营养液浓度及物质组成对马铃薯脱毒水培苗生长的影响

陈小丽，孟红梅，马海涛，水建兵，陈自雄，谭伟军，徐祺昕，王 娟*

（1.定西市农业科学研究院，甘肃 定西 743000；2.甘肃定西百泉马铃薯有限公司，甘肃 定西 743000）

马铃薯产业是甘肃省最具特色的优势产业和农民脱贫致富的支柱产业之一。脱毒种薯生产是马铃薯产业发展链中的优势环节，用传统的固体培养基生产马铃薯脱毒苗是目前应用最普遍，技术最成熟的方法，但对接种空间和设备的无菌化程度要求严格、化学试剂投入高。马铃薯脱毒苗水培法是新兴起来的一项栽培技术，据报道，将水培技术引入马铃薯脱毒种薯繁育体系中，取得一定效果[1-3]。其核心技术是将脱毒苗植株固定于水培定植板上，并使植株底部接触到营养液，为植株生长提供水分、养分、氧气以及各种生长因子。与传统的固体培养基生产马铃薯脱毒苗相比较，马铃薯脱毒苗水培培养可以进一步提高繁殖倍数，具有低成本、缩短生产周期、改善接种环境等特点。有研究发现，水培营养液pH 值和EC 值稳定，缓冲能力更好、更稳定[4]，也便于操作管理，利用马铃薯水培方式可培养出根系发达、生长整齐的幼苗。目前，在甘肃对生产马铃薯脱毒水培苗的营养液研究报道较少，本研究进行营养液浓度及营养物质组成试验，旨在为扩大马铃薯水培苗生产提供理论依据，为缓解马铃薯脱毒苗扩繁的压力形成有益的补充。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验采用马铃薯优良品种‘青薯9号’脱毒试管苗。试验于2022年4月2日在甘肃省定西市农业科学研究院智能温室开展。试管苗移栽载体为泡沫板和盛水盒。水培苗母液为MS 营养液，不加琼脂和糖分。泡沫板长30 cm，宽20 cm，厚0.7 cm，盛水盒为白色塑料盒，外径长33 cm，宽25 cm，内径长30 cm，宽20 cm，盒高8 cm。

1.2 试验方法

马铃薯水培苗母液配制以MS 营养液为基础，不加琼脂和糖分。设置1/4 倍、1/8 倍、1/16 倍和1/32倍4个浓度梯度，每个浓度梯度分别设置全营养液[5（]含大量元素、微量元素、Fe 盐、有机成分）、不加有机成分（只添加大量元素、微量元素、Fe 盐）、不加微量元素和有机成分（只添加大量元素、Fe盐）3个配方。试验共设14个处理（表1），每个处理重复 3 次。T13 为清水处理（CK1），T14 为MS全营养液处理（CK2）。第一步需将生长至4～5叶1 心[6]的标准马铃薯试管苗剪切为3～5 cm 长的扦插段，扦插在泡沫板上，泡沫板需提前打孔，打孔密度为2 cm×2 cm，即为扦插苗的定植密度，每个泡沫板扦插126 株。盛水盒用以盛装不同处理营养液，盛水量约为3.6 L。将扦插好试管苗的泡沫板放置在盛水盒中，每个盛水盒盛一种营养液。第二步对移栽的试管苗进行培养至其成苗后进行再次剪切、扦插、培养至其成苗，再经过反复扦插、继代培养即完成水培苗的大量扩繁。

表1 试验处理Table 1 Experimental treatment

1.3 测定内容及方法

水培苗的繁殖周期即从试管苗培养剪段扦插培养为第一代水培苗开始，经过剪切、扦插成苗到下次剪段所需的时长，一般为20～22 d。马铃薯水培苗成苗标准大致为水培苗株高为6～8 cm，母苗新生侧芽达到4叶1心，此时剪去其顶端2叶1心进行第二次扦插，待母苗新生侧芽再次生长至4叶1心时，再次剪去顶端扦插，如此循环往复，继代培养。试验时将水培苗用生根液（0.1 g/L NAA）处理后扦插于泡沫板上，用清水培养7 d，待80%水培苗生根后加入不同生长营养液[7]。加入营养液培养15 d 后测定水培苗株高、茎粗、单株叶片数、SPAD 值，平均根长、单株平均根数、根茎鲜重、干重。

1.3.1 SPAD值

用叶绿素测定仪SPAD-CK4S（北京时代创客科技有限公司，北京）测定叶绿素含量相对值。测定时在取样的水培苗叶片上取3个点进行测量，以其平均值作为水培苗叶片的SPAD值。

