張 武,高彥萍,孫小花,王敏,呂和平

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所，蘭州 730070; 2.甘肅省馬鈴薯脫毒種薯(種苗)病毒檢測及安全性評價工程中心，蘭州 730070)

馬鈴薯試管薯是通過對培養(yǎng)條件及培養(yǎng)基的調(diào)控，誘導(dǎo)脫毒試管苗在容器內(nèi)形成的微型塊莖。試管薯具有體積小、質(zhì)量輕、生產(chǎn)不受季節(jié)限制、便于種質(zhì)保存和交流等優(yōu)點[1]。試管薯是馬鈴薯種薯生產(chǎn)體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。由于試管薯生產(chǎn)在實驗室進行，不受外界環(huán)境條件限制，可連續(xù)擴繁生產(chǎn)，集中貯藏，同一時間大面積播種繁種。同時，試管薯由脫毒組培苗在組培瓶中密閉環(huán)境中生產(chǎn)，無病毒和病原菌的侵染，種薯質(zhì)量極高，試管薯作為種薯生產(chǎn)的高效技術(shù)對于加速無毒種薯生產(chǎn)非常有利。但是目前繁育的試管薯平均質(zhì)量為0.16～0.36g[2-4]，最大薯在0.75g左右，水分含量高、干物質(zhì)含量少、大田土壤直播出苗困難。在馬鈴薯生產(chǎn)實踐中，栽培方式是實現(xiàn)馬鈴薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的主要途徑之一。不同栽培方式嚴重地影響著馬鈴薯的生長發(fā)育[5]、氮磷鉀利用[6]和干物質(zhì)積累與分配[7]，而生態(tài)環(huán)境條件對馬鈴薯植株生長、塊莖產(chǎn)量形成的影響更為顯著[8]。近年來通過進一步研究證明，正常發(fā)芽或打破休眠試管薯[9]，在溫室和田間條件下均能正常生長發(fā)育[10]。因此，針對試管薯大田栽培生產(chǎn)環(huán)節(jié)，以馬鈴薯試管薯為基礎(chǔ)繁殖材料，為完善脫毒種薯生產(chǎn)技術(shù)，研究分析試管薯大田播種生產(chǎn)原原種產(chǎn)量形成因素，大田直播生產(chǎn)原原種栽培方式的選擇提供理論與實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為‘隴薯3號’試管薯，由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所選育并誘導(dǎo)。

1.2 試驗地點

試驗于甘肅渭源縣五竹鎮(zhèn)、永靖縣三塬鎮(zhèn)2個試驗點連續(xù)實施2 a(2015年、2016年)。渭源縣五竹鎮(zhèn)地處西秦嶺與黃土高原交匯地帶高寒陰濕地區(qū)，位于渭源縣南部。海拔2 373 m，年均降雨量718 mm，集中于夏秋之際，無霜期130 d，平均氣溫4.4 ℃。土質(zhì)疏松，土層深厚，養(yǎng)分富鉀。永靖縣三塬鎮(zhèn)位于永靖縣西南部，南臨劉家峽水庫，平均海拔1 820 m，屬溫帶半干旱偏旱氣候類型，平均日照時數(shù)2 534.6 h，年平均降雨量260 mm，年平均氣溫10.3 ℃，全年無霜期179 d。年平蒸發(fā)量1 500 mm左右。各試驗點的土壤理化性狀和氣象條件見表1和表2。

