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降香黄檀(Dalbergia odorifera T. Chen)是豆科(Leguminosae)黄檀属(Dalbergia)的半落叶乔木,天然分布在海南全省,是我国名贵的乡土红木树种,目前已被列为极度濒危植物和国家Ⅱ级重点保护野生植物[1-3]。降香黄檀木材结构致密、纹理清晰、花纹美丽,心材具特殊芳香气味,是制作各种精美红木家具、工艺品的上等原料,经济价值非常高[4];其树干和根部可用于提取黄酮、橙花叔醇等多种次生代谢物,具抗菌、消炎、止痛、保健等多种功效[5-6],广泛应用于医疗医药行业。由于降香黄檀木材极为珍贵,南方各省纷纷发展其人工林,目前已被引种到广东、广西、福建、云南、浙江、四川、贵州等地种植[7-8]。
扦插繁殖具有保持母本优良性状、操作简单、经济易行等优点[9-10],是濒危树种扩繁的重要手段之一[11]。鉴于市场对优良降香黄檀苗木需求日益增大的现状,一些学者开展了扦插生根的尝试,如施福军等[12]研究发现,基质和采穗部位是影响生根效果的重要因素,最高生根率为56.67%;钟栎等[13]发现,采用1 500 mg·L−1 NAA+1 500 mg·L−1 IAA+500 mg·L−1抗坏血酸速蘸15~20 s的处理组合,降香黄檀成活率最高达85.2%。还有一些学者对影响降香黄檀扦插生根的生长调节剂[12]、扦插规格[14]等进行了初步研究,发现这些因素均显著影响其生根率。然而,这些研究多集中于对生根率影响的研究,缺乏有关降香黄檀扦插生根过程观察和繁殖效果(如生根数、根长、根粗、根质量、新梢等)的综合评价。本试验选择IAA和NAA 2种生长调节剂,设置不同浓度和不同的处理时间,研究降香黄檀扦插生根过程和繁殖效果,筛选出提高降香黄檀扦插生根率、提升根系和新梢质量的最佳处理组合,为降香黄檀扦插繁殖和规模化栽培提供科学依据。
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以IAA浓度(A)、NAA浓度(B)和浸泡时间(C)为试验因素进行L16(45)正交试验,每因素设置4个水平(表1)。采用随机区组试验设计,共16个处理,每个处理32根插穗,设置4次重复。
水平
Level试验因素 Experiment factor IAA浓度(A)
Concentration of IAA/(mg·L−1)NAA浓度(B)
Concentration of NAA/(mg·L−1)浸泡时间(C)
Soaking time1 0 0 10 s 2 250 250 1 min 3 500 500 30 min 4 750 750 1 h Table 1. Orthogonal factors and levels of D. odorifera cutting propagation
2020年5月,从生长健壮、无病虫害的苗木上采集枝条,剪成20 cm长的不带叶插穗,上端平切,下端斜切。插穗采集后用0.1%的多菌灵水溶液浸泡消毒,然后根据试验设计进行扦插。扦插后,覆盖塑料薄膜和遮阴网,每7~10 d使用0.1%的多菌灵水溶液消毒1次,同时补充水分以保持基质湿润,空气相对湿度保持在70%~80%。
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扦插后每隔7 d抽样拔出插穗,拍照记录根系和新梢发育状况。扦插80 d后统计生根插穗数、每条插穗的生根数和新梢数;测量最大根长、最大新梢长、总新梢长、根系和新梢干质量;使用LA-S万深根系扫描仪(上海中晶科技有限公司)测定根系总长度、直径、表面积和体积。计算生根率、平均根长和平均新梢长。 生根率=生根插穗数/总插穗数 × 100% 平均根长=总根长/生根数 平均新梢长=总新梢长/新梢数
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用极差值法衡量不同因素对各生根指标的影响,极差值(R)越大,表明该因素影响作用越大[15]。对各指标进行主成分分析,根据累积贡献率确定主成分个数[16]。使用隶属函数法对各处理的根系和新梢发育进行综合评价[17],某一主成分的隶属函数值计算公式为: U(Xj) = (Xj – Xjmin)/(Xjmax – Xjmin) 式中:U(Xj)为主成分的隶属函数值,X j为主成分值,Xjmin和Xjmax分别为主成分的最小值和最大值。 使用IBM SPSS Statistics 25和Microsoft Excel 2016软件对数据进行统计分析,对有显著差异的指标进行Duncan’s多重比较(ɑ = 0.05)。
2.1. 试验设计与试验过程
2.2. 生根及生长指标调查
2.3. 统计分析
