霧培法生產馬鈴薯微型薯技術的研究

劉峰 齊瑞鋒 張明宇 孫鴻

(吉林省農業機械研究院，吉林 長春 130022)

引言

馬鈴薯營養價值高、適應力強、產量大，目前已成為僅次于水稻、小麥和玉米的全球第4大糧食作物，在人類生活中占有重要地位[1]。馬鈴薯種植廣泛，特別是近年來隨著農業結構的調整，馬鈴薯種植產業廣受關注。由于馬鈴薯的繁殖方式依靠塊莖，而塊莖在生長期間容易被病原體侵染，如果種薯含有病毒將會造成嚴重減產，只有將種薯內的病毒去除，才能防止馬鈴薯的“退化”，目前的研究顯示，使用脫毒種薯一般可提高馬鈴薯產量30%～50%，因此在馬鈴薯產業發展中脫毒種薯的生產成為關鍵[2]。本文對目前馬鈴薯微型種薯的生產現狀及比較先進的霧培法生產技術進行綜述。

1 馬鈴薯微型薯生產現狀

目前主要的馬鈴薯脫毒種薯生產方式有2種，利用無土基質對種薯進行栽培；利用營養液噴霧來栽培種薯，即通常所說的霧培法。

無土基質栽培的脫毒馬鈴薯原種栽培技術從20世紀70年代開始在我國推廣，該技術利用網棚和基質栽培模式生產，整體方法與傳統的土壤栽培技術接近、易于掌握，因此很受農民歡迎，在許多地區得到推廣，在目前的馬鈴薯種植中仍有廣泛使用。無土基質栽培一般以草炭、蛭石、砂子或珍珠巖材料等為基質，定期澆灌營養液，馬鈴薯植株單株結薯能夠達到2～3粒，每粒重量1～3g不等。基質栽培技術在使用過程中也存在一些問題，如繁殖倍數低，基質昂貴需要滅菌，且基質來源不足、質量參差不齊、產量較低等。

霧培法生產馬鈴薯微型種薯是目前最為先進的一種方法。霧培這個名詞由拉丁詞aero(空氣)和ponic(工作)衍生而來，是指在不使用土壤或基質條件下，在空氣或薄霧環境中種植植物的一種方法[3]。霧培法生產脫毒馬鈴薯種薯是指將馬鈴薯植株根系置于黑暗和無土的條件下，通過霧培設備將營養液霧化后，定時定量的對植株進行噴灑，為其提供生長所必需的水分和營養，從而使植株迅速生長并達到縮短生育期、提前結薯、提高植株結薯率的效果。基質栽培法是在主匍匐莖上形成微型薯，而霧培法栽培時馬鈴薯會在主匍匐莖的結節處形成大量的二級分枝匍匐莖，此時微型薯在二級分枝匍匐莖上大量形成，繁殖倍數高，單株結薯有數十粒，可達800～1000粒·m-2。而且霧培法由于可避免土壤中病原菌及病毒的傳遞環節，微型薯的質量也大大提高。近年來，霧培法生產馬鈴薯種薯日益受到關注，如1998年吉林省蔬菜花卉研究所的姜潤田等利用霧培法進行實驗室生產脫毒馬鈴薯小薯，經過多年的試驗與應用，效果良好，深受廣大用戶和專家的好評[4]。2017年甘肅省莊浪縣也開展了霧培脫毒馬鈴薯原種的多項研究，并相繼針對培養液等方面進行了培養條件的優化[5]。

總的來說，霧培法采用工廠化生產脫毒馬鈴薯種薯，生產設備占地少、操作簡單、自動化程度較高、運行安全可靠，在生產管理方面具有優勢；而且，霧培法中營養液無污染，可循環噴灑利用，微型種薯還可以進行多次采摘，有效地提高了工作效率，并降低了生產成本。另外，由于在溫室內生長，控制了晚疫病的發生，延長了生長時間，進而提高了馬鈴薯微型種薯的產量與質量，效益優勢明顯，因此在全國范圍內逐漸得到認可。

