脱毒马铃薯雾化生产研究进展

2018-01-07张德银廖霏霏刘兴贵刘晓周力

现代农业科技 2018年20期

张德银　廖霏霏　刘兴贵　刘晓　周力

摘要雾培法生产脱毒马铃薯是一种新型植物培养方法，与其他方法相比具有可控性、生产自动化、成本低和效率高等优点，被广泛应用于脱毒马铃薯原原种的生产。本文总结了近10年脱毒马铃薯雾培法生产过程中营养液、生产管理方式、抗性、贮存和设备等方面的研究进展，分析了目前存在的问题和今后的研究方向，以供参考。

关键词脱毒马铃薯；雾培法；营养液；产量

中图分类号 S532 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）20-0060-02

目前，脱毒马铃薯原原种的生产方式主要有基质栽培、水培和雾培。雾培法是1988年由Weathers等提出的一种新型植物培养方法，其原理是通过定时喷雾营养液，使根系获取生长所需水分和养分[1]。与其他方法相比，雾培法具有可控性、生产自动化、成本低和效率高等优点，被广泛应用于脱毒马铃薯原原种的生产。近年来，对雾培法生产脱毒马铃薯种薯技术上的研究取得了更进一步的成果。本文总结了近10年脱毒马铃薯雾化生产技术的主要研究进展，以供参考。

1 营养液研究

雾培法栽培技术是将植物根系悬空在无光的容器里，用雾化的营养液定时喷洒根系，以获得植物生长所需营养和水分。营养液是雾培法的核心，为了获得高产，大量研究者在根系营养液配方上进行研究，甚至有学者对叶面营养液也有所研究。

1.1 根系营养液

目前，用于马铃薯雾培的营养液配方多以MS培养液为基础，根据马铃薯生长需要适当调整N、P、K的含量和比例即可。孙海宏[2]筛选出最适合中早熟马铃薯品种的营养液是3/4 MS溶液，最适合晚熟马铃薯品种的营养液是MS营养液，可见不同生育周期的马铃薯品种对营养液的需求不同。何忠等[3]利用不同配方营养液雾化生产微型薯，发现喷施3/4 MS营养液的植株生长发育中等，但合格薯率最高，烂薯率极低，而单株结薯数与利用MS营养液差别不大。乔建磊[4]研究发现，营养液中N、P、K 3种元素之间有耦合反应，且与马铃薯的生长发育关系密切，通过筛选得出N、P、K含量比例为1.00∶0.28∶1.30时结薯最多。李继嫚[5]以春薯4号品种作为材料，研究马铃薯不同生育期对营养液配方的需求。结果表明，生长初期不同营养液配方对植株生长发育指标的影响差异明显，主要表现在植株可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和根系活力等方面；生长后期不同营养液配方间各有优势，综合得出营养液N、P、K含量比例为1.00∶0.32∶1.29对植株生长发育后期最有利。韩忠才等[6]对不同营养液配方进行比较，结果表明，配方KNO3 455 mg/L、Ca（NO3）2·4H2O 718 mg/L、K2SO4 257 mg/L、KH2PO4 254 mg/L、NH4NO3 296 mg/L、MgSO4·7H2O 554 mg/L对茎粗、匍匐茎数量及长度、单株结薯数和>6 g种薯所占比例等表现显著优于其他配方。

1.2 叶面营养液

马铃薯块茎的形成和膨大需要大量营养成分。为了在产量上达到最大化，叶面营养液喷施是一个有效途徑，生长调节剂和叶面肥的喷施是常用方法。目前在此方面的研究中，已报道的关于大田马铃薯叶面营养的研究较多，而关于雾培马铃薯叶面营养的研究甚少，但大田研究对雾培应用具有借鉴作用。丁凡等[7]研究发现，同时进行叶面营养处理和根系营养处理能促进马铃薯植株对N、P、K的吸收，其含量在后期块茎中较高，而分配率低，表明在增产上仍有较大潜力；而仅叶面营养处理后吸收的N、P、K大部分都能分配到块茎，表明块茎是三元素的最终贮存器官。许淑娟等[8]于马铃薯初花期对叶面喷施不同浓度的烯效唑，发现叶面喷施烯效唑能促使叶片叶绿素含量、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率和净光合速率提高，20 mg/L烯效唑处理能显著增强马铃薯植株光合作用。邹曾硕等[9]在叶面喷施KH2PO4对微型薯产量影响的探索中发现，叶面喷施1～5 g/L KH2PO4能明显增加匍匐茎数量和1 g以上种薯数量，其中KH2PO4浓度为4 g/L时效果最好，其大薯率最多、单株产量最高。

