霧培法生產(chǎn)馬鈴薯微型薯技術(shù)的研究

劉峰 齊瑞鋒 張明宇 孫鴻

(吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，吉林 長春 130022)

引言

馬鈴薯營養(yǎng)價(jià)值高、適應(yīng)力強(qiáng)、產(chǎn)量大，目前已成為僅次于水稻、小麥和玉米的全球第4大糧食作物，在人類生活中占有重要地位[1]。馬鈴薯種植廣泛，特別是近年來隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，馬鈴薯種植產(chǎn)業(yè)廣受關(guān)注。由于馬鈴薯的繁殖方式依靠塊莖，而塊莖在生長期間容易被病原體侵染，如果種薯含有病毒將會(huì)造成嚴(yán)重減產(chǎn)，只有將種薯內(nèi)的病毒去除，才能防止馬鈴薯的“退化”，目前的研究顯示，使用脫毒種薯一般可提高馬鈴薯產(chǎn)量30%～50%，因此在馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中脫毒種薯的生產(chǎn)成為關(guān)鍵[2]。本文對(duì)目前馬鈴薯微型種薯的生產(chǎn)現(xiàn)狀及比較先進(jìn)的霧培法生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行綜述。

1 馬鈴薯微型薯生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前主要的馬鈴薯脫毒種薯生產(chǎn)方式有2種，利用無土基質(zhì)對(duì)種薯進(jìn)行栽培；利用營養(yǎng)液噴霧來栽培種薯，即通常所說的霧培法。

無土基質(zhì)栽培的脫毒馬鈴薯原種栽培技術(shù)從20世紀(jì)70年代開始在我國推廣，該技術(shù)利用網(wǎng)棚和基質(zhì)栽培模式生產(chǎn)，整體方法與傳統(tǒng)的土壤栽培技術(shù)接近、易于掌握，因此很受農(nóng)民歡迎，在許多地區(qū)得到推廣，在目前的馬鈴薯種植中仍有廣泛使用。無土基質(zhì)栽培一般以草炭、蛭石、砂子或珍珠巖材料等為基質(zhì)，定期澆灌營養(yǎng)液，馬鈴薯植株單株結(jié)薯能夠達(dá)到2～3粒，每粒重量1～3g不等?；|(zhì)栽培技術(shù)在使用過程中也存在一些問題，如繁殖倍數(shù)低，基質(zhì)昂貴需要滅菌，且基質(zhì)來源不足、質(zhì)量參差不齊、產(chǎn)量較低等。

霧培法生產(chǎn)馬鈴薯微型種薯是目前最為先進(jìn)的一種方法。霧培這個(gè)名詞由拉丁詞aero(空氣)和ponic(工作)衍生而來，是指在不使用土壤或基質(zhì)條件下，在空氣或薄霧環(huán)境中種植植物的一種方法[3]。霧培法生產(chǎn)脫毒馬鈴薯種薯是指將馬鈴薯植株根系置于黑暗和無土的條件下，通過霧培設(shè)備將營養(yǎng)液霧化后，定時(shí)定量的對(duì)植株進(jìn)行噴灑，為其提供生長所必需的水分和營養(yǎng)，從而使植株迅速生長并達(dá)到縮短生育期、提前結(jié)薯、提高植株結(jié)薯率的效果?；|(zhì)栽培法是在主匍匐莖上形成微型薯，而霧培法栽培時(shí)馬鈴薯會(huì)在主匍匐莖的結(jié)節(jié)處形成大量的二級(jí)分枝匍匐莖，此時(shí)微型薯在二級(jí)分枝匍匐莖上大量形成，繁殖倍數(shù)高，單株結(jié)薯有數(shù)十粒，可達(dá)800～1000?！-2。而且霧培法由于可避免土壤中病原菌及病毒的傳遞環(huán)節(jié)，微型薯的質(zhì)量也大大提高。近年來，霧培法生產(chǎn)馬鈴薯種薯日益受到關(guān)注，如1998年吉林省蔬菜花卉研究所的姜潤田等利用霧培法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)脫毒馬鈴薯小薯，經(jīng)過多年的試驗(yàn)與應(yīng)用，效果良好，深受廣大用戶和專家的好評(píng)[4]。2017年甘肅省莊浪縣也開展了霧培脫毒馬鈴薯原種的多項(xiàng)研究，并相繼針對(duì)培養(yǎng)液等方面進(jìn)行了培養(yǎng)條件的優(yōu)化[5]。