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试验发现:降香黄檀插穗生根有多种类型,其中,完全的皮部生根插穗占总生根插穗的52.81%(图1a),完全的愈伤组织生根插穗仅占0.94%(图1b),兼具皮部和愈伤组织生根的混合生根插穗占46.25%(图1c)。对降香黄檀插穗繁殖过程进行观察发现:扦插10 d后,插穗基部切口处即开始形成少量愈伤组织(图2a),同时插穗上部开始萌芽(图2b);扦插20 d后,部分插穗生根,部分插穗处于愈伤组织生长阶段,并在基部切口周围形成大量愈伤组织(图2c),此时插穗的新梢开始展叶(图2d);扦插30 d后,插穗不定根和新梢继续生长并且不断增多(图2e、f);扦插80 d后,根系已经完全形成并不断生长(图2g),新梢仍在继续生长(图2h)。
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表2表明:扦插80 d后,各处理均有插穗生根,且生根率均超过60%,其中,有10个处理生根率超过90%,处理16的平均生根率最高(97.66%),其次是处理11和处理2(96.88%),处理4生根率最低(64.85%)。极差分析结果(表2)表明:在3个试验因素中,浸泡时间的R值最大(17.97),其次为IAA浓度(10.35),最后为NAA浓度(8.01),表明浸泡时间对降香黄檀扦插生根率的影响最大。
试验号
No.试验因素水平 Experiment factor level 生根率
Rooting
percentage/%IAA浓度(A)
Concentration
of IAANAA浓度(B)
Concentration
of NAA浸泡时间(C)
Soaking time1 1 1 1 84.38 ± 2.21 cd 2 1 2 2 96.88 ± 1.28 ab 3 1 3 3 89.85 ± 3.22 abc 4 1 4 4 64.85 ± 7.48 f 5 2 1 2 96.10 ± 1.50 ab 6 2 2 1 92.19 ± 1.56 abc 7 2 3 4 70.32 ± 5.18 ef 8 2 4 3 78.13 ± 4.60 de 9 3 1 3 96.10 ± 1.97 ab 10 3 2 4 85.94 ± 5.78 bcd 11 3 3 1 96.88 ± 1.28 ab 12 3 4 2 96.10 ± 0.78 ab 13 4 1 4 92.19 ± 2.02 abc 14 4 2 3 91.41 ± 2.34 abc 15 4 3 2 96.10 ± 1.97 ab 16 4 4 1 97.66 ± 2.34 a T1 83.99 92.19 92.78 T2 84.18 91.60 96.29 T3 93.75 88.28 88.87 T4 94.34 84.18 78.32 R 10.35 8.01 17.97 注:Ti(i = 1,2,3,4)表示各因素相应水平下的平均值,R为最大与最小水平间距;表中数值为平均值 ± 标准差;同列不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05),下同。
Notes:Ti (i = 1,2,3,4) showed the mean values under each factor level, R was the distance between maximum and minimum level. The values in the table were showed as means ± standard deviation. Different lowercase letters meant significant difference from each other (P < 0.05), the same followed below.Table 2. Rooting percentage and range analysis of D. odorifera cutting propagation under different treatments
方差分析结果(表3)表明:IAA浓度和浸泡时间以及IAA浓度与NAA浓度交互效应对生根率的影响极显著(P < 0.001),NAA浓度以及IAA浓度与浸泡时间交互效应对生根率的影响极显著(P < 0.01)。对3个因素的各水平进行多重比较分析,结果(表4)表明:IAA浓度、NAA浓度和浸泡时间中各水平对生根率的影响作用大小分别为:A4 > A3 > A2 > A1、B1 > B2 > B3 > B4、C2 > C1 > C3 > C4。由此可以确定,生根率的最佳处理组合为A4B1C2。
变异来源