2 生产管理方式研究

马铃薯器官建成直接影响马铃薯产量和品质，因而在马铃薯雾培研究中，研究者通常会对植株叶片、匍匐茎、块茎等进行特殊处理，以增加产量。李标等[10]采用去叶和下放植株的方式探讨了源器官调控对马铃薯植株生长的影响，结果表明，2种方式均能明显促进植株伸长生长，同时会极显著降低植株茎粗、分枝数、单株匍匐茎数。方贯娜等[11]利用槽内打顶整根技术掐掉雾培马铃薯过长匍匐茎顶端和腋芽化的匍匐茎后，匍匐茎大量生成，提高了种薯产量和质量。随后，刘伟等[12-13]研究表明，摘除匍匐茎尖端、一次匍匐茎、多级匍匐茎均能诱导大量新匍匐茎产生，除去一级块茎能提高匍匐茎形成和块茎膨大速率。由此可知，采用多次采收方式可以刺激匍匐茎多发，从而增加产量。唐道彬等[14]在马铃薯结薯对光的响应机理研究中发现，光调控能提高净光合速率等参数，促进根茎叶生长，以及提早马铃薯匍匐茎与块茎的形成和增加其数量。高旭等[15]研究表明，马铃薯植株定植3节和打顶2次均能促使匍匐茎多发，以及增加块茎数量和质量。汪翠存等[16]利用带根苗和顶端扦插苗进行雾培，结果表明，与顶端扦插苗相比，带根苗具有更强的匍匐茎形成能力，能提早完成形态器官的建设。柳巧霞等[17]研究发现，棚内环境温度越高、喷雾时间越长，植株生长越快，若根据温度变化进行间隙性遮阳，能促进植株茎粗和叶面积，从而提高产量。

3 抗性研究

由于雾培马铃薯植株的根系暴露在空气中，容易受到环境温度和水分的影响。为了摸清雾培马铃薯的抗性机理，研究者做了很多试验研究。于海业等[18]、乔建磊[19]的研究发现，适宜浓度的钙素可提高雾培马铃薯幼苗的抗寒性，表明钙素在马铃薯幼苗抵御冷害的生理调节过程中发挥着重要作用，同时低钾胁迫对植株叶片光补偿点和暗呼吸速率影响显著。邱孟柯等[20]发现，干旱胁迫下马铃薯幼苗生长发育受到明显抑制，随后用黄腐酸进行处理后减轻了干旱胁迫对幼苗的伤害，并提高了整体抗旱性。同年，李继嫚[5]在营养液中N、P、K比例对植株抗性影响试验中发现，不同生长时期对N、P、K比例的适当调整能提高其对高温弱光和低温弱光环境的抵抗能力。

4 贮存研究

雾化生产的微型薯含水量很高，对收获后的处理及贮存条件要求严格。微型薯采收后必须清洗干净表皮，并用0.5%多菌灵溶液浸泡10 s，摊开阴干，防止表皮上营养液和菌落富集导致烂薯。杨芳等[21]利用石蜡切片法对马铃薯块茎切片，发现微型薯采收后24 d木栓层细胞厚度较采收后3 d增加了86.3%，木栓层细胞宽度却降低了40.1%，长度增加24.5%，木栓层细胞表现为扁平、排列紧密、层数增加，其致密性明显增强，表明木栓化基本完成，是贮存的最佳时期。郭静[22]指出，为了防止雾培微型薯贮存时出现皱缩和腐烂，冷库的最适温度为2～4 ℃、最适湿度为80%。