表1 各試驗點土壤理化性狀Table 1 Soil conditions of experimental point

表2 各試驗點氣象條件Table 2 Meteorological conditions of experimental point

1.3 試驗設(shè)計

各試驗點均采用隨機區(qū)組設(shè)計。試管薯質(zhì)量為0.22～0.27 g。播種深度設(shè)4 cm、5 cm、6 cm、7 cm 4個水平；2015年和2016年播種時間均為4月26～29日。播種方式為平作點播，現(xiàn)蕾期中耕培土，行距60 cm，株距20 cm，小區(qū)面積21.6 m2；前茬作物均為春蠶豆，第2年連作；施磷酸二銨375 kg/hm2，尿素240 kg/hm2，硫酸鉀300 kg/hm2，現(xiàn)蕾期結(jié)合培土追施尿素60 kg/hm2；渭源五竹試驗地為旱作地，生育期不灌水，永靖三塬試驗地入冬前灌水，播種后塊莖膨大期灌水2次，田間管理同常規(guī)大田，按時做好病蟲草害 防治。

1.4 測定項目與方法

每個小區(qū)定點30株分別于幼苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期淀粉積累期和成熟期調(diào)查植株生物產(chǎn)量(根、莖、葉總鮮質(zhì)量)、塊莖的質(zhì)量和淀粉含量，每次取5穴(小區(qū)邊行不取)。成熟后，各小區(qū)單獨收獲，計產(chǎn)，考查統(tǒng)計塊莖質(zhì)量性狀，用比重法測定淀粉含量。

1.5 試管薯播前處理

試管薯播前進行變溫儲藏處理，適當(dāng)?shù)母叩蜏亟徊嫣幚恚デ皩υ嚬苁磉M行分揀，剔除受到病害侵染及生理性狀發(fā)生較重損傷的試管薯。

1.6 統(tǒng)計分析

使用Microsoft Excel 2007軟件作圖，SPSS 17.0軟件進行單因素隨機區(qū)組方差分析，顯著水平α=0.05，不同播深之間用LSD(least significant difference test)進行樣本平均數(shù)的差異顯著性檢驗，不同試驗地之間用配對t檢驗進行樣本平均數(shù)的差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 試管薯直播植株出苗率及物候期狀況

本試驗選用的試管薯質(zhì)量只有0.22～ 0.27 g，塊莖直徑0.3 mm左右，但在兩試驗地不同深度的大田土壤直接播種中均能正常出苗，只是播深為4 cm、5 cm較播種深6 cm、7 cm的出苗早 1 d，且出苗率均在92.2%以上，最高為 96.6%。從出苗率來看，適宜播種深度以6 cm處理為最佳，出苗率均為95.0%～96.6%，而在相同播深下兩試驗地之間沒有顯著差異(圖1)。不同年份兩試驗地匍匐莖形成期、塊莖膨大期、成熟期在不同播深間無差異。但是2015年與2016年五竹鎮(zhèn)試驗地從出苗期到成熟期，所需時間均多于三塬鎮(zhèn)試驗地，出苗期、匍匐莖形成期、塊莖膨大期、成熟期分別平均多出3.5、4.5、2、10 d (表3、4)。

1. 柱形圖上部小寫字母表示在同一試驗點不同播深之間的差異性(α=0.05) Different lowercase letters above the bars indicate statistically differences at the 0.05 significant level between different seeding depths at the same test site；2. 柱形圖上部“*”表示在相同播深和生育期不同試驗點之間差異顯著，無“*”則表示差異不顯著(α=0.05) “*” indicates difference at the 0.05 significant level between different test points at the same seeding depth and development stage

