条件下金琥根系的吸收功能强于基质栽培 , 能够更好的吸收养分和水分 , 从而使金琥的整株增长量较
大。
对金琥根系扫描分析的结果 (表 2) 表明 , 水培各处理根系的总根长和总根表面积均显著大于基
质栽培 , 平均增加率分别高达 46017%和 24614% ; 水培各处理间又以处理 3和处理 4显著较大。根
系的平均直径在水培各处理间差异不显著 , 但均显著小于基质栽培 , 根径由基质栽培的 0183 mm减
小至 0151 mm (5个水培处理的平均值 )。
进一步比较各级根系直径 (图 2) 可知 , 水培各处理的金琥根系在 < 015 mm直径范围内所占的
比值均最大 , 约为 60% ; 在 015～0175 mm和 0175～110 mm直径范围内的比值较小 , 约为 25%和
10% ; 而 > 110 mm直径范围的比值最小 , 仅约为 5%。基质栽培的金琥根系在上述 4个范围所占的
比值均约为 25%。这说明在水培条件下金琥根系的分生能力比在基质栽培中要强 , 根系周围生出许
多次一级侧根 , 次一级侧根又再分生 , 形成较密集的根群 , 因此根系平均直径虽然较小 , 但总根长和
总根表面积却大大增加 , 更有利于根系对养分和水分的吸收。
图 2　不同处理金琥根系直径分级情况
F ig. 2　C la ssif ica tion of root d iam eter of Ech inocactus gruson ii
in d ifferen t trea tm en ts
213　基质栽培和静止水培对金琥根系解剖结构的影响
在金琥栽培 163 d后 , 选取基质栽培和处理 3水培两个处理中有代表性植株上的一条完整的根
系 , 分别对其上、中、下 3个部位的横切面进行观察。结果表明 , 不同栽培方式下金琥根系的解剖结
构存在差异 (图 3)。
基质栽培中 , 金琥根系较粗 , 平均直径为 0183 mm; 根的表皮细胞老化、破皱并剥落 ; 皮层薄壁
细胞约为 4～5层 , 排列较为紧密 , 胞间孔隙较小 ; 自根尖往根基部 , 内皮层和凯氏带及中柱内的维
管束分化趋于完全 , 在图中清晰可见。
静止水培条件下 , 金琥根系变细 , 平均直径为 0151 mm; 根的表皮基本保存完好 , 皮层薄壁细胞
约为 2～3层 , 排列较为疏松 , 胞间孔隙增大 ; 内皮层和凯氏带及中柱内的维管束不如基质栽培的清
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　3期 罗 　健等 : 金琥快速水培技术及其根系适应性的研究 　
晰 , 部分中柱细胞解体形成气腔。静止水培中金琥根系结构的这些变化 , 一方面可使根系的通气组织
较发达 , 利于在淹水环境中正常生长 ; 另一方面可使根系对水分和养分的吸收和运输速度较快 , 利于
金琥地上部的快速生长。
图 3　不同栽培方式下金琥根系的横切面
F ig. 3　Root cross section of Ech inocactus gruson ii in d ifferen t culture m ethods
3　讨论与结论
311　金琥对静止水培的适应性
刘士哲等 (2003) 的研究认为仙人球 ‘巨鹫玉 ’和 ‘金晃 ’适于水培。本研究的结果也表明 ,
金琥在静置水培中能正常生长 , 且生长速度明显大于常规基质栽培。这是由于营养液中养分和水分供
给充足、均衡 , 能及时满足植株的需要。在静止水培中金琥根系分生能力较强 , 定植后不久即可长出
白色的新根 , 随着根系不断生长 , 根量增多、直径变小 , 原有老根逐渐老化脱落 , 新根代替老根进行
养分和水分的吸收和运输 , 从而使整株生物量得以较快增长。可见 , 金琥适宜采用静止水培的方式来
种植。
312　金琥根系对静止水培的适应性机理
水培条件下 , 金琥根系在生物学特性和解剖结构方面都发生了一系列显著变化。根系生物量、总
根长、总根表面积和根活力等均明显大于基质栽培 ; 解剖结构中 , 根系平均直径变细 , 皮层细胞层数
变少 , 细胞间隙变大 , 中柱通气组织较发达。金琥根系的这些变化一方面扩大了其与养分和水分的接
触面积 , 另一方面有利于根系呼吸及养分和水分的吸收和运输 , 这可能是金琥根系适应静止水培的机
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理之一。
313　金琥等仙人球水培的应用前景
金琥是近年来国内外较为流行的观赏花卉之一。不仅在园艺和园林领域广受欢迎 , 而且在化妆
品、医学等领域也越来越受到重视。而传统的栽培方式既不利于金琥的快速生长且易感染病害 , 静止
水培则以科学、简便、卫生的种植方式打破了传统的栽培方式 , 使金琥快速生长。本研究已明确了金
琥水培的可行性。市场调查表明 , 水培花卉将是今后包括肉质植物在内的花卉生产和出口的一个重要
方向。如果能够推广金琥等肉质植物水培这一快速培育技术 , 无疑将会大大提高花卉产业的经济效
益。
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