Variance source根系发育指标Roots growth indices RP LR LLR NR MLR RDM DRS SRS VRS A 0.000*** 0.016* 0.014* 0.018* 0.030* 0.062 0.807 0.006** 0.007** B 0.006** 0.025* 0.340 0.000*** 0.440 0.136 0.044* 0.002** 0.001** C 0.000*** 0.048* 0.587 0.000*** 0.016* 0.008** 0.006** 0.000*** 0.000*** A × B 0.000*** 0.002** 0.381 0.000*** 0.028* 0.003** 0.035* 0.000*** 0.000*** A × C 0.001** 0.001** 0.280 0.000*** 0.221 0.016* 0.131 0.000*** 0.000*** 注:***表示试验因素在P < 0.001上差异极显著,**表示试验因素在P < 0.01上差异极显著,*表示试验因素在P < 0.05上差异显著;RP. 生根率;LR. 总根长;LLR. 最大根长;NR. 生根数;MLR. 平均根长;RDM. 根干质量;DRS. 根系直径;SRS. 根系表面积;VRS. 根系体积。下同。
Notes: *** indicated that the experimental factors were extremely significant at the P < 0.001 level, ** indicated that the experimental factors were great significant at the P < 0.01 level, * indicated that the experimental factors were significant at the P < 0.05 level. RP. Rooting percentage; LR. Length of roots; LLR. Length of longest root; NR. Number of roots; MLR. Mean length of roots; RDM. Root dry mass; DRS. Diameter of root system; SRS. Surface of root system; VRS. Volume of root system. The same followed below.Table 3. Variance analysis of different factors on D. odorifera cutting propagation
因素
Factors水平
Levels根系发育指标Roots growth indices RP/% LR/cm LLR/cm NR/条 MLR/cm RDM/g DRS/mm SRS/cm2 VRS/cm3 A 1 83.99 ± 3.62 b 96.26 ± 8.75 c 10.40 ± 0.68 ab 17.39 ± 1.31 c 6.09 ± 0.73 ab 0.02 ± 0.00 a 0.51 ± 0.02 a 14.13 ± 1.40 b 0.25 ± 0.03 bc 2 84.18 ± 3.14 b 125.00 ± 13.12 ab 11.45 ± 0.66 a 18.31 ± 1.86 bc 7.47 ± 0.73 a 0.04 ± 0.01 a 0.50 ± 0.02 a 18.70 ± 2.41 a 0.35 ± 0.06 a 3 93.75 ± 1.83 a 130.66 ± 10.78 a 12.15 ± 0.60 a 20.91 ± 1.47 a 6.46 ± 0.56 ab 0.03 ± 0.00 a 0.50 ± 0.02 a 18.85 ± 1.92 a 0.33 ± 0.04 ab 4 94.34 ± 1.18 a 101.63 ± 9.33 bc 9.44 ± 0.47 b 20.35 ± 0.89 ab 4.96 ± 0.45 b 0.02 ± 0.00 a 0.49 ± 0.02 a 13.98 ± 1.20 b 0.23 ± 0.02 c B 1 92.19 ± 1.51 a 93.68 ± 9.07 b 10.77 ± 0.70 a 15.34 ± 0.99 b 6.88 ± 0.97 a 0.02 ± 0.00 a 0.46 ± 0.01 b 12.17 ± 1.32 b 0.19 ± 0.02 b 2 91.60 ± 1.78 a 107.29 ± 12.19 ab 10.69 ± 0.69 a 19.94 ± 1.90 a 5.79 ± 0.60 a 0.03 ± 0.00 a 0.51 ± 0.02 a 16.70 ± 1.97 a 0.31 ± 0.05 a 3 88.28 ± 3.13 ab 123.81 ± 13.70 a 10.23 ± 0.66 a 20.56 ± 1.30 a 5.78 ± 0.49 a 0.04 ± 0.01 a 0.51 ± 0.02 a 18.67 ± 2.35 a 0.35 ± 0.06 a 4 84.18 ± 4.05 b 128.76 ± 6.31 a 11.76 ± 0.52 a 21.13 ± 0.99 a 6.53 ± 0.46 a 0.03 ± 0.00 a 0.52 ± 0.01 a 18.19 ± 