圖1 試管薯出苗率
Fig.1 Seedling rate of microtuber

表3 2015年試管薯物候期Table 3 Phenological phase of microtuber in 2015 d

表4 2016年試管薯物候期Table 4 Phenological phase of microtuber in 2016 d

2.2 試管薯直播植株苗期生長狀況

從圖2可以看出，2015年和2016年兩試驗地株高在不同播種深度之間無顯著差異，但是在相同播深下五竹鎮(zhèn)試驗地株高顯著高于三塬鎮(zhèn)試驗地株高，五竹鎮(zhèn)試驗地株高分別為47.05、 46.48 cm，三塬鎮(zhèn)驗地株高分別為33.33、32.40 cm，平均高出13.9 cm。圖2還顯示2015年和2016年兩試驗地莖粗在不同播種深度之間差異性不一致，五竹鎮(zhèn)試驗地具有一定差異，尤其是6 cm播深處莖粗顯著高于其他播深，4、5、6、7 cm播深對應(yīng)的2 a平均莖粗分別為4.70、4.70、 5.05、4.55 mm，而三塬鎮(zhèn)試驗地差異性不顯著，4、5、6、7 cm播深對應(yīng)的2 a平均莖粗分別為 4.65、4.60、4.55、4.55 mm。另外，在相同播深下五竹鎮(zhèn)試驗地莖粗基本大于三塬鎮(zhèn)試驗地莖粗，特別是在6 cm播深處五竹鎮(zhèn)試驗地莖粗顯著大于三塬鎮(zhèn)驗地莖粗，平均多出0.5 mm。

圖2 試管薯出苗后45 d株高和莖粗Fig.2 Plant height and stem diameter of microtuber after seedling 45 days

2.3 試管薯直播栽培生長發(fā)育階段植株生物產(chǎn)量積累

表5和表6顯示，在五竹鎮(zhèn)及三塬鎮(zhèn)試驗地試管薯各生育階段生物產(chǎn)量在不同播深間差異顯著，其中五竹鎮(zhèn)試驗地隨著播深增加而降低，而三塬鎮(zhèn)的試驗地隨著播深增加而增加。另外，在相同播深下五竹鎮(zhèn)各生育期生物產(chǎn)量均分別顯著高于三塬鎮(zhèn)對應(yīng)的生物產(chǎn)量，從2 a平均數(shù)據(jù)看，在4、5、6、7 cm播深處苗期高出1.27、0.85、0.69、 0.39 g，塊莖形成期高出27.77、17.99、21.06、12.31 g，塊莖膨大期高出35.58、26.80、21.75、13.12 g，淀粉積累期高出46.18、35.30、23.95、18.13 g，成熟期高出34.50、19.86、26.97、18.64 g。

2.4 不同生育時期馬鈴薯塊莖產(chǎn)量狀況

表7表明，不同試驗地及不同播深對試管薯直播栽培馬鈴薯單株結(jié)薯個數(shù)沒有顯著影響，但隨著播種深度的增加，單株結(jié)薯個數(shù)呈上升趨勢。

從播種深度來看，2015年和2016年試管薯塊莖產(chǎn)量積累量在各生長發(fā)育階段隨著播深變化而呈現(xiàn)較顯著的變化，五竹鎮(zhèn)試驗地隨播深增加呈現(xiàn)下降的趨勢，三塬鎮(zhèn)試驗地隨播深增加呈增長趨勢。同時，相同播深的馬鈴薯試管薯在各生長發(fā)育階段塊莖產(chǎn)量積累量因試驗地的不同而差異明顯，除塊莖形成期之外，都呈現(xiàn)出五竹鎮(zhèn)試驗地塊莖產(chǎn)量積累量高于三塬鎮(zhèn)試驗地。在4、5、6、7 cm播深處，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量在塊莖形成期到塊莖膨大期之間積累量最高，五竹鎮(zhèn)試驗地年均分別增加417.26、398.38、390.30、381.87 g，三塬鎮(zhèn)試驗地年均分別增加317.40、316.96、329.16、321.01 g；塊莖膨大期至淀粉積累期之間積累量次之，五竹鎮(zhèn)試驗地年均分別增加39.25、53.58、39.56、48.87 g，三塬鎮(zhèn)試驗地年均分別增加 41.03、45.80、38.37、49.87 g；淀粉積累期至成熟期塊莖產(chǎn)量積累量不明顯，五竹鎮(zhèn)試驗地年均分別增加5.38、2.55、3.68、3.98 g，三塬鎮(zhèn)試驗地年均分別增加2.08、1.72、1.30、1.97 g(表8、表9)。

