外源激素及肥料调控对马铃薯雾培原原种生长和产量的影响

唐梦雪,王克秀，唐铭霞，胡建军，何 卫，杨雯婷，郭 展，王西瑶

(1 四川省农业科学院 作物研究所,四川 成都610066；2 四川农业大学 农学院，四川 成都 611130)

马铃薯(SolanumtuberosumL.)是世界四大粮食作物之一，具有营养价值高、高产稳产、适应性强的特点[1]，是四川民族地区、贫困山区重要的粮食作物，对该区脱贫致富、乡村振兴及保障粮食安全具有重要意义。连续多年种植，马铃薯易侵染病毒造成种薯退化，导致产量和品质严重下降[2]，而使用脱毒种薯可以提高产量30%以上[3]。但目前我国马铃薯良种繁育体系薄弱，脱毒种薯数量少、质量差、价格高，制约着脱毒种薯的广泛应用。因此，加快提高脱毒种薯的数量和质量，尤其是原原种的数量和质量，成为促进马铃薯产业发展的关键环节。目前原原种繁育方式主要有传统基质栽培和雾培[4]。传统基质栽培单株产量仅为1～3粒，而雾培则效率提高10倍以上，成本降低70%以上[5]，且通过雾培系统更容易获得质量好、品质高的马铃薯原原种[6]。因此雾培被认为是现今马铃薯原原种繁育的最佳方式，但该技术对气候环境非常敏感[7]，不同品种在不同生产季对雾培系统的应答不同。为优化雾培原原种生产体系，诸多学者在雾培原原种生产上做了研究，包括种植方式[8]、营养液[9]、农艺措施[10]等。Chang等[11]研究表明，与气液栽培和深水浸泡栽培方式相比，使用气雾栽培的马铃薯植株更旺盛，块茎形成更早。Wang等[12]研究发现，在每10 min喷雾30 s条件下马铃薯植株生长势好，种植密度为54 ～80 株/m2时单位面积块茎数最多。

植物叶片(包括部分茎表面)除具有蒸腾和光合作用外，还可以通过渗透扩散方式吸收肥料中的营养成分[13]。大量学者在叶面喷施激素、肥料对马铃薯产量的影响上做了诸多研究[14-16]，但在雾培原原种生产方面的研究相对较少。

布拖乌洋芋是我国国家地理标志产品。因其花青素含量丰富、淀粉含量高、食味好，同时也兼具耐贮藏等优势，商业价值高[17-19]。但前期调研发现普通马铃薯产量为22 500～30 000 kg/hm2，而布拖乌洋芋产量仅为6 000～11 250 kg/hm2。这主要是由于布拖乌洋芋多年连续种植，种薯退化严重，品质和产量严重下降，因此迫切需要对其进行脱毒复壮、繁育脱毒原原种，以提高产量，助农增收增效，保障该区粮食安全。为此，本研究以布拖乌洋芋为试验材料，研究雾培条件下，叶面喷施外源激素和肥料对马铃薯原原种生产过程中植株生长发育、内源激素变化、干物质积累及块茎产量的影响，以优化完善雾培原原种高效生产技术，为马铃薯原原种生产提供技术支持和理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

马铃薯品种为布拖县地方特色资源布拖乌洋芋，其脱毒苗由四川省农业科学院作物研究所提供。

赤霉素(GA3，有效成分大于90%)，购自成都市科隆化学品有限公司；表油菜素内酯(eBr，有效成分大于90%)，购自北京索莱宝科技有限公司；烯效唑(S-3307，有效成分为5%)，购自四川省兰月科技有限公司；硝酸钙(Ca(NO3)2)、磷酸二氢钾(KH2PO4)为分析纯，购自成都市科隆化学品有限公司。

1.2 试验设计

试验分别于2020年9月至2021年1月和2021年1月至2021年6月在四川省农业科学院作物研究所温网室(30°66′ N,103°54′ E,海拔500 m)进行。试验期间秋季温室内白天平均温度为16.6 ℃，夜间平均温度为11.6 ℃；春季白天平均温度为20.7 ℃，夜间平均温度为12.3 ℃。

