脫毒馬鈴薯霧化生產研究進展

張德銀　廖霏霏　劉興貴　劉曉　周力

摘要 霧培法生產脫毒馬鈴薯是一種新型植物培養方法，與其他方法相比具有可控性、生產自動化、成本低和效率高等優點，被廣泛應用于脫毒馬鈴薯原原種的生產。本文總結了近10年脫毒馬鈴薯霧培法生產過程中營養液、生產管理方式、抗性、貯存和設備等方面的研究進展，分析了目前存在的問題和今后的研究方向，以供參考。

關鍵詞 脫毒馬鈴薯；霧培法；營養液；產量

中圖分類號 S532 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）20-0060-02

目前，脫毒馬鈴薯原原種的生產方式主要有基質栽培、水培和霧培。霧培法是1988年由Weathers等提出的一種新型植物培養方法，其原理是通過定時噴霧營養液，使根系獲取生長所需水分和養分[1]。與其他方法相比，霧培法具有可控性、生產自動化、成本低和效率高等優點，被廣泛應用于脫毒馬鈴薯原原種的生產。近年來，對霧培法生產脫毒馬鈴薯種薯技術上的研究取得了更進一步的成果。本文總結了近10年脫毒馬鈴薯霧化生產技術的主要研究進展，以供參考。

1 營養液研究

霧培法栽培技術是將植物根系懸空在無光的容器里，用霧化的營養液定時噴灑根系，以獲得植物生長所需營養和水分。營養液是霧培法的核心，為了獲得高產，大量研究者在根系營養液配方上進行研究，甚至有學者對葉面營養液也有所研究。

1.1 根系營養液

目前，用于馬鈴薯霧培的營養液配方多以MS培養液為基礎，根據馬鈴薯生長需要適當調整N、P、K的含量和比例即可。孫海宏[2]篩選出最適合中早熟馬鈴薯品種的營養液是3/4 MS溶液，最適合晚熟馬鈴薯品種的營養液是MS營養液，可見不同生育周期的馬鈴薯品種對營養液的需求不同。何 忠等[3]利用不同配方營養液霧化生產微型薯，發現噴施3/4 MS營養液的植株生長發育中等，但合格薯率最高，爛薯率極低，而單株結薯數與利用MS營養液差別不大。喬建磊[4]研究發現，營養液中N、P、K 3種元素之間有耦合反應，且與馬鈴薯的生長發育關系密切，通過篩選得出N、P、K含量比例為1.00∶0.28∶1.30時結薯最多。李繼嫚[5]以春薯4號品種作為材料，研究馬鈴薯不同生育期對營養液配方的需求。結果表明，生長初期不同營養液配方對植株生長發育指標的影響差異明顯，主要表現在植株可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和根系活力等方面；生長后期不同營養液配方間各有優勢，綜合得出營養液N、P、K含量比例為1.00∶0.32∶1.29對植株生長發育后期最有利。韓忠才等[6]對不同營養液配方進行比較，結果表明，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對莖粗、匍匐莖數量及長度、單株結薯數和>6 g種薯所占比例等表現顯著優于其他配方。

1.2 葉面營養液

馬鈴薯塊莖的形成和膨大需要大量營養成分。為了在產量上達到最大化，葉面營養液噴施是一個有效途徑，生長調節劑和葉面肥的噴施是常用方法。目前在此方面的研究中，已報道的關于大田馬鈴薯葉面營養的研究較多，而關于霧培馬鈴薯葉面營養的研究甚少，但大田研究對霧培應用具有借鑒作用。丁 凡等[7]研究發現，同時進行葉面營養處理和根系營養處理能促進馬鈴薯植株對N、P、K的吸收，其含量在后期塊莖中較高，而分配率低，表明在增產上仍有較大潛力；而僅葉面營養處理后吸收的N、P、K大部分都能分配到塊莖，表明塊莖是三元素的最終貯存器官。許淑娟等[8]于馬鈴薯初花期對葉面噴施不同濃度的烯效唑，發現葉面噴施烯效唑能促使葉片葉綠素含量、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率和凈光合速率提高，20 mg/L烯效唑處理能顯著增強馬鈴薯植株光合作用。鄒曾碩等[9]在葉面噴施KH2PO4對微型薯產量影響的探索中發現，葉面噴施1～5 g/L KH2PO4能明顯增加匍匐莖數量和1 g以上種薯數量，其中KH2PO4濃度為4 g/L時效果最好，其大薯率最多、單株產量最高。

2 生產管理方式研究

馬鈴薯器官建成直接影響馬鈴薯產量和品質，因而在馬鈴薯霧培研究中，研究者通常會對植株葉片、匍匐莖、塊莖等進行特殊處理，以增加產量。李 標等[10]采用去葉和下放植株的方式探討了源器官調控對馬鈴薯植株生長的影響，結果表明，2種方式均能明顯促進植株伸長生長，同時會極顯著降低植株莖粗、分枝數、單株匍匐莖數。方貫娜等[11]利用槽內打頂整根技術掐掉霧培馬鈴薯過長匍匐莖頂端和腋芽化的匍匐莖后，匍匐莖大量生成，提高了種薯產量和質量。隨后，劉 偉等[12-13]研究表明，摘除匍匐莖尖端、一次匍匐莖、多級匍匐莖均能誘導大量新匍匐莖產生，除去一級塊莖能提高匍匐莖形成和塊莖膨大速率。由此可知，采用多次采收方式可以刺激匍匐莖多發，從而增加產量。唐道彬等[14]在馬鈴薯結薯對光的響應機理研究中發現，光調控能提高凈光合速率等參數，促進根莖葉生長，以及提早馬鈴薯匍匐莖與塊莖的形成和增加其數量。高 旭等[15]研究表明，馬鈴薯植株定植3節和打頂2次均能促使匍匐莖多發，以及增加塊莖數量和質量。汪翠存等[16]利用帶根苗和頂端扦插苗進行霧培，結果表明，與頂端扦插苗相比，帶根苗具有更強的匍匐莖形成能力，能提早完成形態器官的建設。柳巧霞等[17]研究發現，棚內環境溫度越高、噴霧時間越長，植株生長越快，若根據溫度變化進行間隙性遮陽，能促進植株莖粗和葉面積，從而提高產量。