5 设施设备研究

雾培法是目前生产微型薯效果最好的方法，但由于其成本、技术等条件而阻碍了其快速发展和应用[23]。因此，许多研究者开始研究生产设备和管理方式的自动化、可视化和智能化等。周国雄等[24]设计了一套以超声波雾化器为核心的智能控制系统，可根据棚内环境变化及时自动调控。同年，刘佳[25]设计了一款通过对相应的电磁阀进行调控从而控制营养液电导率和酸碱度的调控系统，很好地解决了营养液循环的调控问题。2017年，针对营养液雾滴大小和雾化量对植株生长的影响等问题，刘彬[26]设计了超声雾化固定栓以控制雾滴粒径大小。同年，刘曙光等[27]设计了一套日光温室雾培生产系统，此系统可保证各区域管路的终端压力变化在3%以内，栽培床内和贮存的营养液温度差异均小于2 ℃，栽培床内湿度变化小于1%，营养液回流时间不超过30 min，最终稳定植物生长环境。

6 存在的问题及展望

雾培法生产脱毒马铃薯是一项新型的生产技术，其涉及环节主要有设备控制系统、营养液配制、生产管理、收获和贮存。在不同地域、不同季节、不同生育期，马铃薯对营养液pH值和营养液中各元素的含量、比例的需求不同，有待进一步探索。有研究表明，秋季适合生产晚熟品种，春季适合生产早熟品种，且秋季是原原种繁育的最适季节；而有研究者发现，一些地区由于秋季气温高，秋冬季交叉时间极短，冬季气温回暖早，春季雾培马铃薯生产时间较秋季长，且温度较秋季低，种植特点刚好相反，但不同地区、不同季节究竟适合哪些品种还需深入探索。此外，为避免营养液污染，一般每周更换1次，营养液更换频率较快，而马铃薯植株吸收的营养占配制营养液的比例极低，仅20%左右，营养液利用率极低，如何用最少的成本获得最大的产量还需继续研究。现有雾培环境更多的是考虑光照强度、温度和湿度，忽视了二氧化碳浓度等因素，而多个环境因素具有相互作用，對植株生长也有影响。在雾培栽培系统中，控制系统是关键技术之一，如何将自动化、可视化和智能化成熟应用于马铃薯雾培生产还需深入研究。

针对马铃薯雾培近年的研究现状及存在的主要问题，未来的研究重点将是马铃薯不同生长环境和不同生育期对营养元素的需求差异、营养液利用率、环境因素相互作用对生产的影响，以及栽培环境中自动检测系统多传感器信息的在线融合、手机APP远程检测和控制等方面。最终，可根据马铃薯不同生长环境及不同生长阶段所需营养的不同，利用智能系统设置营养液配比、多种环境因素等，真正实现全程自动化调节、智能化控制，使马铃薯产量达到最大值。

7 参考文献

[1] WEATHERS P J，GI1ES K L.Regeneration of plants using nutrient mist culture[J].Vitro Cellular & Developmental Biology，1988，24（7）：727-732.

[2] 孙海宏.马铃薯雾培微型薯营养液筛选试验[J].中国种业，2008（增刊1）：80-81.

[3] 何忠，何虎翼，何新民，等.冬作区马铃薯雾培法生产脱毒微型薯研究[J].农业科技通讯，2013（11）：79-81.

[4] 乔建磊.马铃薯雾培营养调控机理研究[D].长春：吉林大学，2011.

[5] 李继嫚.气雾培马铃薯种薯生长不同阶段营养液的配制研究[D].长春：吉林大学，2013.

[6] 韩忠才，张胜利，孙静，等.气雾栽培法生产脱毒马铃薯营养液配方的筛选[J].中国马铃薯，2014（6）：328-330.

[7] 丁凡，王季春，唐道彬，等.不同营养方式下雾培马铃薯对氮、磷、钾的吸收、利用及分配规律[J].西南师范大学学报（自然科学版），2008，33（3）：81-85.

[8] 许淑娟，孙周平，王志鑫.烯效唑对雾培马铃薯光合特性及荧光的影响[J].西北农业学报，2009，18（3）：127-130.

[9] 邹曾硕，刘国凤，成长英，等.磷酸二氢钾对雾培马铃薯脱毒种薯增产的研究[J].中国马铃薯，2010，24（2）：89-90.

[10] 李标，王季春，黄振霖，等.叶片数量调控对雾培马铃薯生长发育的影响[J].中国马铃薯，2008，22（2）：77-80.

[11] 方贯娜，庞淑敏，李建欣，等.马铃薯雾培管理新技术：槽内打顶整根[J].中国蔬菜，2009，1（15）：39-40.