试验采用雾培方法，雾培装置包括水泵、自动控制系统、营养池、过滤器、出水管、回水管、栽培箱和雾化装置。营养液通过出水管经雾化装置喷至植株根部，多余的营养液经回水管回流至营养池，营养液循环使用，每周更换1次[12]。试验采用单因素完全随机设计，设置清水对照(CK)、Ca(NO3)2、GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr、KH2PO4、S-3307、Ca(NO3)2+KH2PO4、GA3+Ca(NO3)2+S-3307共8个处理。小区面积2.4 m2，每小区130株幼苗，每处理为1个小区，4次重复。分别于2020年9月3日(秋季)和2021年1月30日(春季)选取健壮一致的布拖乌洋芋脱毒苗，带根移栽至雾培定植板上，密度为54 株/m2(苗间距10 cm×15 cm)，定植14 d后开始叶面喷施处理，以叶面均沾满水珠为标准，各处理及具体喷施方法：Ca(NO3)2处理定植14～42 d喷施10 g/L Ca(NO3)2；GA3+Ca(NO3)2处理定植14～42 d喷施10.0 mg/L GA3+1 g/L Ca(NO3)2；GA3+eBr处理定植14～42 d喷施10.0 mg/L GA3+0.02 mg/L eBr；KH2PO4处理定植49～70 d喷施5 g/L KH2PO4；S-3307处理定植49～70 d喷施5 mg/L S-3307；Ca(NO3)2+KH2PO4处理定植14 ～42 d喷施10 g/L Ca(NO3)2，定植49～70 d喷施5 g/L KH2PO4；GA3+Ca(NO3)2+S-3307处理定植14 ～42 d时喷施10.0 mg/L GA3+1 g/L Ca(NO3)2，定植49～70 d时喷施5 mg/L S-3307；清水对照处理喷施清水，所有处理均每周喷施1次试剂或者清水，共喷施8次。

雾培营养液大、中量元素浓度分别为氮(N)17.14 mmol/L、磷(P)1.80 mmol/L、钾(K)19.51 mmol/L、钙(Ca)1.60 mmol/L、镁(Mg) 1.40 mmol/L，铁等微量元素同MS培养基，所有试剂均为分析纯(AR)。植株定植前7 d营养液每5 min喷施30 s,之后每15 min喷施30 s。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 植株形态指标的测定 在定植77 d时，每小区随机选取长势整齐一致的植株5株，测定植株形态指标。株高(cm)：为植株生长点到茎基部的距离；茎粗(mm)：为植株基部主茎的直径；根长(cm)：为茎基部到根系顶端的距离；叶面积指数：采用打孔法测量，选取具有代表性的叶片，用打孔器打出圆形叶片，测量其面积S1和鲜质量m1，并测量整个植株剩余叶片鲜质量m2，计算单株叶片总面积S=S1+(m2/m1)×S1，叶面积指数LAI (leaf area index)=(S×65)/1.2 m2。

1.3.2 植株匍匐茎的测定 分别于2020年11月26日和2021年4月11日采用人工计数法统计匍匐茎数和匍匐茎分支数。

1.3.3 植株块茎形成 匍匐茎顶端膨大至匍匐茎直径的2倍时计为块茎形成，以块茎形成的植株数占小区全部植株数比为植株块茎形成比例，从第1株植株块茎形成开始记录，之后每隔1 d记录1次，直到全部植株块茎形成结束。

1.3.4 单株干物质积累量的测定 在定植77 d时，测定植株农艺性状，分别称取叶片、茎秆、根系、块茎4个部分的鲜质量，105 ℃杀青30 min后80 ℃烘干至恒质量，称取干质量，计算单株干物质积累量。

1.3.5 叶片叶绿素和氮磷钾含量测定 在定植77 d时测定叶片叶绿素和氮磷钾含量。叶绿素含量：利用SPAD-502叶绿素仪测量马铃薯倒四叶顶小叶的SPAD值；叶片氮、磷、钾含量的测定：将各处理测定完干物质积累量的叶片粉碎并过孔径0.25 mm筛，取样袋密封，用于叶片氮含量(凯氏定氮法)、磷含量(钒钼黄比色法)、钾含量(火焰原子吸收分光光度计法)的测定。

