營養(yǎng)液濃度及物質(zhì)組成對馬鈴薯脫毒水培苗生長的影響

陳小麗，孟紅梅，馬海濤，水建兵，陳自雄，譚偉軍，徐祺昕，王 娟*

（1.定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 定西 743000；2.甘肅定西百泉馬鈴薯有限公司，甘肅 定西 743000）

馬鈴薯產(chǎn)業(yè)是甘肅省最具特色的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民脫貧致富的支柱產(chǎn)業(yè)之一。脫毒種薯生產(chǎn)是馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈中的優(yōu)勢環(huán)節(jié)，用傳統(tǒng)的固體培養(yǎng)基生產(chǎn)馬鈴薯脫毒苗是目前應(yīng)用最普遍，技術(shù)最成熟的方法，但對接種空間和設(shè)備的無菌化程度要求嚴(yán)格、化學(xué)試劑投入高。馬鈴薯脫毒苗水培法是新興起來的一項栽培技術(shù)，據(jù)報道，將水培技術(shù)引入馬鈴薯脫毒種薯繁育體系中，取得一定效果[1-3]。其核心技術(shù)是將脫毒苗植株固定于水培定植板上，并使植株底部接觸到營養(yǎng)液，為植株生長提供水分、養(yǎng)分、氧氣以及各種生長因子。與傳統(tǒng)的固體培養(yǎng)基生產(chǎn)馬鈴薯脫毒苗相比較，馬鈴薯脫毒苗水培培養(yǎng)可以進(jìn)一步提高繁殖倍數(shù)，具有低成本、縮短生產(chǎn)周期、改善接種環(huán)境等特點。有研究發(fā)現(xiàn)，水培營養(yǎng)液pH 值和EC 值穩(wěn)定，緩沖能力更好、更穩(wěn)定[4]，也便于操作管理，利用馬鈴薯水培方式可培養(yǎng)出根系發(fā)達(dá)、生長整齊的幼苗。目前，在甘肅對生產(chǎn)馬鈴薯脫毒水培苗的營養(yǎng)液研究報道較少，本研究進(jìn)行營養(yǎng)液濃度及營養(yǎng)物質(zhì)組成試驗，旨在為擴大馬鈴薯水培苗生產(chǎn)提供理論依據(jù)，為緩解馬鈴薯脫毒苗擴繁的壓力形成有益的補充。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗采用馬鈴薯優(yōu)良品種‘青薯9號’脫毒試管苗。試驗于2022年4月2日在甘肅省定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院智能溫室開展。試管苗移栽載體為泡沫板和盛水盒。水培苗母液為MS 營養(yǎng)液，不加瓊脂和糖分。泡沫板長30 cm，寬20 cm，厚0.7 cm，盛水盒為白色塑料盒，外徑長33 cm，寬25 cm，內(nèi)徑長30 cm，寬20 cm，盒高8 cm。

1.2 試驗方法

馬鈴薯水培苗母液配制以MS 營養(yǎng)液為基礎(chǔ)，不加瓊脂和糖分。設(shè)置1/4 倍、1/8 倍、1/16 倍和1/32倍4個濃度梯度，每個濃度梯度分別設(shè)置全營養(yǎng)液[5（]含大量元素、微量元素、Fe 鹽、有機成分）、不加有機成分（只添加大量元素、微量元素、Fe 鹽）、不加微量元素和有機成分（只添加大量元素、Fe鹽）3個配方。試驗共設(shè)14個處理（表1），每個處理重復(fù) 3 次。T13 為清水處理（CK1），T14 為MS全營養(yǎng)液處理（CK2）。第一步需將生長至4～5葉1 心[6]的標(biāo)準(zhǔn)馬鈴薯試管苗剪切為3～5 cm 長的扦插段，扦插在泡沫板上，泡沫板需提前打孔，打孔密度為2 cm×2 cm，即為扦插苗的定植密度，每個泡沫板扦插126 株。盛水盒用以盛裝不同處理營養(yǎng)液，盛水量約為3.6 L。將扦插好試管苗的泡沫板放置在盛水盒中，每個盛水盒盛一種營養(yǎng)液。第二步對移栽的試管苗進(jìn)行培養(yǎng)至其成苗后進(jìn)行再次剪切、扦插、培養(yǎng)至其成苗，再經(jīng)過反復(fù)扦插、繼代培養(yǎng)即完成水培苗的大量擴繁。