表5 2015年馬鈴薯植株不同生育期地上部生物產(chǎn)量Table 5 Aboveground biological yield per potato plant at different growth period in 2015 g

注：數(shù)據(jù)后面小寫字母表示在同一試驗點不同播深之間的差異性(α=0.05)；數(shù)據(jù)后面“*”表示在相同播深和生育期不同試驗點之間差異顯著，無“*”則表示差異不顯著(α=0.05)。

Note:Different lowercase letters after data indicate the difference at 0.05 significant level between different seeding depths at the same test site(α=0.05); “*” indicates difference at the 0.05 significant level between different test points at the same seeding depth and development stage;the same below.

表6 在2016年馬鈴薯植株不同生育期地上部生物產(chǎn)量Table 6 Aboveground biological yield per potato plant at different growth period in 2016 g

表7 試管薯單株結(jié)薯情況Table 7 Potato count from single plant

表8 2015年馬鈴薯植株不同生育期塊莖產(chǎn)量Table 8 Potato tuber yield per plant at different growth period in 2015 g

表9 2016年馬鈴薯植株不同生育期塊莖產(chǎn)量Table 9 Potato tuber yield per plant at different growth period in 2016 g

2.5 不同生育時期馬鈴薯塊莖淀粉積累情況

在馬鈴薯全生育期內(nèi)，隨著馬鈴薯植株塊莖形成、膨大持續(xù)進行，塊莖淀粉含量不斷增加。試管薯植株塊莖淀粉積累量在塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期和成熟期的分配比例分別為 0.3%、53.1%、44.8%和1.8%，可以看出，在塊莖形成期淀粉積累極少，到塊莖膨大期和淀粉積累期淀粉的積累量最多，幾乎占塊莖淀粉積累總量的98%，到成熟期塊莖淀粉積累量明顯減少。同時結(jié)果還表明，五竹鎮(zhèn)試驗地塊莖淀粉積累量在同一生育期隨著播深增加呈現(xiàn)顯著減少的趨勢，而三塬鎮(zhèn)試驗地塊莖淀粉積累量隨著播深增加呈現(xiàn)顯著增加的趨勢。在相同播深和生育期內(nèi)兩試驗地淀粉積累量具有顯著差異，表現(xiàn)為在塊莖形成期五竹鎮(zhèn)試驗地淀粉積累量低于三塬鎮(zhèn)試驗地，在塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期五竹鎮(zhèn)試驗地淀粉積累量高于三塬鎮(zhèn)試驗地(表10、 表11)。

表10 2015年馬鈴薯植株不同生育期塊莖淀粉含量Table 10 Starch percent content in potato tubers per unit weight at different growth period in 2015 %

表11 2016年馬鈴薯植株不同生育期塊莖淀粉含量Table 11 Starch percent content in potato tubers per unit mass at different growth period in 2016 %

