霧培馬鈴薯原原種營養(yǎng)方式及管理方式研究進展.pdf
<p>霧培馬鈴薯原原種營養(yǎng)方式及管理方式研究 進展 包 蕾 何文壽 * （寧夏大學農(nóng)學院，寧夏銀川 750001） 摘 要：相比較其他培育方式，馬鈴薯霧培在成本、產(chǎn)量及品質(zhì)方面具有顯著優(yōu)勢，近年來被大范圍用來生產(chǎn)馬鈴薯原原種。 在不同的營養(yǎng)方式及管理方式下，霧培馬鈴薯的生長勢、產(chǎn)量及品質(zhì)都有很大差異。 本文總結了目前馬鈴薯原原種霧培系 統(tǒng)中的主要營養(yǎng)方式及管理方式，提出了有待解決的問題與展望，旨在為科學指導霧培生產(chǎn)馬鈴薯原原種提供參考。 關鍵詞：氣霧法；馬鈴薯原原種；營養(yǎng)方式；管理方式 因此受到了一些限制（白金達，2010） 。 試管薯 誘導生產(chǎn)。通過改變培養(yǎng)基的配方，誘導試管苗結 出許多小氣生塊莖。此方法有效避免了繁殖期間外 來病菌的再次侵染，但因培養(yǎng)基成本較高，且操 作方法過于復雜，不適宜大量生產(chǎn)（肖英奎 等， 2011） 。 氣霧栽培生產(chǎn)。氣霧栽培簡稱霧培， 霧培這個詞來源于拉丁詞aero（空氣）和ponic （工作） ，是指在不使用土壤或基質(zhì)的情況下，在 空氣或薄霧環(huán)境中種植植物的一種方法。 20世紀20年代，霧培技術最初被植物學家用 來研究植物根系結構，后來長期被用作根系生理學 的研究（Buckseth et al.，2016）。Carter（1942）作 為第1位研究霧培營養(yǎng)的研究員，探討了植物生長 所需的營養(yǎng)并提出了促進植物根系生長的方法，他 在連續(xù)15 a的研究之后，將這種技術命名為“氣霧 栽培法” 。該技術是指將植株的根系懸掛在不透光 的容器培養(yǎng)箱內(nèi)，然后將栽培營養(yǎng)液以霧狀形式間 歇性噴施于根系表面，以提供作物生長所需的養(yǎng)分 和水分。氣霧栽培可以有效解決根系的水氣矛盾， 同時還有助于實現(xiàn)自動化控制和周年生產(chǎn)，提高了 溫室空間的利用率；氣霧栽培還在一定程度上避免 了土壤傳播的病蟲害及連作障礙，受自然災害影 響較小，作物生長快、產(chǎn)量高且不受生產(chǎn)地點和自 然氣候的限制，非常適合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（白金達， 2010）。 霧培技術起初大量用于番茄（Biddinger et al.， 包蕾，女，碩士研究生，專業(yè)方向：植物營養(yǎng)與調(diào)控，E-mail： 1270459855qq.com *通訊作者（Corresponding author）：何文壽，男，教授，專業(yè)方向：植 物營養(yǎng)與合理施肥，E-mail：hewsnxu.edu.cn 收稿日期：2018-03-19；接受日期：2018-06-01 基金項目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201503120） 馬鈴薯是我國第四大糧食作物，糧菜飼兼用， 加工用途廣，產(chǎn)業(yè)鏈條長，有“地下蘋果”的美譽 和“第二面包”之稱（陳華寧，2008）。自2015年 提出馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略以來，我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)迎來 了一個新的發(fā)展階段（楊雅倫 等，2017） 。但由于 馬鈴薯是一種無性繁殖作物，生產(chǎn)中容易被病毒侵 染而出現(xiàn)退化現(xiàn)象，進而產(chǎn)量與品質(zhì)大幅度下降。 培育抗病毒品種和應用脫毒技術生產(chǎn)健康種薯是 目前防止馬鈴薯退化的有效途徑（李標，2008） 。 霧培法作為馬鈴薯原原種主要生產(chǎn)方式之一，成本 低，產(chǎn)量高，應用范圍廣闊。此外，霧培法生產(chǎn)原 原種不受氣候條件與資源條件的限制，可以人為調(diào) 控馬鈴薯生長發(fā)育過程中所需的條件，有效縮短了 生長周期，大大提高了生產(chǎn)效益（郝智勇，2017）。 1 馬鈴薯霧培現(xiàn)狀 馬鈴薯原原種的生產(chǎn)方式目前主要有3種： 無土基質(zhì)栽培。主要是以草炭、蛭石、珍珠巖、沙 子作為基質(zhì)快速生產(chǎn)馬鈴薯原原種的一種方式。