表1 試驗處理Table 1 Experimental treatment

1.3 測定內(nèi)容及方法

水培苗的繁殖周期即從試管苗培養(yǎng)剪段扦插培養(yǎng)為第一代水培苗開始，經(jīng)過剪切、扦插成苗到下次剪段所需的時長，一般為20～22 d。馬鈴薯水培苗成苗標(biāo)準(zhǔn)大致為水培苗株高為6～8 cm，母苗新生側(cè)芽達(dá)到4葉1心，此時剪去其頂端2葉1心進(jìn)行第二次扦插，待母苗新生側(cè)芽再次生長至4葉1心時，再次剪去頂端扦插，如此循環(huán)往復(fù)，繼代培養(yǎng)。試驗時將水培苗用生根液（0.1 g/L NAA）處理后扦插于泡沫板上，用清水培養(yǎng)7 d，待80%水培苗生根后加入不同生長營養(yǎng)液[7]。加入營養(yǎng)液培養(yǎng)15 d 后測定水培苗株高、莖粗、單株葉片數(shù)、SPAD 值，平均根長、單株平均根數(shù)、根莖鮮重、干重。

1.3.1 SPAD值

用葉綠素測定儀SPAD-CK4S（北京時代創(chuàng)客科技有限公司，北京）測定葉綠素含量相對值。測定時在取樣的水培苗葉片上取3個點進(jìn)行測量，以其平均值作為水培苗葉片的SPAD值。

1.3.2 單株葉片數(shù)

加入生長營養(yǎng)液培養(yǎng)15 d 后，統(tǒng)計每個處理水培苗的葉片數(shù)，計算出單株葉片數(shù)[8]。

1.3.3 單株根長和根數(shù)

用游標(biāo)卡尺測出每個處理水培苗的單株根的總長度，計算出平均根長，并統(tǒng)計根數(shù)，計算單株平均根數(shù)[8]。

1.3.4 株高、莖粗

株高用直尺量取，從水培苗莖頂端到基部的長度，莖粗用游標(biāo)卡尺測定[9]。

1.3.5 根莖鮮重、干重

將組培苗從基部剪斷，分別稱取水培苗單株莖葉鮮重和根鮮重，再將莖葉和根分別置于鋁盒內(nèi)，在烘箱內(nèi)105℃殺青30 min，然后在85℃條件下烘干至恒重，稱取其莖葉干重和根干重[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，Excel 2007進(jìn)行圖表分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對株高和莖粗的影響

營養(yǎng)液濃度和物質(zhì)組成對馬鈴薯水培苗的株高和莖粗有影響（表2）。營養(yǎng)液濃度為1/16倍～1/4倍MS 時，T2、T5、T8 處理株高較高，分別為6.57，6.77 和6.87 cm，與其他處理達(dá)到顯著性差異（T14除外）；T3、T6、T9 株高較低，分別為3.57，3.40和3.30 cm，說明營養(yǎng)液濃度為1/16 倍～1/4 倍MS時，不加有機成分處理有利于株高生長，同時不加微量元素和有機成分株高生長緩慢。T2、T5、T8處理的株高與T13（CK1）有顯著性差異，與T14（CK2）無顯著差異。T13（CK1）由于沒有加任何營養(yǎng)元素，株高生長緩慢，T14（CK2）處理為MS 營養(yǎng)液，營養(yǎng)元素全面，株高生長與T2、T5、T8 處理相當(dāng)。營養(yǎng)液濃度為1/32倍MS時，水培苗植株矮小，T10 處理株高與 T13（CK1）（清水）處理相當(dāng)，T11 處理株高比T13（CK1）多 1.00 cm，二者之間有顯著性差異，T12處理株高比T13（CK1）少1.34 cm，二者之間有顯著性差異，說明在此濃度下，無論是全營養(yǎng)液還是不完全營養(yǎng)液，均不利于株高生長。

營養(yǎng)液濃度在1/16 倍～1/4 倍MS 時，不同處理間莖粗沒有顯著性差異；營養(yǎng)液濃度1/32 倍MS時，水培苗生長細(xì)弱，T10、T11、T12處理莖粗分別為 0.83，0.90 和 0.78 mm，顯著低于 T1～T9 處理，說明1/32倍MS濃度不利于莖粗生長。