3 結(jié)論與討論

馬鈴薯試管薯塊莖小、營養(yǎng)物質(zhì)含量少，是大田生產(chǎn)栽培中出苗困難主要制約因素[11]。研究增加試管薯產(chǎn)量和用試管薯做種薯在大田土壤直接播種栽培技術(shù)一直是農(nóng)業(yè)推廣技術(shù)人員所關(guān)心的問題。付翔[12]、董黎明[13]采用營養(yǎng)土在苗床、育苗盤和育苗杯育苗試管薯出苗，然后大田移栽，生產(chǎn)馬鈴薯種薯。而用試管薯作為種薯大田直接播種栽培未見報道。本試驗結(jié)果表明，在不同區(qū)域試管薯大田土壤直接播種均能正常出苗，且出苗率均在92.2%以上，從出苗率來看，適宜播種深度以6 cm為宜。不同區(qū)域出苗率不一致的原因可能是兩試驗地由于前期各自不同的處理均滿足了試管薯出苗的基本條件，因此表現(xiàn)出兩試驗地之間無顯著差異。結(jié)果也表明播深僅僅對出苗時間有一定的影響，隨播深增加出苗時間推遲，同時，兩試驗地由于生態(tài)條件的不同導(dǎo)致試管薯植株到達不同生育期的時間有較大差異，表現(xiàn)為五竹鎮(zhèn)較三塬鎮(zhèn)試驗地推遲(表3、4，圖1)。播深對苗后45 d植株株高無顯著影響，但是莖粗卻表現(xiàn)為五竹鎮(zhèn)試驗地6 cm播深較粗，三塬鎮(zhèn)無顯著差異，且兩試驗地在6 cm播深除有顯著差異(圖2)。以試管薯作為種薯，大田播種前要求對土壤進行精細處理，植株苗期生長勢較弱，田間除草、中耕和病蟲害管理要及時到位，為試管薯植株的生長發(fā)育提供適宜環(huán)境條件。促進地上部分冠層發(fā)育，提高光合作用利用效率，增加植株生物產(chǎn)量積累，為增產(chǎn)增收奠定基礎(chǔ)。

馬鈴薯生物產(chǎn)量的生產(chǎn)特性是光合產(chǎn)物在植株不同器官中合成、分配與積累的結(jié)果，而生態(tài)條件、栽培方式二者互作效應(yīng)對馬鈴薯生物產(chǎn)量的積累存在極顯著的影響。馬鈴薯整株和塊莖的干物質(zhì)積累均表現(xiàn)出明顯的“S”型曲線特征，有研究指出生態(tài)環(huán)境對馬鈴薯干物質(zhì)積累量影響顯著[14-15]。本研究結(jié)果表明，馬鈴薯試管薯植株前期生長緩慢，塊莖膨大期和淀粉積累期生長迅速，成熟期生長速度急劇下降。同時，不同播深的試管薯直播栽培植株各生育階段生物產(chǎn)量積累量差異明顯，在年降雨量500 mm以上的區(qū)域，試管薯植株生長發(fā)育時期生物產(chǎn)量的積累隨著播種深度的增加呈下降趨勢，而在干旱地區(qū)試管薯植株生長發(fā)育時期生物產(chǎn)量的積累隨著播種深度的增加呈上升趨勢(表5、表6)。不同播種深度使試管薯植株根系、地下莖空間分布改變，導(dǎo)致其根際土壤溫度、根系的呼吸作用產(chǎn)生差異。張麗莉等[16]研究表明，低溫脅迫下馬鈴薯根系活力下降，吸收能力減弱，最終導(dǎo)致干物質(zhì)在各器官中的分配比例和各生育階段干物質(zhì)積累量的差異。整體看來，不同的生態(tài)區(qū)域，采用適宜的播種深度，可使試管薯植株在生長發(fā)育各階段均能保持較高的干物質(zhì)積累量，具有較高的增產(chǎn)潛力。