1.21 a 0.31 ± 0.02 a C 1 92.78 ± 1.61 ab 108.07 ± 9.08 b 10.86 ± 0.58 a 16.83 ± 1.11 c 7.20 ± 0.73 a 0.02 ± 0.00 b 0.46 ± 0.01 c 14.18 ± 1.38 b 0.22 ± 0.02 b 2 96.29 ± 0.65 a 106.45 ± 9.58 b 11.00 ± 0.84 a 15.36 ± 1.04 c 7.22 ± 0.72 a 0.02 ± 0.00 b 0.48 ± 0.02 bc 14.65 ± 1.49 b 0.25 ± 0.03 b 3 88.87 ± 2.23 b 103.87 ± 9.68 b 10.21 ± 0.49 a 19.96 ± 0.81 b 5.14 ± 0.33 b 0.03 ± 0.00 b 0.51 ± 0.02 ab 15.39 ± 1.32 b 0.27 ± 0.03 b 4 78.32 ± 3.78 c 135.15 ± 14.10 a 11.37 ± 0.66 a 24.81 ± 1.48 a 5.42 ± 0.63 b 0.04 ± 0.01 a 0.54 ± 0.02 a 21.50 ± 2.48 a 0.42 ± 0.06 a Table 4. Multiple comparative and roots growth analysis of different levels on D. odorifera cutting propagation
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方差分析结果(表3)表明:IAA浓度显著(P < 0.05)影响总根长、最大根长、生根数和平均根长,极显著(P < 0.01)影响根系表面积和体积;NAA浓度显著(P < 0.05)影响总根长和根系直径,极显著(P < 0.01)影响生根数、根系表面积和体积;浸泡时间显著(P < 0.05)影响总根长和平均根长,极显著(P < 0.01)影响生根数、根干质量、根系直径、根系表面积和体积;IAA浓度与NAA浓度交互效应显著(P < 0.05)影响平均根长和根系直径,极显著(P < 0.01)影响总根长、根干质量、生根数、根系表面积和体积;IAA浓度与浸泡时间交互效应显著(P < 0.05)影响根干质量,极显著(P < 0.01)影响总根长、生根数、根系表面积和体积。对差异显著的各水平进行多重比较,结果(表4)表明:不同浓度的IAA处理中,A3的总根长、最大根长、生根数及根系表面积最大,且显著大于A1(最大根长除外);不同浓度的NAA处理中,B4的总根长、最大根长、生根数和根系直径最大,且显著大于B1(最大根长除外);不同的浸泡时间中,C4的总根长、最大根长、生根数、根干质量、根系直径、根系表面积和体积最大,且显著大于C1(最大根长除外)。
极差分析结果(表5)表明:生根数、根干质量、根系直径、根系表面积和体积均是浸泡时间的R值最大;最大根长和平均根长则是IAA浓度的R值最大;只有总根长是NAA浓度的R值最大。总根长、最大根长和生根数的最佳处理组合为A3B4C4,根系表面积的最佳处理组合为A3B3C4,根干质量和根系体积的最佳处理组合均为A2B3C4,平均根长的最佳处理组合为A2B1C2,根系直径的最佳处理组合为A1B4C4(表5)。
指标
IndexR值 Range value 排序
Rank最佳处理组合
Optimal level
combinationIAA浓度
Concentration of IAANAA浓度
Concentration of NAA浸泡时间
Soaking timeLR 34.40 35.08 31.29 B > A > C A3B4C4 LLR 2.70 1.53 1.16 A > B > C A3B4C4 NR 3.53 5.79 9.45 C > B > A A3B4C4 MLR 2.51 1.11 2.08 A > C > B A2B1C2 RDM 0.01 0.01 0.02 C > A=B A2B3C4 DRS 0.02 0.06 0.08 C > B > A A1B4C4 SRS 4.81 6.50 7.32 C > B > A A3B3C4 VRS 0.12 0.16 0.20 C > B > A A2B3C4 NS 0.21 0.41 0.54 C > B > A A2B1C2 LLS 2.76 2.01 1.68 A > B > C A3B2C4 MLS 1.87 1.84 1.98 C > A > B A3B4C4 SDM 0.10 0.04 0.06 A > C > B A3B3C4 注:NS. 新梢数;LLS. 最大新梢长;MLS. 平均新梢长;SDM. 新梢干质量。下同。