1.3.2 单株叶片数

加入生长营养液培养15 d 后，统计每个处理水培苗的叶片数，计算出单株叶片数[8]。

1.3.3 单株根长和根数

用游标卡尺测出每个处理水培苗的单株根的总长度，计算出平均根长，并统计根数，计算单株平均根数[8]。

1.3.4 株高、茎粗

株高用直尺量取，从水培苗茎顶端到基部的长度，茎粗用游标卡尺测定[9]。

1.3.5 根茎鲜重、干重

将组培苗从基部剪断，分别称取水培苗单株茎叶鲜重和根鲜重，再将茎叶和根分别置于铝盒内，在烘箱内105℃杀青30 min，然后在85℃条件下烘干至恒重，称取其茎叶干重和根干重[9]。

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS 19.0 统计软件进行数据统计分析，Excel 2007进行图表分析。

2 结果与分析

2.1 对株高和茎粗的影响

营养液浓度和物质组成对马铃薯水培苗的株高和茎粗有影响（表2）。营养液浓度为1/16倍～1/4倍MS 时，T2、T5、T8 处理株高较高，分别为6.57，6.77 和6.87 cm，与其他处理达到显著性差异（T14除外）；T3、T6、T9 株高较低，分别为3.57，3.40和3.30 cm，说明营养液浓度为1/16 倍～1/4 倍MS时，不加有机成分处理有利于株高生长，同时不加微量元素和有机成分株高生长缓慢。T2、T5、T8处理的株高与T13（CK1）有显著性差异，与T14（CK2）无显著差异。T13（CK1）由于没有加任何营养元素，株高生长缓慢，T14（CK2）处理为MS 营养液，营养元素全面，株高生长与T2、T5、T8 处理相当。营养液浓度为1/32倍MS时，水培苗植株矮小，T10 处理株高与 T13（CK1）（清水）处理相当，T11 处理株高比T13（CK1）多 1.00 cm，二者之间有显著性差异，T12处理株高比T13（CK1）少1.34 cm，二者之间有显著性差异，说明在此浓度下，无论是全营养液还是不完全营养液，均不利于株高生长。

营养液浓度在1/16 倍～1/4 倍MS 时，不同处理间茎粗没有显著性差异；营养液浓度1/32 倍MS时，水培苗生长细弱，T10、T11、T12处理茎粗分别为 0.83，0.90 和 0.78 mm，显著低于 T1～T9 处理，说明1/32倍MS浓度不利于茎粗生长。

2.2 对叶片数的影响

营养液浓度和物质组成对马铃薯水培苗的单株叶片数有影响（表2）。营养液浓度为1/16倍～1/4倍MS时，T2、T5、T8处理单株叶片数较多，分别为9.3，9.7和9.8片/株，与T1、T3、T4、T6、T7、T9之间有显著性差异，而T1、T3、T4、T6、T7、T9处理间没有显著性差异，说明营养液浓度为1/16倍～1/4 倍MS 时，不加有机成分的处理对水培苗单株叶片数有显著性影响，有利于增加单株叶片数。营养液浓度为 1/32 倍 MS 时，T10、T11、T12 处理单株叶片数分别为6.0，6.7 和4.3 片/株，显著低于T1～T9 处理（T9 和 T11 除外），说明 1/32 倍 MS 浓度不利于增加马铃薯水培苗单株叶片数。

2.3 对叶片颜色的影响

营养液浓度和物质组成对马铃薯水培苗的叶片颜色有影响（表2）。SPAD 值代表植株的绿色程度，也代表了叶片叶绿素含量的相对值。当营养液浓度为 1/16 倍～1/4 倍 MS 时，T1、T2、T4、T5、T7、T8处理的水培苗叶片SPAD值较高，处理间差异不显著，但显著高于不加微量元素和有机成分的T3、T6、T9处理，说明当营养液浓度在1/16倍～1/4倍MS时，只添加大量元素、微量元素、Fe盐，而不添加有机成分时，可以保证水培苗正常生长。但当只添加大量元素和Fe 盐，而不加微量元素和有机成分时，水培苗的叶绿素含量降低，不利于生长。当营养液浓度为1/32 倍MS 时，T10、T11、T12 处理水培苗SPAD 值降低，叶片逐渐变黄，不能正常生长。T13（CK1）处理下，由于没有添加营养元素，水培苗叶片逐渐失绿变黄。

2.4 对茎叶鲜重、干重的影响

营养液浓度和物质组成对马铃薯水培苗的单株茎叶鲜重和干重有影响（表2）。营养液浓度为1/16倍～1/4倍MS时，T2、T5、T8处理单株茎叶鲜重和干重较高，鲜重为0.56，0.56 和0.58 g，干重为41.39，40.32和41.76 mg，与T1、T3、T4、T6、T7、T9之间有显著性差异，说明营养液浓度为1/16 倍～1/4 倍MS 时，只添加大量元素、微量元素、Fe盐，而不添加有机成分，有利于增加单株茎叶鲜重与干重。营养液浓度为1/32 倍MS 时，T10、T11、T12 处理单株茎叶鲜重和干重较低，鲜重为0.20，0.29和0.21 g，干重为15.40，21.58和16.22 mg，显著低于T1、T2、T4、T5、T7、T8 处理，说明营养液浓度为1/32倍MS时，无论是全营养液还是不完全营养液，均不利于水培苗茎叶鲜重和干重的增加。