2 霧培法生產馬鈴薯微型薯的研究

2.1 前期育苗

前期育苗是霧培法生產馬鈴薯微型薯的關鍵。研究顯示，育苗應選擇生長旺盛、再生能力強的試管苗作為材料，盡量不使用生理老化苗，以保障后期出苗質量好、緩苗快、成活率高，可以使用生根劑促進試管苗生根發育。為了提高試管苗移栽后的成活率，移栽前建議在溫室進行光、溫煉苗，以提高試管苗的適應性。育苗時選取營養全面且具有較好保水、保肥能力，同時透氣性良好的無菌基質，如富含有機質的營養土、物理化學性質穩定的蛭石基質等均可用于脫毒馬鈴薯的育苗[6,7]。

試管苗經煉苗后小心移至培養基質中，建議根據育苗季節的不同采取通風遮陽或搭建地膜拱棚等方式進行濕度和溫度的控制，以促進發根緩苗。育苗期間的溫度最好控制在白天20～30℃，夜間不低于10～15℃，光照時間適當延長有利于幼苗的生長。幼苗成活后，注意控水及施肥，保持土壤潮濕但水分不可過多，避免幼苗徒長，當苗齡達到20～25d時，即可用于后期定植。

2.2 霧培法設備

馬鈴薯微型薯的生產一般在霧培溫室內進行，由多種設備設施組成的復合體系完成。包括相應的馬鈴薯栽培溫室、植株培養槽、營養液供給及控溫系統等。

馬鈴薯栽培溫室由溫室主體、溫控系統、遮陽設施、通風設施等組成，工作人員可以通過這些設施來調節溫室內的溫度、濕度以及光照強度和光照時長，為馬鈴薯微型薯植株的生長提供適宜的外部氣候條件。培養槽由槽體框架、保溫槽及回水部件等構成，培養槽的假植板與保溫槽體圍成的密閉、遮光的密閉空間為馬鈴薯微型薯氣霧栽培提供根際生長環境，并保證了馬鈴薯種薯在黑暗的環境下生長，避免接觸光線使種薯產生毒素而不能用于后續的種植環節。營養液供給系統包括供液泵、供液管路、電磁閥、回水管路、消毒裝置及噴灑裝置等，供液系統按照控制系統指令，根據植株生長需要調整營養液的噴灑量與噴灑時間，為馬鈴薯微型薯的生長提供適宜的營養和水分等。營養液溫控系統包括營養液池、溫控器、加熱及制冷機組等，營養液溫控系統通過控制營養液的溫度保證馬鈴薯微型薯在適宜的溫度下生長。

2.3 霧培法的培養液

馬鈴薯微型薯霧培法生產研究中營養液是技術的核心，馬鈴薯植株只有處于合適的營養液中才能獲得理想的產量和質量[8]。研究顯示，不同的營養液配方對馬鈴薯脫毒植株的生長、發育及微型薯的產量和質量都具有重要影響。對馬鈴薯不同霧培生長期的營養液配方進行優化，可以為利用霧培技術生產馬鈴薯微型薯提供實驗依據，為馬鈴薯微型薯優質高效的生產奠定基礎。營養液條件主要包括營養液組分、電導率和酸堿性等方面。目前，關于馬鈴薯微型薯霧培營養液的研究大都以MS培養基為基礎，賀曉霞等通過實驗得出結論，生長初期適當提高霧培營養液中大量元素的含量有利于馬鈴薯植株生長，提高磷、鉀含量能夠增加莖粗，提高植株的抗倒伏能力；而馬鈴薯結薯期適當減少氮用量，增加磷、鉀比例可提高微型薯產量[9]。吉林大學李繼嫚也將馬鈴薯結薯期進行了初期和后期的劃分，并設置了5種營養液配方，考察了不同結薯期對營養的最適需求，研究結果顯示，在不同結薯期營養液配方對霧培馬鈴薯生長發育及產量具有不同影響，并以此為基礎優化了營養液的組成[10]。Oraby等[11]以結薯量為指標，采用霍格蘭營養液配方，得到了大于70個的單株結薯數量。而韓忠才等則綜合了微型薯產量、植株生長性狀以及采收后的損失率等多項指標，對培養液配方進行優化，最終確定營養液配方為每升營養液中硝酸銨296mg、硝酸鉀455mg、磷酸二氫鉀254mg、硫酸鉀257mg、七水合硫酸鎂554mg、四水合硝酸鈣718mg[12]。