但 往往成活率較低，而且難以防止病毒的再次侵染， 25 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 25 專論與綜述 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 2018（7）：25 - 29 1998） 、黃瓜（Park，1997），以及觀賞植物菊花（Molitor et al.，1999）、一品紅（Scoggins & Mills，1998）等 的生產(chǎn)。1996年韓國首次將霧培法成功應用于馬 鈴薯塊莖生產(chǎn)，馬鈴薯單株結薯數(shù)可達80100粒 （Kang et al.，1996；Kim et al.，1999）。隨后以色 列等國家也將其用于馬鈴薯優(yōu)質(zhì)種子的商業(yè)化生 產(chǎn)。在歐洲，也是近些年才將霧培法應用于馬鈴薯 原原種生產(chǎn)。目前，南美已成功引進霧培法，一些 非洲國家也試圖應用這項技術（Otazu，2008） 。 1997年，我國首次將馬鈴薯原原種氣霧法生 產(chǎn)技術從韓國引入，并在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院馬 鈴薯研究所試驗成功。1998年在吉林省花卉研究 所進行深層次研究。2006年在吉林省建立了溫室 工廠化生產(chǎn)馬鈴薯原原種。2008年又在西藏日喀 則地區(qū)農(nóng)牧科學研究所建立了一座氣霧溫室，研究 霧培法培育馬鈴薯原原種技術并使其達到規(guī)范化生 產(chǎn)模式（李繼嫚，2013） 。2014年云南省宣威市建 立了西南最大的霧培馬鈴薯原原種生產(chǎn)基地，開始 將原原種生產(chǎn)面向市場（云南省宣威市農(nóng)業(yè)局， 2014） 。據(jù)云南日報報道，2016年云南省迪慶藏族 自治州農(nóng)業(yè)科學研究所建立了 1 000 m 2 塑料大棚溫 室，共栽培組培苗7 600株，馬鈴薯原原種產(chǎn)量高 達15.2萬粒。2017年甘肅省莊浪縣也開展了霧培 脫毒馬鈴薯原原種的多項研究（賀曉霞和吳永斌， 2017） 。由此看出，近年來應用霧培法生產(chǎn)馬鈴薯 原原種在全國范圍內(nèi)逐漸得到認可，當前更多的是 處于一個深入探索與廣泛普及的階段。 2 馬鈴薯霧培營養(yǎng)方式研究進展 2.1 最佳營養(yǎng)液配方及濃度的研究 營養(yǎng)液是整個霧培系統(tǒng)中保證馬鈴薯正常生長 和發(fā)育的關鍵，吉林大學的李繼嫚（2013）將馬鈴 薯結薯分為初期與后期，設置5種營養(yǎng)液配方，初 期在原配方的基礎上調(diào)整了氮、鉀含量，后期在原 配方的基礎上適當提高氮、磷、鉀的施加量，研究 不同營養(yǎng)液配方對霧培馬鈴薯生長發(fā)育及產(chǎn)量的影 響。結果表明：生長初期，在馬鈴薯生理指標方面 氮、磷、鉀比值為10.260.49的配方優(yōu)于其他 配方；生長后期從生長狀況與結薯能力整體來看， 氮、磷、鉀比值為10.321.29的配方較好。韓 忠才等（2014）比較了5種不同營養(yǎng)液配方下馬鈴 薯原原種產(chǎn)量、生長性狀及采收后損失率，得出 配方Ca（NO 3 ） 2 ·4H 2 O 718 mg·L -1 、NH 4 NO 3296 mg·L -1 、KNO 3455 mg·L -1 、KH 2 PO 4254 mg·L -1 、 K 2 SO 4257 mg·L -1 、MgSO 4 ·7H 2 O 554 mg·L -1 在莖粗、 匍匐莖數(shù)量與長度、單株結薯數(shù)及6 g微型薯所 占比例方面表現(xiàn)最優(yōu)。丁凡等（2008）主要對營 養(yǎng)液濃度梯度的機理進行了研究，結果表明MX、 0.6 MX 、0.8 MX 3種營養(yǎng)液濃度梯度中，MX和0.8 MX對馬鈴薯結薯性能和生長勢均有較好的效果， 都顯著好于0.6 MX。此外，山東農(nóng)業(yè)大學王素梅 （2004）的研究也認為過高與過低的營養(yǎng)液濃度都 會對馬鈴薯植株的生長發(fā)育造成影響，當EC值為 1 500 S·cm -1 或3 000 S·cm -1 時，植株光合 色素含量降低，匍匐莖形成數(shù)量減少；而EC值在 2 0002 500 S·cm -1 時植株生長良好，產(chǎn)量較高， 同時，營養(yǎng)液濃度也會影響馬鈴薯植株對礦質(zhì)養(yǎng)分 的吸收，隨營養(yǎng)液濃度的升高，植株中的氮磷鉀含 量增加；但當EC值升高至3 000 S·cm -1 時，除 磷含量和莖中氮含量仍增加外，鉀含量和根、葉中 氮含量則呈現(xiàn)下降的趨勢。 