1.3.6 叶片GA3和ABA含量测定 在定植77 d时，每小区随机选取5株，取倒4叶顶小叶测定叶片GA3和ABA含量。GA3和ABA含量测定采用植物激素酶联免疫吸附法，试剂盒购于中国农业大学化控中心。

1.3.7 产量性状的测定 每小区随机选取50株测定产量性状，采用分次采收方法，每周采收1次，每次采收大于3 g的原原种，最后1次采收所有膨大为匍匐茎直径2倍的原原种。将每次收获的原原种进行称质量和粒数统计，并按薯块质量进行分级，共分为6级，分别为<0.5 g、0.5 g≤～<1 g、1 g≤～<3 g、3 g≤～<5 g、5 g≤～<10 g、≥10 g。最后一次收获后，以小区总产量和收获株数计算单株结薯产量和结薯数，计算单位面积结薯产量、单位面积结薯数和大小薯比例。

1.4 数据处理

采用DPS 18.10与Microsoft Excel 2007进行试验数据分析，采用Duncan’s法对不同处理进行差异显著性分析，显著水平为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 外源激素及肥料对马铃薯植株形态指标的影响

由表1可以看出，外源激素及肥料对春秋两季马铃薯植株的株高、茎粗、根长、叶面积指数均有明显影响。与CK相比，GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr处理显著增加了春秋两季马铃薯的株高和叶面积指数，其中GA3+Ca(NO3)2处理春秋两季马铃薯的株高和叶面积指数分别增加41.0%，50.6%和111.1%，109.1%，GA3+eBr处理春秋两季马铃薯的株高和叶面积指数分别增加37.5%，39.3%和72.2%，77.3%；Ca(NO3)2处理下，仅显著增加秋季马铃薯株高，增加幅度为16.8%；S-3307处理下春秋两季马铃薯株高显著降低；GA3+Ca(NO3)2+S-3307处理马铃薯株高降低于CK但差异不显著，叶面积指数显著提高；KH2PO4处理显著增加了春季马铃薯根长。除KH2PO4和S-3307处理的叶面积指数，其他处理秋季马铃薯株高和叶面积指数均大于春季。

由表1还可以看出，春季，与CK相比，所有外源激素和肥料处理马铃薯茎粗均显著增加。秋季，除KH2PO4处理马铃薯茎粗显著小于CK外，其他处理均高于CK,但与CK差异不显著。春季茎粗基本大于秋季。

由表1还可以看出，春季，与CK相比，Ca(NO3)2、GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr、KH2PO4处理显著增加马铃薯了根长。秋季，与CK相比，仅Ca(NO3)2、Ca(NO3)2+KH2PO4处理马铃薯根长显著增加，较CK分别增加了9.2%和11.7%。根长春季大于秋季。

2.2 外源激素及肥料对马铃薯植株匍匐茎生长的影响

外源激素及肥料对马铃薯植株匍匐茎生长的影响如表2所示。由表2可以看出，外源激素及肥料对春秋两季马铃薯植株的匍匐茎长、匍匐茎数、匍匐茎分支都有明显影响。春季，与CK相比，所有外源激素和肥料处理均对匍匐茎长和匍匐茎分支有明显促进作用。秋季，与CK相比，GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr、GA3+Ca(NO3)2+S-3307处理对马铃薯匍匐茎长有显著促进作用，分别较CK增加56.8%，36.0%和36.5%；Ca(NO3)2、GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr、Ca(NO3)2+KH2PO4、GA3+Ca(NO3)2+S-3307对匍匐茎分支有显著促进作用。春季，GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr、GA3+Ca(NO3)2+S-3307处理马铃薯植株匍匐茎数显著大于CK，较CK分别增加20.0%，21.3%和37.3%。所有外源激素和肥料处理均对秋季马铃薯植株匍匐茎数无显著影响。春秋两季匍匐茎长无明显差异，但春季马铃薯匍匐茎数和匍匐茎分支数大于秋季。