總的來說，霧培法采用工廠化生產(chǎn)脫毒馬鈴薯種薯，生產(chǎn)設(shè)備占地少、操作簡單、自動(dòng)化程度較高、運(yùn)行安全可靠，在生產(chǎn)管理方面具有優(yōu)勢；而且，霧培法中營養(yǎng)液無污染，可循環(huán)噴灑利用，微型種薯還可以進(jìn)行多次采摘，有效地提高了工作效率，并降低了生產(chǎn)成本。另外，由于在溫室內(nèi)生長，控制了晚疫病的發(fā)生，延長了生長時(shí)間，進(jìn)而提高了馬鈴薯微型種薯的產(chǎn)量與質(zhì)量，效益優(yōu)勢明顯，因此在全國范圍內(nèi)逐漸得到認(rèn)可。

2 霧培法生產(chǎn)馬鈴薯微型薯的研究

2.1 前期育苗

前期育苗是霧培法生產(chǎn)馬鈴薯微型薯的關(guān)鍵。研究顯示，育苗應(yīng)選擇生長旺盛、再生能力強(qiáng)的試管苗作為材料，盡量不使用生理老化苗，以保障后期出苗質(zhì)量好、緩苗快、成活率高，可以使用生根劑促進(jìn)試管苗生根發(fā)育。為了提高試管苗移栽后的成活率，移栽前建議在溫室進(jìn)行光、溫?zé)捗纾蕴岣咴嚬苊绲倪m應(yīng)性。育苗時(shí)選取營養(yǎng)全面且具有較好保水、保肥能力，同時(shí)透氣性良好的無菌基質(zhì)，如富含有機(jī)質(zhì)的營養(yǎng)土、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的蛭石基質(zhì)等均可用于脫毒馬鈴薯的育苗[6,7]。

試管苗經(jīng)煉苗后小心移至培養(yǎng)基質(zhì)中，建議根據(jù)育苗季節(jié)的不同采取通風(fēng)遮陽或搭建地膜拱棚等方式進(jìn)行濕度和溫度的控制，以促進(jìn)發(fā)根緩苗。育苗期間的溫度最好控制在白天20～30℃，夜間不低于10～15℃，光照時(shí)間適當(dāng)延長有利于幼苗的生長。幼苗成活后，注意控水及施肥，保持土壤潮濕但水分不可過多，避免幼苗徒長，當(dāng)苗齡達(dá)到20～25d時(shí)，即可用于后期定植。

2.2 霧培法設(shè)備

馬鈴薯微型薯的生產(chǎn)一般在霧培溫室內(nèi)進(jìn)行，由多種設(shè)備設(shè)施組成的復(fù)合體系完成。包括相應(yīng)的馬鈴薯栽培溫室、植株培養(yǎng)槽、營養(yǎng)液供給及控溫系統(tǒng)等。

馬鈴薯栽培溫室由溫室主體、溫控系統(tǒng)、遮陽設(shè)施、通風(fēng)設(shè)施等組成，工作人員可以通過這些設(shè)施來調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的溫度、濕度以及光照強(qiáng)度和光照時(shí)長，為馬鈴薯微型薯植株的生長提供適宜的外部氣候條件。培養(yǎng)槽由槽體框架、保溫槽及回水部件等構(gòu)成，培養(yǎng)槽的假植板與保溫槽體圍成的密閉、遮光的密閉空間為馬鈴薯微型薯氣霧栽培提供根際生長環(huán)境，并保證了馬鈴薯種薯在黑暗的環(huán)境下生長，避免接觸光線使種薯產(chǎn)生毒素而不能用于后續(xù)的種植環(huán)節(jié)。營養(yǎng)液供給系統(tǒng)包括供液泵、供液管路、電磁閥、回水管路、消毒裝置及噴灑裝置等，供液系統(tǒng)按照控制系統(tǒng)指令，根據(jù)植株生長需要調(diào)整營養(yǎng)液的噴灑量與噴灑時(shí)間，為馬鈴薯微型薯的生長提供適宜的營養(yǎng)和水分等。營養(yǎng)液溫控系統(tǒng)包括營養(yǎng)液池、溫控器、加熱及制冷機(jī)組等，營養(yǎng)液溫控系統(tǒng)通過控制營養(yǎng)液的溫度保證馬鈴薯微型薯在適宜的溫度下生長。