由此看來，不同營養(yǎng)液配方以及營養(yǎng)液濃度對 霧培馬鈴薯原原種的生長發(fā)育、生理特性及產(chǎn)量都 有影響，尤其在馬鈴薯的不同生育期，所需的營養(yǎng) 成分也有差異。但目前大多數(shù)研究僅簡單地將馬鈴 薯生育期分為23個時期，不夠準確。馬鈴薯的 生育期主要分為5部分，即幼苗期、塊莖形成期、 塊莖增長期、淀粉積累期與成熟期。每個時期所需 的營養(yǎng)成分都可能存在差異，因此在今后的工作中 可以側(cè)重于對霧培系統(tǒng)中馬鈴薯各個生長期進行細 化研究。 2.2 營養(yǎng)液中不同元素的研究 目前研究認為植物生長過程中共需17種元素 （陸景陵，2003） ，而每種元素的作用機理有所不 同。如低溫脅迫條件下增施適宜濃度鈣素可增強馬 鈴薯幼苗葉片中抗氧化酶活性，并且在低溫逆境中 幼苗的生理調(diào)節(jié)反應也相對提前，在一定程度上改 善了霧培馬鈴薯幼苗的抗冷性（喬建磊，2011） 。 馬鈴薯是典型的喜鉀作物，喬建磊（2011）研究了 鉀素營養(yǎng)虧缺下馬鈴薯的光合生理響應特性，得出 結論：在低鉀脅迫條件下，馬鈴薯植株葉片中葉綠 素含量有所降低，且葉片的表觀量子效率及表觀最 26 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 26 專論與綜述 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 大光合速率均明顯下降，但鉀素水平變化對光補償 點和暗呼吸速率的影響并不顯著，這些現(xiàn)象都可為 馬鈴薯作物鉀素營養(yǎng)的虧缺診斷提供有利信息。同 時，鐵素的缺乏與過量都會抑制葉綠素a和葉綠素 b的合成，并且降低蛋白質(zhì)的含量、抑制光合作用 及減少光合產(chǎn)物的累積。供鐵不當也會降低馬鈴薯 的品質(zhì)與質(zhì)量，肖英奎等（2012）認為適宜的Fe 2+ 濃度為2.8 mg·L -1 。在霧培馬鈴薯原原種的薯塊膨 大期噴施5種不同濃度梯度的磷酸二氫鉀，結果表 明：葉面噴施15 g·L -1 的磷酸二氫鉀可以極顯 著增加匍匐莖和1 g以上種薯數(shù)量，提高大薯率和 單株產(chǎn)量，其中噴施4 g·L -1 效果最佳（鄒曾碩 等， 2010）。 3 馬鈴薯霧培管理方式研究進展 3.1 栽培管理研究 汪翠存（2017）研究了帶根苗與頂端扦插對 費烏瑞它、川芋117、米拉、川芋802等4個馬鈴 薯品種農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的影響，結果表明，前2個 品種帶根苗較頂端扦插苗增產(chǎn)明顯，而后2個品種 頂端扦插苗較帶根苗增產(chǎn)明顯。總體來講，帶根苗 較頂端扦插苗具有更強的匍匐莖形成能力，可更 早完成各形態(tài)器官的建設，提前58 d進入塊莖 膨大期。徐華超等（2012）研究認為，試管苗在基 質(zhì)中假植8周后直接霧培和剪尖苗直接上霧培在生 長勢方面并無明顯差異，但前者較后者可提前生根 45 d，提前產(chǎn)生匍匐莖78 d，結薯數(shù)量也高出 27.17%。Farran和Mingocastel（2006）將種植密度 設為60株·m -2 與100株·m -2 ，收獲間隔設置為7、 10、14 d，結果表明，當密度為60株·m -2 時，匍 匐莖的數(shù)量更多且產(chǎn)量隨著收獲間隔減小而增加， 收獲間隔為7 d時，單株總產(chǎn)量可達118.6 g，是密 度為100株·m -2 的4倍。 3.2 植株管理研究 大量研究證明，除了化學調(diào)控與營養(yǎng)調(diào)控，植 株的管理調(diào)控也可以在一定程度上對馬鈴薯植株生 長及產(chǎn)量造成影響。如定植3節(jié)與摘心2次處理均 能促進脂氧合酶（LOX）活性，加快匍匐莖發(fā)生， 增加塊莖的數(shù)量并提高其質(zhì)量（高旭 等，2013） 。 剪匍匐莖尖端和去除1次匍匐莖2種調(diào)控方式，對 植株根莖葉生長的影響極顯著，均能有效抑制植株 株高，增大葉面積系數(shù)，增加葉綠素含量，延緩根 系衰老并促進匍匐莖生成（劉偉，2011） 。去葉與 植株下放也能顯著增加霧培馬鈴薯植株的高度，但 會顯著降低植株的莖粗、分枝數(shù)、根系體積、單株 匍匐莖數(shù)和單株合格薯塊數(shù)（李標，2008） 。方貫 娜等（2009）研究表明，通過槽內(nèi)摘心整根，馬鈴 薯單株結薯數(shù)可達34.1個，比對照提高20.1%；平 均單粒質(zhì)量達到4.56 g，比對照提高91.6%；8 g以 上大薯率達到43.9%，比對照提高33.2個百分點。 