表2 不同处理对马铃薯植株匍匐茎生长的影响Table 2 Effects of different treatments on stolon growth of potato plants

2.3 外源激素及肥料对马铃薯块茎形成的影响

由图1可以看出，外源激素及肥料对马铃薯块茎形成都有影响，两季的趋势基本一致。随定植时间延长，不同处理下马铃薯块茎形成有明显差异，大体分为2组，第1组不含GA3的处理(Ca(NO3)2、KH2PO4、S-3307、Ca(NO3)2+KH2PO4)与CK相似，未缩短或者延迟块茎形成期；第2组为添加GA3的处理(GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr、GA3+Ca(NO3)2+S-3307)，均通过叶面喷施GA3延长了块茎形成。春季，与CK和其他处理相比，GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr、GA3+Ca(NO3)2+S-3307处理马铃薯块茎形成比例达80%的时间延迟8 d，且块茎形成速度慢；而秋季，添加GA3的3个处理植株块茎形成比例达80%的时间仅滞后5 d。春季日照长度逐渐由短变长，短的日照长度更有利于马铃薯块茎生长，因此块茎开始形成时间较秋季提前11 d。马铃薯块茎形成比例从开始形成到100%，春季持续20 d，而秋季仅持续了12 d，但春秋两季100%马铃薯块茎开始形成的时间基本一致，春季为定植41 d，秋季为定植45 d。

2.4 外源激素及肥料对马铃薯单株干物质积累和分配的影响

由图2可以看出，不同处理对马铃薯植株干物质积累有显著影响。春季，所有处理的马铃薯单株干物质积累量均高于CK，除Ca(NO3)2处理与CK差异不显著外，其他处理均达到显著水平。秋季，所有处理干物质积累量均高于CK，且GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr和GA3+Ca(NO3)2+S-3307处理显著高于CK，提升幅度最高达71.4%。综合而言，与CK相比，叶面喷施处理组合包含GA3的处理均能显著增加春秋两季干物质积累量。秋季马铃薯植株干物质积累明显大于春季(图2)。

由图3可以看出，在春季，GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr处理下马铃薯根、茎、叶的干物质比例分别为9.5%，24.8%，31.5%和9.0%，24.6%，30.6%，显著高于其他处理，但块茎的分配比例显著低于其他处理；S-3307处理下块茎的干物质比例为65.8%，显著高于其他处理。在秋季，GA3+Ca(NO3)2+S-3307处理马铃薯根的干物质比例为5.7%，显著高于其他处理；GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr处理下马铃薯茎、叶的干物质比例分别为21.1%，21.5%和21.5%，22.7%，显著高于其他处理；S-3307处理下马铃薯块茎的干物质分配比例最高为67.6%，显著高于其他处理。春秋两季，GA3+Ca(NO3)2处理下马铃薯茎叶比例均显著高于其他处理，S-3307处理下马铃薯块茎的干物质比例最高。

2.5 外源激素及肥料对马铃薯叶片叶绿素和氮磷钾含量的影响

由表3可以看出，春秋两季，GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr、S-3307和GA3+Ca(NO3)2+S-3307处理马铃薯叶片叶绿素含量均显著低于CK。春季叶片叶绿素含量大于秋季。

由表3还可以看出，不同处理马铃薯叶片氮磷钾含量有明显差异。与CK相比，KH2PO4、S-3307、Ca(NO3)2+KH2PO4和GA3+Ca(NO3)2+S-3307处理春秋两季马铃薯叶片氮含量均降低，且秋季达到显著性差异。与CK相比，KH2PO4、Ca(NO3)2+KH2PO4显著提高了春秋两季马铃薯叶片的磷含量；S-3307处理显著降低了秋季叶片磷含量；春季叶片磷含量大于秋季。GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr处理均提高了春秋两季马铃薯叶片的钾含量，秋季达显著水平；S-3307对春秋两季叶片的钾含量表现不一致，对秋季的K含量不利，而对春季的K含量有促进作用；GA3+Ca(NO3)2+S-3307处理提高了春秋两季叶片K含量，春季达到显著水平。两季叶片钾含量无明显差异。