2.3 霧培法的培養(yǎng)液

馬鈴薯微型薯霧培法生產(chǎn)研究中營養(yǎng)液是技術(shù)的核心，馬鈴薯植株只有處于合適的營養(yǎng)液中才能獲得理想的產(chǎn)量和質(zhì)量[8]。研究顯示，不同的營養(yǎng)液配方對(duì)馬鈴薯脫毒植株的生長、發(fā)育及微型薯的產(chǎn)量和質(zhì)量都具有重要影響。對(duì)馬鈴薯不同霧培生長期的營養(yǎng)液配方進(jìn)行優(yōu)化，可以為利用霧培技術(shù)生產(chǎn)馬鈴薯微型薯提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，為馬鈴薯微型薯優(yōu)質(zhì)高效的生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。營養(yǎng)液條件主要包括營養(yǎng)液組分、電導(dǎo)率和酸堿性等方面。目前，關(guān)于馬鈴薯微型薯霧培營養(yǎng)液的研究大都以MS培養(yǎng)基為基礎(chǔ)，賀曉霞等通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，生長初期適當(dāng)提高霧培營養(yǎng)液中大量元素的含量有利于馬鈴薯植株生長，提高磷、鉀含量能夠增加莖粗，提高植株的抗倒伏能力；而馬鈴薯結(jié)薯期適當(dāng)減少氮用量，增加磷、鉀比例可提高微型薯產(chǎn)量[9]。吉林大學(xué)李繼嫚也將馬鈴薯結(jié)薯期進(jìn)行了初期和后期的劃分，并設(shè)置了5種營養(yǎng)液配方，考察了不同結(jié)薯期對(duì)營養(yǎng)的最適需求，研究結(jié)果顯示，在不同結(jié)薯期營養(yǎng)液配方對(duì)霧培馬鈴薯生長發(fā)育及產(chǎn)量具有不同影響，并以此為基礎(chǔ)優(yōu)化了營養(yǎng)液的組成[10]。Oraby等[11]以結(jié)薯量為指標(biāo)，采用霍格蘭營養(yǎng)液配方，得到了大于70個(gè)的單株結(jié)薯數(shù)量。而韓忠才等則綜合了微型薯產(chǎn)量、植株生長性狀以及采收后的損失率等多項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)培養(yǎng)液配方進(jìn)行優(yōu)化，最終確定營養(yǎng)液配方為每升營養(yǎng)液中硝酸銨296mg、硝酸鉀455mg、磷酸二氫鉀254mg、硫酸鉀257mg、七水合硫酸鎂554mg、四水合硝酸鈣718mg[12]。

2.4 霧培期的管理

馬鈴薯種苗在移栽到培養(yǎng)槽前應(yīng)停止?jié)菜?，防止植株過于脆嫩，在移栽時(shí)導(dǎo)致傷苗的情況。定植后開啟噴霧裝置，增加溫室內(nèi)空氣濕度，噴灑薯苗葉面。假植板上孔行距約為35cm，孔距為20cm，假植孔徑2.5cm。在假植時(shí)應(yīng)注意避免植株倒伏的現(xiàn)象，建議用消毒后的海綿將植株固定在孔內(nèi)，使植株保持直立。移栽后的前7d還要開啟遮陽網(wǎng)，起到降溫遮陰的作用，以免幼苗強(qiáng)光暴曬，導(dǎo)致死苗。

溫濕度的變化對(duì)馬鈴薯霧培的影響非常明顯，霧培期適宜種苗生長的溫度區(qū)間，白天20～30℃，夜間10～15℃。溫度過低時(shí)薯苗莖葉生長緩慢，溫度過高則植株呼吸作用增強(qiáng)，過度消耗養(yǎng)分，不利于莖塊形成。整個(gè)苗期中溫室內(nèi)應(yīng)保持相對(duì)濕度60%～80%為宜，過于干燥或濕潤容易引發(fā)病蟲害。

