雾培法生产马铃薯微型薯技术的研究

刘峰 齐瑞锋 张明宇 孙鸿

(吉林省农业机械研究院，吉林 长春 130022)

引言

马铃薯营养价值高、适应力强、产量大，目前已成为仅次于水稻、小麦和玉米的全球第4大粮食作物，在人类生活中占有重要地位[1]。马铃薯种植广泛，特别是近年来随着农业结构的调整，马铃薯种植产业广受关注。由于马铃薯的繁殖方式依靠块茎，而块茎在生长期间容易被病原体侵染，如果种薯含有病毒将会造成严重减产，只有将种薯内的病毒去除，才能防止马铃薯的“退化”，目前的研究显示，使用脱毒种薯一般可提高马铃薯产量30%～50%，因此在马铃薯产业发展中脱毒种薯的生产成为关键[2]。本文对目前马铃薯微型种薯的生产现状及比较先进的雾培法生产技术进行综述。

1 马铃薯微型薯生产现状

目前主要的马铃薯脱毒种薯生产方式有2种，利用无土基质对种薯进行栽培；利用营养液喷雾来栽培种薯，即通常所说的雾培法。

无土基质栽培的脱毒马铃薯原种栽培技术从20世纪70年代开始在我国推广，该技术利用网棚和基质栽培模式生产，整体方法与传统的土壤栽培技术接近、易于掌握，因此很受农民欢迎，在许多地区得到推广，在目前的马铃薯种植中仍有广泛使用。无土基质栽培一般以草炭、蛭石、砂子或珍珠岩材料等为基质，定期浇灌营养液，马铃薯植株单株结薯能够达到2～3粒，每粒重量1～3g不等。基质栽培技术在使用过程中也存在一些问题，如繁殖倍数低，基质昂贵需要灭菌，且基质来源不足、质量参差不齐、产量较低等。

雾培法生产马铃薯微型种薯是目前最为先进的一种方法。雾培这个名词由拉丁词aero(空气)和ponic(工作)衍生而来，是指在不使用土壤或基质条件下，在空气或薄雾环境中种植植物的一种方法[3]。雾培法生产脱毒马铃薯种薯是指将马铃薯植株根系置于黑暗和无土的条件下，通过雾培设备将营养液雾化后，定时定量的对植株进行喷洒，为其提供生长所必需的水分和营养，从而使植株迅速生长并达到缩短生育期、提前结薯、提高植株结薯率的效果。基质栽培法是在主匍匐茎上形成微型薯，而雾培法栽培时马铃薯会在主匍匐茎的结节处形成大量的二级分枝匍匐茎，此时微型薯在二级分枝匍匐茎上大量形成，繁殖倍数高，单株结薯有数十粒，可达800～1000粒·m-2。而且雾培法由于可避免土壤中病原菌及病毒的传递环节，微型薯的质量也大大提高。近年来，雾培法生产马铃薯种薯日益受到关注，如1998年吉林省蔬菜花卉研究所的姜润田等利用雾培法进行实验室生产脱毒马铃薯小薯，经过多年的试验与应用，效果良好，深受广大用户和专家的好评[4]。2017年甘肃省庄浪县也开展了雾培脱毒马铃薯原种的多项研究，并相继针对培养液等方面进行了培养条件的优化[5]。

总的来说，雾培法采用工厂化生产脱毒马铃薯种薯，生产设备占地少、操作简单、自动化程度较高、运行安全可靠，在生产管理方面具有优势；而且，雾培法中营养液无污染，可循环喷洒利用，微型种薯还可以进行多次采摘，有效地提高了工作效率，并降低了生产成本。另外，由于在温室内生长，控制了晚疫病的发生，延长了生长时间，进而提高了马铃薯微型种薯的产量与质量，效益优势明显，因此在全国范围内逐渐得到认可。