3.3 環(huán)境管理研究 良好的生長環(huán)境是培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)馬鈴薯的必 要條件，馬鈴薯作為長日照、喜涼作物，對環(huán)境 中溫度、光照和氣體成分等的要求也很高。高龍 梅等（2015）研究表明，與白色薄膜相比，鋪黑色 薄膜的馬鈴薯株高、葉片數(shù)、莖粗、根數(shù)和根長較 低，但產(chǎn)量反而高。筆者認為這是由于黑色薄膜透 光性較弱，有利于馬鈴薯結薯，而白色薄膜保溫效 果明顯，促進了馬鈴薯的生長。桑有順等（2014） 研究認為：在氣溫較低的冬季，在傳統(tǒng)水培設施基 礎上安裝加熱棒和增設保溫棚的加溫措施，可使馬 鈴薯幼苗提早生根6.4 d，提早出苗13 d，同時有 利于形成壯苗，其根長、莖粗和株高等生長指標均 優(yōu)于傳統(tǒng)水培方法?？梢?，加溫處理更有利于幼苗 生長，培養(yǎng)健壯水培苗，并提早霧培苗的結薯。霧 培方式以高產(chǎn)量及易于控制等優(yōu)點得到了許多研究 者的肯定之后，有人推測這可能與根際環(huán)境因子有 關。孫周平等（2004）在氣霧栽培馬鈴薯原原種過 程中，對馬鈴薯根際進行了連續(xù)35 d的CO 2 處理， 結果表明：在溫室大氣處理（CO 2 380920 L· L -1+ O 2 21%）和室外大氣處理（CO 2 380 L· L -1+ O 2 21%）下，馬鈴薯植株的株高、葉面積、 根系質(zhì)量、匍匐莖數(shù)量、塊莖產(chǎn)量以及生物量均 明顯高于根際高CO 2 處理（CO 2 3 600 L·L -1 + O 2 21%），同時也增加了葉片的氣孔導度和胞間CO 2 濃度，改善了葉片光系統(tǒng)功能，提高了光合速 率。筆者認為合適的根際CO 2 濃度（CO 2 380920 L·L -1 + O 2 21%）可能是霧培馬鈴薯植株生長旺 盛的重要原因。 3.4 光合影響研究 光合作用是葉片利用CO 2 和H 2 O合成有機物 的過程，在馬鈴薯的生長發(fā)育過程中起到重要作 27 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 27 專論與綜述 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 用。葉片的光合特性反映了光合能力的強弱，而光 合能力的強弱又決定了馬鈴薯產(chǎn)量的高低。周全盧 等（2011）以川芋56脫毒苗為試驗材料，分別研 究了霧化栽培與基質(zhì)栽培條件下馬鈴薯結薯盛期的 光合特性，得出結論：霧培條件下馬鈴薯對于光的 適應性更強，凈光合速率與表觀量子效率均大于基 質(zhì)栽培。霧化栽培下植株能更快將氣孔打開，蒸騰 速率迅速提升，加快了水分運輸，拉動了光合產(chǎn)物 合成，使光合速率迅速提高。因此霧培法更有利于 將光能轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)能。韓忠才（2017）對霧培條 件下5種不同馬鈴薯品種的光合參數(shù)變化情況進行 了研究，結果表明：東農(nóng)310、 延薯4號、布爾班 克及藏薯1號在凈光合速率和氣孔導度方面差異達 到顯著水平，而延薯4號與藏薯1號在胞間CO 2 濃 度方面差異達到顯著水平。這些結論都更有利于明 確馬鈴薯在氣霧栽培條件下的適應性。 4 存在的問題與展望 霧培法作為培育馬鈴薯原原種的前沿方法，近 年來大多數(shù)研究者致力于營養(yǎng)方式與管理方式方面 的試驗，得出了許多相關結論，同時也存在較多的 問題尚待解決。主要從以下幾個方面進行討論。 原原種的貯存。霧培法生產(chǎn)的馬鈴薯原原 種由于塊莖長期處于濕度較高的環(huán)境，導致塊莖皮 孔增大，容易感染病害及蟲害。萬婷麗和賀曉霞 （2017）、楊芳等（2015）和孫海宏（2008）等對 其貯藏期間的生理特性進行了研究，但不同品種馬 鈴薯的適宜貯存條件也有差異，應針對品種間貯藏 條件的差異進行細化研究，選擇適宜的貯存條件。 營養(yǎng)液液溫。霧培系統(tǒng)中馬鈴薯根系完全 暴露在空氣中，由霧狀的營養(yǎng)液供給營養(yǎng)，營養(yǎng)液 液溫的高低或液溫溫差的大小，都會影響根系乃至 整個植株的正常生長。目前對于這方面的研究較 少，但液溫研究對于馬鈴薯原原種具有重要的指導 意義，應進行深入探討。 霧培系統(tǒng)中馬鈴薯根際性狀。根際是根系 表面十分微小的一部分區(qū)域，它的界限并不是十分 明顯，但其在物理、化學和生物學上的性狀又不同 于其他區(qū)域。因此，霧培條件下馬鈴薯根際范圍內(nèi) 的養(yǎng)分吸收、呼吸作用及微生物活動等機理還有待 探索。 