表3 不同处理对马铃薯叶片叶绿素和氮磷钾含量的影响Table 3 Effects of different treatments on chlorophyll and NPK contents of potato leaves

2.6 外源激素及肥料对马铃薯叶片ABA和GA3含量的影响

由表4可以看出，不同处理马铃薯叶片的内源激素GA3和ABA含量有显著差异。春季，与CK相比，除Ca(NO3)2处理外，其他处理均显著降低了马铃薯叶片中GA3的含量；秋季，仅Ca(NO3)2+KH2PO4处理显著降低了马铃薯叶片中GA3含量，其他处理间差异不显著。对ABA含量而言，与CK相比，GA3+Ca(NO3)2和GA3+eBr处理显著增加了春秋两季叶片ABA的含量；S-3307和GA3+Ca(NO3)2+S-3307处理叶片ABA含量增加，但仅在秋季达显著差异。KH2PO4、Ca(NO3)2+KH2PO4同样提高了春秋两季马铃薯叶片ABA的含量，但仅春季存在显著性差异。秋季叶片ABA含量高于春季。与CK处理相比，除Ca(NO3)2处理外，其他处理均显著降低了春秋两季马铃薯叶片GA3/ABA值。

表4 不同处理对马铃薯叶片GA3和ABA含量的影响Table 4 Effects of different treatments on GA3 and ABA contents of potato leaves

2.7 外源激素及肥料对马铃薯产量和结薯数的影响

由表 5 可以看出，马铃薯单株结薯数季节间无明显差异，但单株结薯产量季节间有明显差异，秋季单株结薯产量显著大于春季。外源激素与肥料处理对春秋两季单株结薯产量和单株结薯数均有影响。春季，S-3307处理单株结薯产量显著高于CK，其他处理间差异不显著；在秋季，喷施Ca(NO3)2、GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr处理单株结薯产量达到较高水平，显著高于KH2PO4和S-3307处理，但与CK差异不显著；春秋两季，GA3+eBr处理均能获得最高单株结薯数，显著高于CK。

表5 不同处理对马铃薯单株结薯产量与结薯粒数的影响Table 5 Effects of different treatments on potato tuber number and tuber yield

单位面积结薯产量、结薯数与单株结薯产量和结薯数变化趋势一致，秋季单位面积结薯产量显著大于春季，两个季节单位面积结薯数变动幅度不大。

2.8 外源激素及肥料对马铃薯不同大小块茎比例的影响

由图4可以看出，春季，GA3+Ca(NO3)2和GA3+eBr处理下马铃薯<1 g块茎比例分别为68.2%和67.0%，明显高于其他处理。各处理下1 g≤～<3 g块茎比例差异不大，KH2PO4处理最高为26.6%。S-3307处理下的3 g≤～<5 g和5 g≤～<10 g块茎比例最高，分别为28.8%和6.7%。

由图4还可以看出，秋季，KH2PO4和S-3307处理下<1 g块茎的比例分别为44.3%和40.9%，明显高于其他处理。各处理下1 g≤～<3 g块茎比例差异不大，同样在KH2PO4处理最高为17.4%。CK处理下的3 g≤～<5 g块茎比例最高，为35.0%。各处理下5 g≤～<10 g块茎比例差异不大。秋季≥1g块茎比例显著大于春季。

3 讨 论

3.1 外源激素及肥料对马铃薯雾培植株生长的影响

植物的生长发育受多种因素影响，包括光照强度、光周期、温度和肥水条件等[20-22]。本试验中，不同处理对马铃薯农艺性状的影响显著，其中GA3+Ca(NO3)2和GA3+eBr处理显著增加了马铃薯植株的株高、叶面积指数、匍匐茎长、匍匐茎分支数，保证了植株地上部分的形态建成，为后期块茎形成提供了营养保障，这与Wittwer等[23]、Hartmans等[24]、Khalid等[25]、Olszewski等[26]的研究结果一致。本试验含有GA3的所有处理中，马铃薯植株的叶绿素含量均显著低于其他处理。这可能是因为GA3促进了植株的营养生长和细胞的快速分裂，营养生长加快，产生了稀释效应，导致叶片细胞液浓度降低[27-28]。