2 雾培法生产马铃薯微型薯的研究

2.1 前期育苗

前期育苗是雾培法生产马铃薯微型薯的关键。研究显示，育苗应选择生长旺盛、再生能力强的试管苗作为材料，尽量不使用生理老化苗，以保障后期出苗质量好、缓苗快、成活率高，可以使用生根剂促进试管苗生根发育。为了提高试管苗移栽后的成活率，移栽前建议在温室进行光、温炼苗，以提高试管苗的适应性。育苗时选取营养全面且具有较好保水、保肥能力，同时透气性良好的无菌基质，如富含有机质的营养土、物理化学性质稳定的蛭石基质等均可用于脱毒马铃薯的育苗[6,7]。

试管苗经炼苗后小心移至培养基质中，建议根据育苗季节的不同采取通风遮阳或搭建地膜拱棚等方式进行湿度和温度的控制，以促进发根缓苗。育苗期间的温度最好控制在白天20～30℃，夜间不低于10～15℃，光照时间适当延长有利于幼苗的生长。幼苗成活后，注意控水及施肥，保持土壤潮湿但水分不可过多，避免幼苗徒长，当苗龄达到20～25d时，即可用于后期定植。

2.2 雾培法设备

马铃薯微型薯的生产一般在雾培温室内进行，由多种设备设施组成的复合体系完成。包括相应的马铃薯栽培温室、植株培养槽、营养液供给及控温系统等。

马铃薯栽培温室由温室主体、温控系统、遮阳设施、通风设施等组成，工作人员可以通过这些设施来调节温室内的温度、湿度以及光照强度和光照时长，为马铃薯微型薯植株的生长提供适宜的外部气候条件。培养槽由槽体框架、保温槽及回水部件等构成，培养槽的假植板与保温槽体围成的密闭、遮光的密闭空间为马铃薯微型薯气雾栽培提供根际生长环境，并保证了马铃薯种薯在黑暗的环境下生长，避免接触光线使种薯产生毒素而不能用于后续的种植环节。营养液供给系统包括供液泵、供液管路、电磁阀、回水管路、消毒装置及喷洒装置等，供液系统按照控制系统指令，根据植株生长需要调整营养液的喷洒量与喷洒时间，为马铃薯微型薯的生长提供适宜的营养和水分等。营养液温控系统包括营养液池、温控器、加热及制冷机组等，营养液温控系统通过控制营养液的温度保证马铃薯微型薯在适宜的温度下生长。

2.3 雾培法的培养液

马铃薯微型薯雾培法生产研究中营养液是技术的核心，马铃薯植株只有处于合适的营养液中才能获得理想的产量和质量[8]。研究显示，不同的营养液配方对马铃薯脱毒植株的生长、发育及微型薯的产量和质量都具有重要影响。对马铃薯不同雾培生长期的营养液配方进行优化，可以为利用雾培技术生产马铃薯微型薯提供实验依据，为马铃薯微型薯优质高效的生产奠定基础。营养液条件主要包括营养液组分、电导率和酸碱性等方面。目前，关于马铃薯微型薯雾培营养液的研究大都以MS培养基为基础，贺晓霞等通过实验得出结论，生长初期适当提高雾培营养液中大量元素的含量有利于马铃薯植株生长，提高磷、钾含量能够增加茎粗，提高植株的抗倒伏能力；而马铃薯结薯期适当减少氮用量，增加磷、钾比例可提高微型薯产量[9]。吉林大学李继嫚也将马铃薯结薯期进行了初期和后期的划分，并设置了5种营养液配方，考察了不同结薯期对营养的最适需求，研究结果显示，在不同结薯期营养液配方对雾培马铃薯生长发育及产量具有不同影响，并以此为基础优化了营养液的组成[10]。Oraby等[11]以结薯量为指标，采用霍格兰营养液配方，得到了大于70个的单株结薯数量。而韩忠才等则综合了微型薯产量、植株生长性状以及采收后的损失率等多项指标，对培养液配方进行优化，最终确定营养液配方为每升营养液中硝酸铵296mg、硝酸钾455mg、磷酸二氢钾254mg、硫酸钾257mg、七水合硫酸镁554mg、四水合硝酸钙718mg[12]。