營養(yǎng)元素的生理效應。在植株所需的17種 營養(yǎng)元素中，每一種元素的作用機理均存在差異， 除了現(xiàn)階段的一些研究，營養(yǎng)元素特別是中微量元 素的作用機理，更有利于研究者明確馬鈴薯的營養(yǎng) 條件與生理效應，以科學指導營養(yǎng)調(diào)控管理。 參考文獻 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M，Popadopoulo A P1999Effect of several parameters on the growth of chrysanthemum stock plants in aeroponicsView Record in Scopus，481：179-186 Otazu V2008International potato center quality seed potato production using aeroponicsLima：A Potato Production Manual Park H S1997Effects of form and concentration of nitrogen in aeroponic solution on growth，chlorophyll，nitrogen contents and enzyme activities in Cucumis sativum L. plantView Record in Scopus，38：642-646 Scoggins H L，Mills H A1998Poinsettia growth，tissue nutrient concentration，and nutrient up take as influenced by nitrogen form and stage of growthView Record in Scopus，21：191-198 Research Progress on Nutrition Ways and Management Methods of Original- original Potato Seeds in Aeroponic Cultivation Bao Lei，He Wen-shou * （College of Agriculture，Ningxia University，Yinchuan 750001，Ningxia，China） Abstract：Compared with the other cultivation methods，potato aeroponic cultivation has significant advantages in terms of cost，yield and qualityIt has been widely used to produce original-original potato seeds in recent yearsHowever，there are prominent differences about the growth，yield and quality of potato under different nutrition ways and management methodsThis review summarizes the main nutrition ways and management methods adopted in the original-original potato seeds aeroponic cultivation systemThe review also puts forward problems need to be solved and prospects the future，aiming at providing references for the production of original-original potato seeds in aeroponics culture. Key words：Aeroponics culture；Original-original potato seeds；Nutrition way；Management method 29 新優(yōu)品種 栽培管理 本期視點 產(chǎn)業(yè)市場 病蟲防控 29 專論與綜述 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES</p>
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