3 抗性研究

由于霧培馬鈴薯植株的根系暴露在空氣中，容易受到環境溫度和水分的影響。為了摸清霧培馬鈴薯的抗性機理，研究者做了很多試驗研究。于海業等[18]、喬建磊[19]的研究發現，適宜濃度的鈣素可提高霧培馬鈴薯幼苗的抗寒性，表明鈣素在馬鈴薯幼苗抵御冷害的生理調節過程中發揮著重要作用，同時低鉀脅迫對植株葉片光補償點和暗呼吸速率影響顯著。邱孟柯等[20]發現，干旱脅迫下馬鈴薯幼苗生長發育受到明顯抑制，隨后用黃腐酸進行處理后減輕了干旱脅迫對幼苗的傷害，并提高了整體抗旱性。同年，李繼嫚[5]在營養液中N、P、K比例對植株抗性影響試驗中發現，不同生長時期對N、P、K比例的適當調整能提高其對高溫弱光和低溫弱光環境的抵抗能力。

4 貯存研究

霧化生產的微型薯含水量很高，對收獲后的處理及貯存條件要求嚴格。微型薯采收后必須清洗干凈表皮，并用0.5%多菌靈溶液浸泡10 s，攤開陰干，防止表皮上營養液和菌落富集導致爛薯。楊 芳等[21]利用石蠟切片法對馬鈴薯塊莖切片，發現微型薯采收后24 d木栓層細胞厚度較采收后3 d增加了86.3%，木栓層細胞寬度卻降低了40.1%，長度增加24.5%，木栓層細胞表現為扁平、排列緊密、層數增加，其致密性明顯增強，表明木栓化基本完成，是貯存的最佳時期。郭靜[22]指出，為了防止霧培微型薯貯存時出現皺縮和腐爛，冷庫的最適溫度為2～4 ℃、最適濕度為80%。

5 設施設備研究

霧培法是目前生產微型薯效果最好的方法，但由于其成本、技術等條件而阻礙了其快速發展和應用[23]。因此，許多研究者開始研究生產設備和管理方式的自動化、可視化和智能化等。周國雄等[24]設計了一套以超聲波霧化器為核心的智能控制系統，可根據棚內環境變化及時自動調控。同年，劉佳[25]設計了一款通過對相應的電磁閥進行調控從而控制營養液電導率和酸堿度的調控系統，很好地解決了營養液循環的調控問題。2017年，針對營養液霧滴大小和霧化量對植株生長的影響等問題，劉彬[26]設計了超聲霧化固定栓以控制霧滴粒徑大小。同年，劉曙光等[27]設計了一套日光溫室霧培生產系統，此系統可保證各區域管路的終端壓力變化在3%以內，栽培床內和貯存的營養液溫度差異均小于2 ℃，栽培床內濕度變化小于1%，營養液回流時間不超過30 min，最終穩定植物生長環境。

6 存在的問題及展望

霧培法生產脫毒馬鈴薯是一項新型的生產技術，其涉及環節主要有設備控制系統、營養液配制、生產管理、收獲和貯存。在不同地域、不同季節、不同生育期，馬鈴薯對營養液pH值和營養液中各元素的含量、比例的需求不同，有待進一步探索。有研究表明，秋季適合生產晚熟品種，春季適合生產早熟品種，且秋季是原原種繁育的最適季節；而有研究者發現，一些地區由于秋季氣溫高，秋冬季交叉時間極短，冬季氣溫回暖早，春季霧培馬鈴薯生產時間較秋季長，且溫度較秋季低，種植特點剛好相反，但不同地區、不同季節究竟適合哪些品種還需深入探索。此外，為避免營養液污染，一般每周更換1次，營養液更換頻率較快，而馬鈴薯植株吸收的營養占配制營養液的比例極低，僅20%左右，營養液利用率極低，如何用最少的成本獲得最大的產量還需繼續研究。現有霧培環境更多的是考慮光照強度、溫度和濕度，忽視了二氧化碳濃度等因素，而多個環境因素具有相互作用，對植株生長也有影響。在霧培栽培系統中，控制系統是關鍵技術之一，如何將自動化、可視化和智能化成熟應用于馬鈴薯霧培生產還需深入研究。

針對馬鈴薯霧培近年的研究現狀及存在的主要問題，未來的研究重點將是馬鈴薯不同生長環境和不同生育期對營養元素的需求差異、營養液利用率、環境因素相互作用對生產的影響，以及栽培環境中自動檢測系統多傳感器信息的在線融合、手機APP遠程檢測和控制等方面。最終，可根據馬鈴薯不同生長環境及不同生長階段所需營養的不同，利用智能系統設置營養液配比、多種環境因素等，真正實現全程自動化調節、智能化控制，使馬鈴薯產量達到最大值。

7 參考文獻

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