2.4 雾培期的管理

马铃薯种苗在移栽到培养槽前应停止浇水，防止植株过于脆嫩，在移栽时导致伤苗的情况。定植后开启喷雾装置，增加温室内空气湿度，喷洒薯苗叶面。假植板上孔行距约为35cm，孔距为20cm，假植孔径2.5cm。在假植时应注意避免植株倒伏的现象，建议用消毒后的海绵将植株固定在孔内，使植株保持直立。移栽后的前7d还要开启遮阳网，起到降温遮阴的作用，以免幼苗强光暴晒，导致死苗。

温湿度的变化对马铃薯雾培的影响非常明显，雾培期适宜种苗生长的温度区间，白天20～30℃，夜间10～15℃。温度过低时薯苗茎叶生长缓慢，温度过高则植株呼吸作用增强，过度消耗养分，不利于茎块形成。整个苗期中温室内应保持相对湿度60%～80%为宜，过于干燥或湿润容易引发病虫害。

雾培温室栽培脱毒马铃薯，一般植株生长会比较旺盛，需注意侧枝生长情况，如过于繁茂建议适量打杈，以增加空气流通和光照的强度，促进马铃薯根系及匍匐茎的生长，以提高结薯量。在雾培马铃薯微型薯的生长过程中，气温变化等因素容易刺激植株长出腋芽薯，这部分小薯会影响植株生长并进一步影响微型小薯的产量。因此，在生长初期建议尽早摘除可以去掉的腋芽，如形成腋芽薯也要及时去除，避免对结薯量产生不利影响。

雾培栽培期间营养液的管理直接影响马铃薯的生长发育和种薯的产量，根据种薯的生长特性，建议采用间歇供液方式。随着生长阶段的不同，间歇时长也要有所调整。由于马铃薯蒸腾作用比较强，一般白天每隔3～5min喷营养液1次，时长在15～20s。夜间每20～30min喷营养液1次，时长在20s左右。具体可以观察种苗的长势略作调整；营养液在使用过程中，水分和各种营养元素都会有不同程度的消耗，可以通过传感器监测营养液水量和营养元素的变化，及时添加或更换营养液，一般苗期7d更换或添加1次，结薯期5d更换或添加1次。

雾培温室内温度适中且环境湿度较大，容易滋生各种病原菌，因此雾培生产中需要预防早疫病、晚疫病和青枯病等马铃薯常见病。除了排风换气降低湿度外。可用25%阿米西达悬浮剂1000～1500倍液，或58%甲霜灵锰锌可湿性粉剂600～800倍液，或50%锰锌·氟吗啉可湿性粉剂600倍液，或75%百菌清可湿性粉剂500倍液交替喷雾防治早、晚疫病，7～10d喷1次[13,14]。可在营养液中加入1500～2000倍液30%甲霜·恶霉灵水剂防治青枯病。另外，喷洒900倍液和1100倍液消菌灵处理液防病效果也非常好[15]。

2.5 雾培微型薯的收获及贮藏

雾培微型薯的收获根据品种及种薯要求而定，一般微型薯长至3～5g时开始采收，根据种薯成熟度可多次收获，10～15d收获1次。采收时要轻采轻放，以免拉断匍匐茎或损伤未长大的小薯。如小薯脱落，需及时处理，防止腐烂后对营养液造成污染。

雾培法培养的微型薯含水量高，所以采收后不能立即贮藏，以免发生烂窖。建议微型薯采收后先将表皮冲洗干净，然后在0.5%甲霜灵溶液中浸泡10s，取出后自然风干；或者直接在冲洗后置于阴凉处晾晒至表皮木质化后，贮藏于温度2～4℃且湿度为80%～90%的气调冷库中。

3 结语

与传统的马铃薯育种相比，雾培法生产马铃薯微型薯技术具有生产效率大幅提升，生产成本大幅降低，原种合格率大幅提高，生产管理便捷可控等优点，是一种比无土基质栽培更具优势的栽培技术。雾培法以生物工程技术、农业工程技术及计算机控制技术等为基础，有利于对农作物生长潜能的充分开发和栽培过程的管理优化，是高效农业模式中极具潜力的栽培模式。将雾培法用于马铃薯种薯种植是马铃薯产业发展的必然趋势。