2.2 對葉片數(shù)的影響

營養(yǎng)液濃度和物質(zhì)組成對馬鈴薯水培苗的單株葉片數(shù)有影響（表2）。營養(yǎng)液濃度為1/16倍～1/4倍MS時，T2、T5、T8處理單株葉片數(shù)較多，分別為9.3，9.7和9.8片/株，與T1、T3、T4、T6、T7、T9之間有顯著性差異，而T1、T3、T4、T6、T7、T9處理間沒有顯著性差異，說明營養(yǎng)液濃度為1/16倍～1/4 倍MS 時，不加有機成分的處理對水培苗單株葉片數(shù)有顯著性影響，有利于增加單株葉片數(shù)。營養(yǎng)液濃度為 1/32 倍 MS 時，T10、T11、T12 處理單株葉片數(shù)分別為6.0，6.7 和4.3 片/株，顯著低于T1～T9 處理（T9 和 T11 除外），說明 1/32 倍 MS 濃度不利于增加馬鈴薯水培苗單株葉片數(shù)。

2.3 對葉片顏色的影響

營養(yǎng)液濃度和物質(zhì)組成對馬鈴薯水培苗的葉片顏色有影響（表2）。SPAD 值代表植株的綠色程度，也代表了葉片葉綠素含量的相對值。當(dāng)營養(yǎng)液濃度為 1/16 倍～1/4 倍 MS 時，T1、T2、T4、T5、T7、T8處理的水培苗葉片SPAD值較高，處理間差異不顯著，但顯著高于不加微量元素和有機成分的T3、T6、T9處理，說明當(dāng)營養(yǎng)液濃度在1/16倍～1/4倍MS時，只添加大量元素、微量元素、Fe鹽，而不添加有機成分時，可以保證水培苗正常生長。但當(dāng)只添加大量元素和Fe 鹽，而不加微量元素和有機成分時，水培苗的葉綠素含量降低，不利于生長。當(dāng)營養(yǎng)液濃度為1/32 倍MS 時，T10、T11、T12 處理水培苗SPAD 值降低，葉片逐漸變黃，不能正常生長。T13（CK1）處理下，由于沒有添加營養(yǎng)元素，水培苗葉片逐漸失綠變黃。

2.4 對莖葉鮮重、干重的影響

營養(yǎng)液濃度和物質(zhì)組成對馬鈴薯水培苗的單株莖葉鮮重和干重有影響（表2）。營養(yǎng)液濃度為1/16倍～1/4倍MS時，T2、T5、T8處理單株莖葉鮮重和干重較高，鮮重為0.56，0.56 和0.58 g，干重為41.39，40.32和41.76 mg，與T1、T3、T4、T6、T7、T9之間有顯著性差異，說明營養(yǎng)液濃度為1/16 倍～1/4 倍MS 時，只添加大量元素、微量元素、Fe鹽，而不添加有機成分，有利于增加單株莖葉鮮重與干重。營養(yǎng)液濃度為1/32 倍MS 時，T10、T11、T12 處理單株莖葉鮮重和干重較低，鮮重為0.20，0.29和0.21 g，干重為15.40，21.58和16.22 mg，顯著低于T1、T2、T4、T5、T7、T8 處理，說明營養(yǎng)液濃度為1/32倍MS時，無論是全營養(yǎng)液還是不完全營養(yǎng)液，均不利于水培苗莖葉鮮重和干重的增加。

2.5 對根系形態(tài)的影響

營養(yǎng)液濃度和物質(zhì)組成對馬鈴薯水培苗的根系形態(tài)有影響（表2）。營養(yǎng)液濃度為1/16 倍MS 時，T8 處理單株平均根數(shù)和平均根長達(dá)到最大值，單株平均根數(shù)為16.0 根，平均根長為9.00 cm，與其他處理差異達(dá)到顯著；營養(yǎng)液濃度為1/8 倍MS 時T5 處理較好，單株平均根數(shù)為15.0 根，平均根長為7.63 cm，與T4（單株根數(shù)除外）和T6處理差異達(dá)到顯著；營養(yǎng)液濃度為1/4 倍MS 時T2 處理較好，單株平均根數(shù)為14.0 根，平均根長為6.43 cm，與T1（單株根數(shù)除外）和T3 處理差異達(dá)到顯著；說明營養(yǎng)液濃度為1/16 倍～1/4 倍MS 時，不加有機成分的處理有利于根系生長。全營養(yǎng)液即T1、T4、T7處理的單株平均根數(shù)和平均根長由大到小順序為T7、T4、T1，不加微量元素和有機成分處理即T3、T6、T9 單株平均根數(shù)和平均根長由大到小順序為T9、T6、T3，說明營養(yǎng)液濃度為1/16 倍～1/4倍MS時，較低濃度更有利于根系生長。T14（CK2）即MS營養(yǎng)液處理單株平均根數(shù)和平均根長低于T8處理，二者之間有顯著性差異，與1/4 倍MS 不加有機成分處理相當(dāng)，說明不加有機成分處理下，1/4倍MS 濃度可能為根系生長的下限值，高于此濃度可能會抑制根系的生長。營養(yǎng)液濃度為1/32 倍MS時水培苗平均根長較短，T10 為4.33 cm，T11 為5.67 cm，T12 為3.37 cm，說明在此濃度下，無論是全營養(yǎng)液還是不完全營養(yǎng)液，均不利于水培苗根的生長。