霧培溫室栽培脫毒馬鈴薯，一般植株生長會(huì)比較旺盛，需注意側(cè)枝生長情況，如過于繁茂建議適量打杈，以增加空氣流通和光照的強(qiáng)度，促進(jìn)馬鈴薯根系及匍匐莖的生長，以提高結(jié)薯量。在霧培馬鈴薯微型薯的生長過程中，氣溫變化等因素容易刺激植株長出腋芽薯，這部分小薯會(huì)影響植株生長并進(jìn)一步影響微型小薯的產(chǎn)量。因此，在生長初期建議盡早摘除可以去掉的腋芽，如形成腋芽薯也要及時(shí)去除，避免對(duì)結(jié)薯量產(chǎn)生不利影響。

霧培栽培期間營養(yǎng)液的管理直接影響馬鈴薯的生長發(fā)育和種薯的產(chǎn)量，根據(jù)種薯的生長特性，建議采用間歇供液方式。隨著生長階段的不同，間歇時(shí)長也要有所調(diào)整。由于馬鈴薯蒸騰作用比較強(qiáng)，一般白天每隔3～5min噴營養(yǎng)液1次，時(shí)長在15～20s。夜間每20～30min噴營養(yǎng)液1次，時(shí)長在20s左右。具體可以觀察種苗的長勢略作調(diào)整；營養(yǎng)液在使用過程中，水分和各種營養(yǎng)元素都會(huì)有不同程度的消耗，可以通過傳感器監(jiān)測營養(yǎng)液水量和營養(yǎng)元素的變化，及時(shí)添加或更換營養(yǎng)液，一般苗期7d更換或添加1次，結(jié)薯期5d更換或添加1次。

霧培溫室內(nèi)溫度適中且環(huán)境濕度較大，容易滋生各種病原菌，因此霧培生產(chǎn)中需要預(yù)防早疫病、晚疫病和青枯病等馬鈴薯常見病。除了排風(fēng)換氣降低濕度外?？捎?5%阿米西達(dá)懸浮劑1000～1500倍液，或58%甲霜靈錳鋅可濕性粉劑600～800倍液，或50%錳鋅·氟嗎啉可濕性粉劑600倍液，或75%百菌清可濕性粉劑500倍液交替噴霧防治早、晚疫病，7～10d噴1次[13,14]?？稍跔I養(yǎng)液中加入1500～2000倍液30%甲霜·惡霉靈水劑防治青枯病。另外，噴灑900倍液和1100倍液消菌靈處理液防病效果也非常好[15]。

2.5 霧培微型薯的收獲及貯藏

霧培微型薯的收獲根據(jù)品種及種薯要求而定，一般微型薯長至3～5g時(shí)開始采收，根據(jù)種薯成熟度可多次收獲，10～15d收獲1次。采收時(shí)要輕采輕放，以免拉斷匍匐莖或損傷未長大的小薯。如小薯脫落，需及時(shí)處理，防止腐爛后對(duì)營養(yǎng)液造成污染。

霧培法培養(yǎng)的微型薯含水量高，所以采收后不能立即貯藏，以免發(fā)生爛窖。建議微型薯采收后先將表皮沖洗干凈，然后在0.5%甲霜靈溶液中浸泡10s，取出后自然風(fēng)干；或者直接在沖洗后置于陰涼處晾曬至表皮木質(zhì)化后，貯藏于溫度2～4℃且濕度為80%～90%的氣調(diào)冷庫中。

3 結(jié)語

與傳統(tǒng)的馬鈴薯育種相比，霧培法生產(chǎn)馬鈴薯微型薯技術(shù)具有生產(chǎn)效率大幅提升，生產(chǎn)成本大幅降低，原種合格率大幅提高，生產(chǎn)管理便捷可控等優(yōu)點(diǎn)，是一種比無土基質(zhì)栽培更具優(yōu)勢的栽培技術(shù)。霧培法以生物工程技術(shù)、農(nóng)業(yè)工程技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等為基礎(chǔ)，有利于對(duì)農(nóng)作物生長潛能的充分開發(fā)和栽培過程的管理優(yōu)化，是高效農(nóng)業(yè)模式中極具潛力的栽培模式。將霧培法用于馬鈴薯種薯種植是馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。