干物质积累是产量形成的物质基础，干物质在不同器官中的分配比例是决定产量的重要因素[29]。本试验结果表明，春秋两季各处理对布拖乌洋芋的干物质积累量均有显著影响，其中喷施GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr和GA3+Ca(NO3)2+S-3307处理在两季均能有效增加干物质积累量。GA3和eBr作为植物生长调节剂，喷施后能有效促进地上部分生长，显著增加植株茎叶的干物质分配比例，为后期块茎形成奠定基础。本研究中，春季叶面喷施S-3307能有效增加干物质积累量。S-3307作为植物生长抑制剂，喷施后能够有效抑制地上部分生长，使养分积累到块茎中，从而显著增加块茎干物质积累量，为后续块茎膨大奠定基础。

3.2 外源激素及肥料对马铃薯产量的影响

马铃薯块茎形成受自身生理(基因型、激素水平等)和外部环境(光照、温度、营养)等因素协同调控[30-31]。Menzel等[32]和Okazawa等[33]报道，叶面喷施激素和肥料主要通过改变植株内源赤霉素、细胞分裂素和抑制性因子的水平来影响块茎的形成。本研究中，不同喷施处理对春秋两季的单株结薯粒数、单株结薯产量存在不同的影响。春季气温由低升高，光周期逐渐延长，GA3、eBr具有加速植物生长、提高产量等作用，且GA3+Ca(NO3)2和GA3+eBr两者复配存在正向交互作用[27,34]，GA3和eBr互作可以提高植物的应激能力，显著增加植株生长势与光合面积，为块茎形成和膨大提供充足的营养物质，块茎形成期的延长也为块茎膨大提供了充足的营养基础。本研究中，叶面喷施GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr、GA3+Ca(NO3)2+S-3307明显提高了单株结薯数，但由于上述处理前期促进营养生长，延迟了块茎形成，而结薯中后期，随光周期延长不利于马铃薯块茎继续膨大，所以未能在春季获得好的结薯产量。除KH2PO4处理外，其他所有处理的单株结薯产量均有所提高，含GA3处理通过增加结薯数来提高单株结薯产量，而S-3307则通过增加大薯比例来增加单株产量，且S-3307处理增幅达到54.6%。叶面喷施S-3307对3 g≤～<5 g、5 g≤～<10 g原原种比例影响达到显著水平。这可能与春季光温条件下，此处理前期块茎形成较早，块茎膨大期喷施S-3307有效抑制了地上部分生长，促使同化产物向块茎转运密切相关。秋季光温条件与之相反，植株生长中后期地上部受光温条件抑制，叶面喷施GA3+eBr能获得最高单株结薯数和单株结薯产量，较CK增幅261.0%和21.2%，而中期喷施S-3307对地上部的叠加抑制反而带来了负面效应，降低了结薯产量。

4 结 论

春秋两季，叶面喷施GA3+Ca(NO3)2和GA3+eBr有利于马铃薯植株营养生长，显著提高了植株的株高、叶面积指数和茎叶的干物质分配比例。GA3+eBr处理在春秋两季均能获得最高单株结薯数；春季S-3307处理单株结薯产量最高，比CK增加54.2%；秋季喷施Ca(NO3)2、GA3+Ca(NO3)2、GA3+eBr处理单株结薯产量达到较高水平。不同季节定植前期叶面喷施GA3+Ca(NO3)2和GA3+eBr均能显著提高单株结薯数，但对单株结薯产量的影响有季节性差异；春季定植中期叶面喷施S-3307能显著提高单株结薯产量，不同产区应根据生产需要和生态条件优化制定原原种生产管理模式。