2.6 對根鮮重、干重的影響

營養(yǎng)液濃度和物質(zhì)組成對馬鈴薯水培苗的單株根鮮重和干重有影響（表2）。營養(yǎng)液濃度為1/16倍～1/4 倍MS 時，T8 處理單株根鮮重和干重較高，鮮重為0.48 g，干重為141.42 mg，根鮮重除T14（CK2）外，顯著高于其他處理，根干重顯著高于同時不加微量元素和有機成分的處理，說明只添加大量元素、微量元素、Fe 鹽，而不添加有機成分，有利于增加單株根鮮重和干重，只添加大量元素和Fe 鹽，不利于單株根干重的增加。營養(yǎng)液濃度為 1/32 倍 MS 時，T10、T11、T12 處理時單株根鮮重和干重分別為0.28 g 和82.21 mg，0.26 g 和79.35 mg，0.20 g 和 71.28 mg，顯著低于 T7、T8 處理，說明1/32倍MS濃度時，無論是全營養(yǎng)液還是不完全營養(yǎng)液，均不利于水培苗單株根鮮重和干重的增加。

表2 不同處理的馬鈴薯水培苗形態(tài)指標(biāo)Table 2 Morphological indexes of potato hydroponic seedlings under different treatments

3 討 論

本研究運用不同營養(yǎng)液配方培養(yǎng)馬鈴薯脫毒水培苗，明確營養(yǎng)液濃度及營養(yǎng)物質(zhì)配比對馬鈴薯水培苗生長的影響。營養(yǎng)液離子濃度和供求關(guān)系影響著植株的生長[4,10]。本試驗中，營養(yǎng)液濃度在1/16倍～1/4倍MS 時，只添加大量元素、微量元素和Fe 鹽，不添加有機成分時植株能夠正常生長，與MS全營養(yǎng)液生長效果無異，而在有機成分和微量元素同時缺乏時，植株根系及株高生長受限。T8 處理即濃度為1/16 倍MS，不加有機成分時，馬鈴薯水培苗無論在株高、莖粗、根系生長、根莖鮮重和干重等各方面均表現(xiàn)好，可作為本試驗的最佳處理。當(dāng)營養(yǎng)液濃度低至1/32 倍MS時，植株生長緩慢、矮小，這是由于濃度過低導(dǎo)致N、P、K、Ca、Mg、S等營養(yǎng)元素[11]缺乏，而使植株整體受到損害，而養(yǎng)分虧缺，特別是氮磷鉀供應(yīng)不足，導(dǎo)致根系生長緩慢，影響根系活力[12-14]。微量元素在營養(yǎng)液配比中含量甚少，但對植物的生長發(fā)育卻產(chǎn)生重要作用，特別是在植物的光合作用、呼吸作用等重要生理過程中起著非常重要的作用。本試驗在只添加大量元素和Fe 鹽的處理中，水培苗生長緩慢，植株矮小，生長受阻，不具備擴繁所需的營養(yǎng)條件，與陳永波等[15]在培養(yǎng)基缺乏微量元素時試管苗葉片出現(xiàn)斑點形成爛葉的研究結(jié)果相似。

由以上分析可知，營養(yǎng)液濃度和營養(yǎng)物質(zhì)組成可以影響馬鈴薯水培苗的生長。在馬鈴薯脫毒水培苗生產(chǎn)實踐中，添加營養(yǎng)液時通過降低濃度至1/16倍MS，且只添加大量元素、微量元素和Fe鹽，減少使用成本，以達(dá)到節(jié)本增效的目的。

本試驗可以進(jìn)一步降低馬鈴薯組培苗脫毒快繁成本，縮短繁殖周期。生產(chǎn)的水培苗田間移栽時的成活率和結(jié)薯情況還需進(jìn)一步研究。