Notes: NS. Number of shoots; LLS. Length of longest shoot; MLS. Mean length of shoots; SDM. Shoot dry mass. The same followed below.Table 5. Range analysis of different factors on D. odorifera cutting propagation
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方差分析结果(表6)表明:IAA浓度对最大新梢长和新梢干质量影响显著(P < 0.05);NAA浓度和浸泡时间对所有新梢指标的影响均不显著(P > 0.05);IAA浓度与NAA浓度的交互效应和IAA浓度与浸泡时间的交互效应均对最大新梢长、平均新梢长和新梢干质量的影响显著(P < 0.05)。对差异显著的各水平进行多重比较,结果(表7)表明:不同浓度IAA处理中,A3的最大新梢长和新梢干质量最大,显著高于A1和A4。
变异来源
Variance source新梢发育指标 Shoots growth indices NS LLS MLS SDM A 0.775 0.027* 0.187 0.012* B 0.351 0.251 0.179 0.557 C 0.135 0.396 0.227 0.260 A × B 0.441 0.014* 0.036* 0.015* A × C 0.670 0.010* 0.031* 0.025* Table 6. Variance analysis of different factors on D. odorifera cutting propagation
对扦插80 d后的新梢发育指标进行极差分析,结果(表5)表明:新梢数和平均新梢长是浸泡时间的R值最大;最大新梢长和新梢干质量是IAA浓度的R值最大。新梢数的最佳处理组合为A2B1C2,最大新梢长的最佳处理组合为A3B2C4,平均新梢长的最佳处理组合为A3B4C4,新梢干质量的最佳处理组合为A3B3C4(表5)。
因素
Factors水平
Levels新梢发育指标Shoots growth indices NS/个 LLS/cm MLS/cm SDM/g A 1 2.40 ± 0.16 a 15.77 ± 0.75 b 12.81 ± 0.68 a 0.31 ± 0.02 bc 2 2.61 ± 0.14 a 17.09 ± 0.71 ab 13.77 ± 0.62 a 0.35 ± 0.02 ab 3 2.59 ± 0.18 a 18.15 ± 0.94 a 14.29 ± 1.00 a 0.38 ± 0.03 a 4 2.59 ± 0.16 a 15.39 ± 0.69 b 12.42 ± 0.57 a 0.28 ± 0.02 c B 1 2.78 ± 0.13 a 15.59 ± 0.54 a 12.05 ± 0.49 a 0.31 ± 0.02 a 2 2.50 ± 0.18 a 17.60 ± 0.79 a 13.87 ± 0.69 a 0.34 ± 0.03 a 3 2.55 ± 0.14 a 16.63 ± 0.93 a 13.49 ± 0.81 a 0.35 ± 0.02 a 4 2.36 ± 0.19 a 16.59 ± 0.91 a 13.89 ± 0.89 a 0.32 ± 0.03 a C 1 2.51 ± 0.15 a 15.78 ± 0.64 a 12.32 ± 0.58 a 0.31 ± 0.02 a 2 2.86 ± 0.19 a 16.42 ± 1.01 a 13.21 ± 1.00 a 0.32 ± 0.03 a 3 2.49 ± 0.14 a 16.74 ± 0.47 a 13.45 ± 0.46 a 0.32 ± 0.02 a 4 2.33 ± 0.13 a 17.46 ± 1.00 a 14.31 ± 0.80 a 0.37 ± 0.04 a Table 7. Multiple comparative and shoots growth analysis of different levels on D. odorifera cutting propagation
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对降香黄檀扦后的根系和新梢发育各指标进行主成分分析,结果(表8)表明:根据累积贡献率 ≥ 85%确定本试验的主成分为5个,贡献率分别为50.991%、16.116%、11.065%、5.748%和4.870%,累积贡献率为88.790%,因此,可选取5个主成分来反映降香黄檀的扦插繁殖效果。第1主成分为最重要的主成分,特征向量中荷载较高的为根系表面积、根系体积和总根长;第2主成分荷载较高的是平均根长、新梢数和最大根长。各主成分的表达式为:
主成分
Principal
component特征值
Eigenvalue贡献率
Contribution
rate/%累积贡献率
Accumulative
