Epicormic axillary bud induction and propagation of Dendrobium officinale

试验地位于海南省儋州市海南大学（儋州校区）新农科实践基地（19.51 ° N ，109.50 ° E）。该区域属于热带湿润季风气候，全年高温，干湿季分明，年平均气温为23.5℃，年温差较小，年日照时数2 400 ～ 2 600 h，年降水量900～ 2 200 mm，年均降水量1 815 mm。雨季集中在5—10月，旱季集中在11月至翌年4月。

本试验选用5年生、健壮、无病虫害的铁皮石斛茎条，共180条。茎条外观形态均一，平均长度为（33±2） cm，茎粗为（0.45±0.10） cm，节间数为（22±1）个，无叶片及侧芽。试验试剂包括：吲哚乙酸（IBA，购于翌圣生物科技股份有限公司）、萘乙酸（NAA，购于北京酷来搏科技有限公司）、ABT1号（购于北京艾比蒂生物科技有限公司）。

本研究在前期林下附生种植试验及单因素预试验基础上，采用三因素三水平正交试验设计（表1），探究茎条部位（A）、植物生长调节剂种类（B）及植物生长调节剂浓度（C）对催芽效果的影响。各因素水平设置见表1。根据L₉（3³）正交表安排，共形成9个处理组合（表2）。每个处理组合重复3次，每次重复使用20个茎条，共计540个茎段。

茎条截取分割：将茎条用洁净流水充分冲洗以去除表面杂质，晾干后，使用经高温灭菌的锋利刀片，将每条完整茎条自上而下等分为3段。上段（A1）为基部起第16～21节间（茎条顶端第1～2节间茎粗<0.35 cm的不予采用），中段（A2）为基部起第8～15节间，下段（A3）为基部起第1～7节间，分割后按部位分别放置。

消毒与失水：将各部位茎段分别浸入体积分数为80%的多菌灵可湿性粉剂500倍液中消毒10 min，取出后于通风荫蔽处晾干表面水分。随后，将其平铺于荫棚内，在自然通风、不供水的条件下进行为期3 d的适度失水处理。

植物生长调节剂处理：按正交试验设计（表2），配制相应质量浓度的（IBA、NAA、ABT1号）植物生长调节剂溶液。将失水处理后的茎段于对应植物生长调节剂溶液中浸泡15 min，取出后沥干。激素处理时间的确定基于前期预实验结果。在设定的5、10、15、20 min浸泡梯度中，15 min处理下茎条的抽芽率最高，且新芽生长状况良好；处理时间短于15 min效果欠佳，长于20 min（尤其在使用IBA 200 mg·L⁻¹、NAA 200 mg·L⁻¹ 及ABT1号 750 mg·L⁻¹ 时）抽芽率显著低于空白对照，表现出抑制作用。因此，本研究正式试验统一处理时长为15 min。

培养管理：处理后的茎段平铺放置于荫棚内的育苗床架上。培育期间，每2天均匀喷水1次，保持茎段表面湿润但不积水。

环境条件：实验时间从2025年9月15日至11月15日，放置于自然通风的荫棚下。培养期间环境温度为25～30℃，空气相对湿度为65%～75%。

铁皮石斛茎条催芽培养60 d后对其各项生长指标进行调查统计。统计各处理中抽芽茎段数（芽高≥1.0 cm视为有效抽芽），计算抽芽率。

其中，Ns为在统计周期内，达到抽芽标准的茎段总数，Nt为本试验组初始投入的、有效的茎段总数。

生长与生根指标：每个处理选取已抽芽的茎段，测量新芽的芽高、芽粗、节间数、叶片数、叶长、叶宽，以及新根的数量、根长和根粗。

为综合评估各处理在抽芽率、新芽生长及生根等10项指标上的整体表现，采用综合加权评分法^[24]进行分析。根据试验结果，得到方案集对指标集的评价矩阵 $ X={（{{X}_{ij}}）}_{n\times m} $。其中，试验方案i对指标j试验值为x_ij；n为试验方案数量，n=9；m为（1）抽芽率、（2）新芽高、（3）新芽粗、（4）节间数、（5）叶片数、（6）叶长、（7）叶宽、（8）新根数（9）新根长、（10）新根粗，共10个试验评价指标，m=10。为了消除各指标间的不可公度性，将评价矩阵X进行标准化处理，评价指标越大越好，采用公式（2），最终得到评价矩阵Z=$ {（{{Z}_{ij}}）}_{n\times m} $。

在此试验中，根据上述10个指标的重要性设定各项指标的主观权重，得到主观权重向量$ \alpha = $[0.45，0.10，0.05，0.05，0.05，0.05，0.05，0.10，0.05，0.05]^T。采用熵值法，如公式（3）所示，得到各指标的客观权重$ \beta = $[0.10，0.18，0.08，0.08，0.11，0.12，0.10，0.06，0.11，0.06]^T。