馬鈴薯試管薯單株結(jié)薯個數(shù)在兩試驗地之間差異不顯著，同樣在不同播種深度試管薯植株單株結(jié)薯個數(shù)之間差異不顯著(表7)。試管薯塊莖產(chǎn)量積累量在各生長發(fā)育階段隨著播深變化而呈現(xiàn)較顯著的變化，五竹鎮(zhèn)試驗地隨播深增加呈現(xiàn)下降的趨勢，三塬鎮(zhèn)試驗地隨播深增加呈增長趨勢。同時，相同播深的馬鈴薯試管薯塊莖產(chǎn)量積累量呈現(xiàn)出五竹鎮(zhèn)試驗地塊莖產(chǎn)量積累量高于三塬鎮(zhèn)試驗地(表8、表9)。這可能是由于高喊陰濕地區(qū)氣候冷涼，馬鈴薯植株根系淺，有利于根際周圍氣溫的提升，促進植株生長發(fā)育，為植株塊莖干物質(zhì)積累奠定了基礎(chǔ)。馬鈴薯淀粉產(chǎn)量是植株干物質(zhì)積累、分配、運輸與轉(zhuǎn)化的結(jié)果。有關(guān)高產(chǎn)馬鈴薯干物質(zhì)積累特性已有大量報道[17-19]。生態(tài)環(huán)境條件是影響馬鈴薯試管薯生長的重要因素[20]，馬鈴薯栽培的土壤含水量、溫度和光照直接影響著馬鈴薯塊莖的膨大[21]、淀粉合成積累及產(chǎn)量的形成。本試驗研究結(jié)果表明，不同生態(tài)條件下，以試管薯作種薯大田直播時塊莖的淀粉含量隨著生態(tài)區(qū)域氣候干燥度的減少而增高。在塊莖形成期積累比較緩慢，在塊莖膨大期呈直線增長，從淀粉積累期開始變緩，到成熟期塊莖淀粉積累很少，淀粉含量達最大值。但隨著試管薯播種深度的不同，塊莖淀粉含量的積累速率不同。具體表現(xiàn)為，高寒陰濕區(qū)隨著播種深度的增加，馬鈴薯塊莖淀粉積累速率下降；而干旱地區(qū)隨著播種深度的增加，馬鈴薯塊莖淀粉積累速率呈上升趨勢。

馬鈴薯淀粉的積累是干物質(zhì)形成轉(zhuǎn)化的結(jié)果，淀粉在馬鈴薯不同生育時期塊莖中的積累量不同，并隨生育進程的推進而發(fā)生變化。這一結(jié)果表明，馬鈴薯產(chǎn)量的形成過程就是植株生長、塊莖膨大和淀粉積累的過程，以及根莖葉中的干物質(zhì)向塊莖中轉(zhuǎn)移的過程，試管薯植株生育期內(nèi)一半以上的淀粉及90%塊莖產(chǎn)量是在塊莖膨大期內(nèi)所形成的。

因此，用試管薯大田直播繁育馬鈴薯種薯時，高寒陰濕等冷涼地區(qū)要適當(dāng)淺播(播深5 cm)，干旱地區(qū)適當(dāng)深播(播深7 cm)，促進早出苗，提高提高出苗率，培育壯苗，為馬鈴薯種薯的高效生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。不同種植區(qū)域馬鈴薯試管薯植株具有不同的干物質(zhì)積累與分配特性，為使馬鈴薯種薯生產(chǎn)獲得高產(chǎn)，應(yīng)根據(jù)具體的生態(tài)條件，采用合理的栽培技術(shù)措施對其有效調(diào)控。目前種薯生產(chǎn)主要有組培苗基質(zhì)繁育和霧培法，基質(zhì)繁育一般在溫室或網(wǎng)棚中進行，占用空間或面積較大，需要用特殊的基質(zhì)蛭石作為定植組培苗的載體，蛭石存在成本高、難以重復(fù)利用的缺點，基質(zhì)繁育單株結(jié)薯數(shù)一般在2.5個左右，產(chǎn)量較低，容易受到病蟲害侵染[22]；霧培法一般在溫室進行，占用空間較大，成本高，由于濕度大容易受到病害侵染、塊莖后期儲藏容易腐爛，但該法生育期內(nèi)結(jié)薯數(shù)一般在40粒以上，產(chǎn)量高[23]。相對而言，試管薯生產(chǎn)成本低、占用空間小、易運輸、在較密閉容器中難以受到病蟲害侵染，單株結(jié)薯數(shù)一般在2個，比組培苗容易栽植等優(yōu)點，但是該法也存在需要進一步提升結(jié)薯量及適當(dāng)增大薯塊大小的問題[2]。但是總體而言，試管薯的應(yīng)用意義不可忽略，應(yīng)該進一步改進試管薯生產(chǎn)方法，提升試管薯產(chǎn)量和 質(zhì)量。