contribution rate/%PC1 6.119 50.991 50.991 PC2 1.934 16.116 67.107 PC3 1.328 11.065 78.172 PC4 0.690 5.748 83.920 PC5 0.584 4.870 88.790 Table 8. Principal component analysis of cutting propagation indexes of D. odorifera
F1 = 0.21X1 + 0.36X2 + 0.27X3 + 0.17X4 + 0.32X5 + 0.22X6 + 0.38X7 + 0.37X8 − 0.10X9 + 0.30X10 + 0.29X11 + 0.33X12
F2 = − 0.49X1 + 0.35X3 + 0.54X4 − 0.29X6 − 0.10X8 + 0.42X9 − 0.10X11 + 0.23X12
F3 = 0.18X1 + 0.14X2 + 0.16X5 + 0.34X6 + 0.19X7 + 0.21X8 + 0.48X9 − 0.46X10 − 0.54X11
F4 = − 0.23X1 - 0.20X2 − 0.39X3 − 0.39X4 + 0.20X5 + 0.14X6 + 0.56X9 + 0.37X10 + 0.18X11 + 0.23X12
F5 = − 0.39X1 − 0.20X3 + 0.39X4 − 0.17X5 + 0.72X6 − 0.14X9 + 0.14X11 − 0.21X12
式中:X1为生根数,X2为总根长,X3为最大根长,X4为平均根长,X5为根干质量,X6为根系直径,X7为根系表面积,X8为根系体积,X9为新梢数,X10为最大新稍长,X11为平均新稍长,X12为新梢干质量。
采用模糊数学中的隶属函数法,选取与降香黄檀扦插生根相关的5个主成分,对16个扦插处理的根系和新梢发育指标进行隶属函数值(U)评价,U值越大,表明扦插后的根系和新梢发育越好(表9):U = 0.574U1 + 0.181U2 + 0.125U3 + 0.065U4 + 0.055U5,式中,U1~U5分别表示5个主成分的隶属函数值。最后对降香黄檀扦插繁殖效果(生根率、根系和新梢发育)进行综合评价,生根率的权重占50%,其他指标的权重共占50%,结果(表9)表明:16个处理中,扦插繁殖效果排名前25%的处理依次为:处理12(500 mg·L−1 IAA+750 mg·L−1 NAA+1 min)、处理16(750 mg·L−1 IAA+750 mg·L−1 NAA+10 s)、处理5(250 mg·L−1 IAA+1 min)和处理11(500 mg·L−1 IAA+500 mg·L−1 NAA+10 s),生根率分别为96.10%、97.66%、96.10%和96.88%。
处理
Treatment生根率隶属函数值
Subordinate function
values of RP根系和新梢发育指标隶属函数值
Subordinate function values of root and shoot development扦插繁殖综合评价
Comprehensive evaluation of
cuttings propagation排名
RangeU1 U2 U3 U4 U5 U 1 0.60 0.13 0.78 0.31 0.74 0.84 0.35 0.47 13 2 0.98 0.06 0.61 0.00 1.00 0.76 0.25 0.61 5 3 0.76 0.19 0.37 0.25 0.79 0.58 0.29 0.53 11 4 0.00 0.24 0.15 0.45 0.63 0.27 0.28 0.14 16 5 0.95 0.22 1.00 0.30 0.68 1.00 0.44 0.70 3 6 0.83 0.00 0.67 0.10 0.94 0.83 0.24 0.54 10 7 0.17 1.00 0.12 1.00 0.00 0.27 0.74 0.45 14 8 0.40 0.36 0.34 0.50 0.57 0.39 0.39 0.40 15 9 0.95 0.10 0.40 0.13 0.90 0.53 0.23 0.59 7 10 0.64 0.76 0.00 0.81 0.20 0.00 0.55 0.60 6 11 0.98 0.32 0.52 0.46 0.59 0.56 0.40 0.69 4 12 0.95 0.62 0.67 0.60 0.32 0.72 0.61 0.78 1 13 0.83 0.01 0.34 0.18 0.94 0.48 0.17 0.50 12 14 0.81 0.26 0.17 0.35 0.72 0.38 0.29 0.55 9 15 0.95 0.01 0.30 0.30 0.90 0.47 0.18 0.57 8 16 1.00 0.47 0.33 0.55 0.43 0.43 0.45 0.72 2 Table 9. Comprehensive evaluation of D. odorifera cuttings propagation