式中，$ {p}_{ij}=\dfrac{{Z}_{ij}}{\displaystyle\sum\limits_{i=1}^{n}{Z}_{ij}} $，$ \text{当}{p}_{ij}=0\text{时，定义}{p}_{ij}\ln {p}_{ij}=0 $（i=1，2，3，…，n；j=1，2，3，…，m）最后，由优化决策模型公式（4）得到各项指标的综合权重。

式中，μ 为偏好系数，0<μ<1，取 μ=0.5 得到各项指标的综合权重向量$ \omega = $[0.27，0.14，0.06，0.07，0.08，0.09，0.07，0.08，0.08，0.06]^T。由综合加权评分公式（公式5）得到最终各项指标的综合评分向量f。

所有数据采用Excel 2021进行初步整理，采用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA），并用LSD法、Duncan法进行组间多重比较（P < 0.05）。同时，对正交试验结果进行极差分析和方差分析，以确定各因素的主次影响及显著性。最后，采用综合加权评分法对方案进行优选。图表使用GraphPad Prism 10.0软件绘制。

由表3可知，当茎条部位、植物生长调节剂种类、植物生长调节剂浓度条件相同时，各重复之间的铁皮石斛茎段抽芽率无显著差异。不同催芽处理组合间，铁皮石斛茎段抽芽率存在显著差异（P < 0.01），处理9（A3B3C2）的抽芽率最高，达到92.33%±2.17%，其次是处理8，抽芽率为78.29%±3.91%，与处理9呈现显著差异。抽芽率高于70%的组合还有处理6，抽芽率为73.93%±0.65%，与处理9呈现显著差异，与处理8无显著差异。处理1、2、3、5茎段抽芽率低于60%，处理1的抽芽率最低，仅为38.37%±2.21%。这表明，选择恰当的参数组合能极大幅度地提升铁皮石斛茎段的催芽效果。

极差分析表明（表3），各因素对抽芽率的影响主次顺序为：茎条部位（A, R=46.62）> 植物生长调节剂浓度（C, R=13.44）> 植物生长调节剂种类（B, R=11.71）。根据各因素水平均值（k1, k2, k3）比较，最优水平组合为A3（下段）、B3（ABT1号）、C2（500 mg·L⁻¹）。

由于2.1.1得到的最佳组合并未出现在正交试验设计的9个处理组合中，为验证结论中的最佳组合是否具有较高的可行性，设置相同的催芽条件进行验证，结果显示，该试验组合的茎段抽芽率为93.19%±2.66%，高于正交试验设计中其他9个处理组合的最高值，说明按照正交试验设计得到的最佳试验组合A3B3C2是科学且有效的。

对各因素的各水平进行多重比较，结果如图1所示，茎条部位采用下段时抽芽率高；植物生长调节剂种类使用ABT1号时抽芽率高；植物生长调节剂浓度使用中梯度水平时抽芽率高。由表4可知，各催芽因素对铁皮石斛茎段抽芽率的影响因素贡献顺序依次为：茎条部位（F=188.622）、植物生长调节剂质量浓度（F=73.186）、植物生长调节剂种类（F=58.953）。同时，茎条部位对大部分生长指标（平均新芽高、平均节间数、平均节间数、平均叶片数、平均叶长、平均叶宽、平均新根数、平均新根长）均有显著影响，说明茎条部位对高位芽的诱导效率和质量，均具有非常重要的作用。相反，植物生长调节剂浓度的影响则大多不显著。

Figure 1.  Comparison of average sprouting rates among different levels of each factor

综合对各处理组新芽生长量的测定结果发现，不同催芽处理对铁皮石斛新芽的形态构建与叶片发育的影响均存在显著差异（图2-A–F； 表4）。具体表现为：在芽体形态方面，平均新芽高受茎条部位与激

Figure 2.  Comparison of various growth parameters in Dendrobium officinale stems

素种类的极显著影响（P < 0.01），处理9的芽高最大，达（3.20±0.95） cm；平均新芽粗则主要受植物生长调节剂种类与浓度的显著影响（P < 0.01），处理5的芽粗最大，达（0.28±0.02） cm，而茎条部位的影响不显著；平均节间数仅受茎条部位的显著影响（P < 0.01），处理8的节间数最多，达（2.92±0.22）个。在叶片发育方面，平均叶片数受茎条部位与植物生长调节剂种类的极显著影响（P < 0.01），处理9的叶片数最多（3.96±0.32）片，；平均叶长与平均叶宽均受茎条部位与植物生长调节剂种类的显著影响（P < 0.05），其中处理9的叶长最大（2.26±0.47）cm，而处理4的叶宽最大，达（0.41±0.06） cm，植物生长调节剂质量浓度对上述叶片指标的影响均不显著。总体来看，处理9（A3B3C2）在芽高、叶片数、叶长等多项形态指标上表现最优，表明下段茎条配合500 mg·L⁻¹ABT1号处理能有效促进新芽的生长发育，如图3所示。

Figure 3.  Growth status of new buds in Dendrobium officinale stem segments under bud-forcing treatment 9 (A3B3C2)