2.5 对根系形态的影响

营养液浓度和物质组成对马铃薯水培苗的根系形态有影响（表2）。营养液浓度为1/16 倍MS 时，T8 处理单株平均根数和平均根长达到最大值，单株平均根数为16.0 根，平均根长为9.00 cm，与其他处理差异达到显著；营养液浓度为1/8 倍MS 时T5 处理较好，单株平均根数为15.0 根，平均根长为7.63 cm，与T4（单株根数除外）和T6处理差异达到显著；营养液浓度为1/4 倍MS 时T2 处理较好，单株平均根数为14.0 根，平均根长为6.43 cm，与T1（单株根数除外）和T3 处理差异达到显著；说明营养液浓度为1/16 倍～1/4 倍MS 时，不加有机成分的处理有利于根系生长。全营养液即T1、T4、T7处理的单株平均根数和平均根长由大到小顺序为T7、T4、T1，不加微量元素和有机成分处理即T3、T6、T9 单株平均根数和平均根长由大到小顺序为T9、T6、T3，说明营养液浓度为1/16 倍～1/4倍MS时，较低浓度更有利于根系生长。T14（CK2）即MS营养液处理单株平均根数和平均根长低于T8处理，二者之间有显著性差异，与1/4 倍MS 不加有机成分处理相当，说明不加有机成分处理下，1/4倍MS 浓度可能为根系生长的下限值，高于此浓度可能会抑制根系的生长。营养液浓度为1/32 倍MS时水培苗平均根长较短，T10 为4.33 cm，T11 为5.67 cm，T12 为3.37 cm，说明在此浓度下，无论是全营养液还是不完全营养液，均不利于水培苗根的生长。

2.6 对根鲜重、干重的影响

营养液浓度和物质组成对马铃薯水培苗的单株根鲜重和干重有影响（表2）。营养液浓度为1/16倍～1/4 倍MS 时，T8 处理单株根鲜重和干重较高，鲜重为0.48 g，干重为141.42 mg，根鲜重除T14（CK2）外，显著高于其他处理，根干重显著高于同时不加微量元素和有机成分的处理，说明只添加大量元素、微量元素、Fe 盐，而不添加有机成分，有利于增加单株根鲜重和干重，只添加大量元素和Fe 盐，不利于单株根干重的增加。营养液浓度为 1/32 倍 MS 时，T10、T11、T12 处理时单株根鲜重和干重分别为0.28 g 和82.21 mg，0.26 g 和79.35 mg，0.20 g 和 71.28 mg，显著低于 T7、T8 处理，说明1/32倍MS浓度时，无论是全营养液还是不完全营养液，均不利于水培苗单株根鲜重和干重的增加。

表2 不同处理的马铃薯水培苗形态指标Table 2 Morphological indexes of potato hydroponic seedlings under different treatments

3 讨 论

本研究运用不同营养液配方培养马铃薯脱毒水培苗，明确营养液浓度及营养物质配比对马铃薯水培苗生长的影响。营养液离子浓度和供求关系影响着植株的生长[4,10]。本试验中，营养液浓度在1/16倍～1/4倍MS 时，只添加大量元素、微量元素和Fe 盐，不添加有机成分时植株能够正常生长，与MS全营养液生长效果无异，而在有机成分和微量元素同时缺乏时，植株根系及株高生长受限。T8 处理即浓度为1/16 倍MS，不加有机成分时，马铃薯水培苗无论在株高、茎粗、根系生长、根茎鲜重和干重等各方面均表现好，可作为本试验的最佳处理。当营养液浓度低至1/32 倍MS时，植株生长缓慢、矮小，这是由于浓度过低导致N、P、K、Ca、Mg、S等营养元素[11]缺乏，而使植株整体受到损害，而养分亏缺，特别是氮磷钾供应不足，导致根系生长缓慢，影响根系活力[12-14]。微量元素在营养液配比中含量甚少，但对植物的生长发育却产生重要作用，特别是在植物的光合作用、呼吸作用等重要生理过程中起着非常重要的作用。本试验在只添加大量元素和Fe 盐的处理中，水培苗生长缓慢，植株矮小，生长受阻，不具备扩繁所需的营养条件，与陈永波等[15]在培养基缺乏微量元素时试管苗叶片出现斑点形成烂叶的研究结果相似。

由以上分析可知，营养液浓度和营养物质组成可以影响马铃薯水培苗的生长。在马铃薯脱毒水培苗生产实践中，添加营养液时通过降低浓度至1/16倍MS，且只添加大量元素、微量元素和Fe盐，减少使用成本，以达到节本增效的目的。

本试验可以进一步降低马铃薯组培苗脱毒快繁成本，缩短繁殖周期。生产的水培苗田间移栽时的成活率和结薯情况还需进一步研究。