2.4 霧培期的管理

馬鈴薯種苗在移栽到培養槽前應停止澆水，防止植株過于脆嫩，在移栽時導致傷苗的情況。定植后開啟噴霧裝置，增加溫室內空氣濕度，噴灑薯苗葉面。假植板上孔行距約為35cm，孔距為20cm，假植孔徑2.5cm。在假植時應注意避免植株倒伏的現象，建議用消毒后的海綿將植株固定在孔內，使植株保持直立。移栽后的前7d還要開啟遮陽網，起到降溫遮陰的作用，以免幼苗強光暴曬，導致死苗。

溫濕度的變化對馬鈴薯霧培的影響非常明顯，霧培期適宜種苗生長的溫度區間，白天20～30℃，夜間10～15℃。溫度過低時薯苗莖葉生長緩慢，溫度過高則植株呼吸作用增強，過度消耗養分，不利于莖塊形成。整個苗期中溫室內應保持相對濕度60%～80%為宜，過于干燥或濕潤容易引發病蟲害。

霧培溫室栽培脫毒馬鈴薯，一般植株生長會比較旺盛，需注意側枝生長情況，如過于繁茂建議適量打杈，以增加空氣流通和光照的強度，促進馬鈴薯根系及匍匐莖的生長，以提高結薯量。在霧培馬鈴薯微型薯的生長過程中，氣溫變化等因素容易刺激植株長出腋芽薯，這部分小薯會影響植株生長并進一步影響微型小薯的產量。因此，在生長初期建議盡早摘除可以去掉的腋芽，如形成腋芽薯也要及時去除，避免對結薯量產生不利影響。

霧培栽培期間營養液的管理直接影響馬鈴薯的生長發育和種薯的產量，根據種薯的生長特性，建議采用間歇供液方式。隨著生長階段的不同，間歇時長也要有所調整。由于馬鈴薯蒸騰作用比較強，一般白天每隔3～5min噴營養液1次，時長在15～20s。夜間每20～30min噴營養液1次，時長在20s左右。具體可以觀察種苗的長勢略作調整；營養液在使用過程中，水分和各種營養元素都會有不同程度的消耗，可以通過傳感器監測營養液水量和營養元素的變化，及時添加或更換營養液，一般苗期7d更換或添加1次，結薯期5d更換或添加1次。

霧培溫室內溫度適中且環境濕度較大，容易滋生各種病原菌，因此霧培生產中需要預防早疫病、晚疫病和青枯病等馬鈴薯常見病。除了排風換氣降低濕度外。可用25%阿米西達懸浮劑1000～1500倍液，或58%甲霜靈錳鋅可濕性粉劑600～800倍液，或50%錳鋅·氟嗎啉可濕性粉劑600倍液，或75%百菌清可濕性粉劑500倍液交替噴霧防治早、晚疫病，7～10d噴1次[13,14]。可在營養液中加入1500～2000倍液30%甲霜·惡霉靈水劑防治青枯病。另外，噴灑900倍液和1100倍液消菌靈處理液防病效果也非常好[15]。

2.5 霧培微型薯的收獲及貯藏

霧培微型薯的收獲根據品種及種薯要求而定，一般微型薯長至3～5g時開始采收，根據種薯成熟度可多次收獲，10～15d收獲1次。采收時要輕采輕放，以免拉斷匍匐莖或損傷未長大的小薯。如小薯脫落，需及時處理，防止腐爛后對營養液造成污染。

霧培法培養的微型薯含水量高，所以采收后不能立即貯藏，以免發生爛窖。建議微型薯采收后先將表皮沖洗干凈，然后在0.5%甲霜靈溶液中浸泡10s，取出后自然風干；或者直接在沖洗后置于陰涼處晾曬至表皮木質化后，貯藏于溫度2～4℃且濕度為80%～90%的氣調冷庫中。

3 結語

與傳統的馬鈴薯育種相比，霧培法生產馬鈴薯微型薯技術具有生產效率大幅提升，生產成本大幅降低，原種合格率大幅提高，生產管理便捷可控等優點，是一種比無土基質栽培更具優勢的栽培技術。霧培法以生物工程技術、農業工程技術及計算機控制技術等為基礎，有利于對農作物生長潛能的充分開發和栽培過程的管理優化，是高效農業模式中極具潛力的栽培模式。將霧培法用于馬鈴薯種薯種植是馬鈴薯產業發展的必然趨勢。