不同催芽处理对新芽根系生长的影响也存在差异（图2-G–I；表4）。新根数量受茎条部位、植物生长调节剂种类及浓度3因素的极显著影响（P<0.01），其中处理9的新根数最多，达（3.98±0.27）条。新根长度则主要受茎条部位与植物生长调节剂种类的显著影响（P<0.05），处理9的根长最长，为（2.12±0.13） cm，而植物生长调节剂浓度的影响不显著。对于新根粗度，植物生长调节剂种类与浓度对其有极显著影响（P < 0.01），处理5的根粗最大（0.14±0.01 cm），如图4所示，但茎条部位的影响不显著，且各处理间根粗变异较小。综合来看，处理9（A3B3C3）在促进新根数量与长度方面表现最优。

Figure 4.  Growth status of adventitious roots in Dendrobium officinale stem segments under bud-forcing treatment 5 (A2B2C2)

为综合评估各处理在抽芽率、新芽生长及生根等10项指标上的整体表现，采用综合加权评分法进行分析，根据各个指标方差分析的平均值结果得到X矩阵，根据公式（2）得到矩阵Z，根据公式（3）、（4）、（5）计算得到各处理的综合评分及排名见表5。

处理9（A3B3C2）的综合评分最高（0.917），表现最优；处理1（A1B1C1）评分最低（0.13）。基于综合评分的方差分析（表6）表明，茎条部位对综合评分具有显著影响（P < 0.05），而植物生长调节剂种类与浓度的影响未达显著水平。各因素对综合效果的影响主次顺序为：茎条部位＞植物生长调节剂种类＞ 植物生长调节剂质量浓度。该结果与单指标分析中茎条部位的关键作用一致，进一步确认A3B3C2（下段茎条、ABT1号、500 mg·L^-1）为兼顾高抽芽率与优质成苗的综合最优组合。

本研究通过正交试验法系统研究了铁皮石斛茎段高位芽诱导的关键技术参数，明确了各因素对抽芽率及新芽生长的主次影响。试验结果表明，茎条部位是决定催芽效果的首要因素^[25]，其下段（A3）因养分储备充足、芽原基发育成熟，表现出最优的萌发潜力，这一发现通过方差分析得以确认（F=188.622, P < 0.01），为传统经验提供了数据支持。在植物生长调节剂方面，ABT1号（B3）在中等质量浓度（C2，500 mg·L⁻¹）下效果最佳，符合植物生长调节剂“低浓度促进、高浓度抑制”的普遍作用规律^[19][22-23]。最终确定最优组合为A3B3C2，其验证抽芽率达93.19%±2.66%，显著高于张志勇、陈艺荃等报道的传统扦插育苗抽芽率（约80%）^[14][25]，也优于佘娜等^[5]采用单一植物生长调节剂处理的成活率，说明正交设计能有效整合多因素优势。

尽管本研究通过正交试验明确了茎条部位、植物生长调节剂浓度与种类对铁皮石斛高位芽诱导的关键影响，并筛选出高效催芽方案，但仍存在若干局限值得深入探讨。首先，在试验条件的普适性方面存在局限：本试验仅在海南儋州这一典型热带气候区开展，尚未系统量化温湿度、光照强度等关键环境因子对不同处理组合的交互影响，因此所得技术方案在不同生态区域（如亚热带季风区、暖温带山区）的适应性仍需进一步验证；同时，技术参数的普适性与精准性有待进一步验证。本研究使用的茎条材料为5年生，未涵盖其他生长年限，其最佳催芽水平可能随年龄变化，此外，ABT1号的最优质量浓度虽确定为500 mg·L⁻¹，但在其临近区间（500～750 mg·L⁻¹）的精细效应尚未明确，未来可通过更精细的浓度梯度实验加以优化。其次，本研究聚焦于催芽阶段的形态建成，对催芽所得种苗的长期农艺性状（如抗逆性、产量）以及关键药用成分（如多糖、生物碱）的动态积累缺乏追踪数据。未来研究可在以下方向深入：其一，集成环境控制因子，建立基于光温水气智能调控；其二，在ABT1号500～750mg·L⁻¹质量浓度区间内以50 mg·L⁻¹为1个梯度，验证500 mg·L⁻¹是否为5年生铁皮石斛茎条催芽的最优浓度水平，同时设置3～7年生不同年龄梯度的茎条材料，探究不同年龄梯度下铁皮石斛茎条使用ABT1号作为植物生长调节剂的最佳催芽水平，从而进一步推动建立标准化催芽生产体系；其三，开展长期定点监测，综合评价本技术所产种苗在仿野生栽培模式下的生长发育规律与最终药材品质；其四，深入机理探索，从分子水平解析下段茎条高萌发率及ABT1号作用的关键信号通路与基因表达调控网络，为技术优化提供理论依据。后续可进一步开展相关研究，系统评价不同催芽方案所得高位芽在模拟林下环境中的附生定植能力与根系适应性。