马铃薯品种退化与脱毒种薯生产

2　马铃薯品种退化与脱毒种薯生产

马铃薯原产于南美安第斯山区，明朝万历年间始传入我国，迄今在我国已有400年左右的栽培历史。马铃薯因其适应性广、产量高、营养全面、粮菜兼用，我国北纬18°～58°、东经75°～135°的广大区域内均有栽培。据统计，我国马铃薯种植面积现为267万公顷左右，年产量已突破7 000万吨，主要产地为东北、华北和西南山区。

我国马铃薯生产水平目前还较落后。虽然栽培面积和总产量居世界第一位，但单产只有低于15 000千克/公顷，比世界平均水平还低20%左右。究其根本原因，品种退化已成为生产的主要限制因素。解决退化、夺取高产是我国马铃薯产区人民稳定解决温饱和脱贫致富的迫切要求，已引起各级政府、人民群众和学术界的广泛关注。

(1)导致马铃薯品种退化的元凶——病毒马铃薯生长期间常会出现植株变矮、分枝减少、叶片皱缩、生长势衰退、块茎变小或畸形、产量下降等现象，严重时产量损失可达50%以上，这通常称之为品种退化或种薯退化。

关于退化的原因以前学术上观点较多。有人认为是马铃薯长期无性繁殖所造成的衰退(衰老学说)，有人认为是高温所引起的变化(生态学说)，也有人认为是病毒病害所致(病毒学说)。直到1953年D.O.Norris用退化的马铃薯茎尖分生组织培养出无病毒植株，1955年G.Morel和C.Martin用同样方法使马铃薯植株恢复了原来的健康状态后，世界上才公认马铃薯退化是由病毒引起。茎尖分生组织培养无病毒植株为世界各国解决马铃薯种薯退化提供了有效途径。

现已知侵染马铃薯的病毒有18种，类病毒1种，类菌原体2种。在18种病毒中，有9种专门寄生在马铃薯上，其中我国发现有7种，即马铃薯X病毒(PVX)、马铃薯Y病毒(PVY)、马铃薯S病毒(PVS)、马铃薯M病毒(PVM)、马铃薯奥古巴花叶病毒(PAMV)、马铃薯A病毒(PVA)和马铃薯卷叶病毒(PLRV)。马铃薯蓬顶病毒(PMTV)和马铃薯黄矮病毒(PYDV)国内尚未发现。其余9种寄生于其它作物的病毒，我国发现的只有引起马铃薯杂斑病的苜蓿花叶病毒(AMV)的一个株系、烟草脆裂病毒(TRV)和烟草坏死病毒(TNV)等3种。

侵染马铃薯的类病毒为马铃薯纺锤块茎类病毒(PSTV)，并已证明在我国许多品种和亲本中存在。两种侵染马铃薯的类菌原体是引起马铃薯紫顶萎蔫的紫苑黄化类菌原体(AYV)和马铃薯丛枝类菌原体，我国尚未见此类病害的正式报道。

马铃薯主要病毒病的症状和传播途径简介如表1:

表1马铃薯主要病毒病的症状和传播途径

续表

(2)茎尖分生组织培养脱毒

茎尖分生组织培养脱毒技术主要基于病毒在植物体内分布不均匀这一科学发现。早在1943年，P.R.White利用感染了奥古巴花叶病毒的番茄根等分成12段，分别接种于心叶烟上，36小时后观察，只有近生长点的两段接种后未出现病斑，离根尖愈远的节段产生的病斑愈多，即病毒浓度愈高。但至今人们尚不清楚病毒在植物体内分布不均匀的机制。有人认为是分生组织中某些高浓度的激素抑制了病毒的增殖或使侵染的病毒失活。有人认为细胞分裂与病毒复制之间存在着竞争，正常的核蛋白合成占优势，病毒粒子得不到复制的营养而受到抑制。但也有人在电镜下观察到分生组织中亦存在病毒粒子，因此认为茎尖培养产生无病毒植株是在培养过程中实现的，可能与培养基中某些成分能抑制病毒增殖或使其失活有关。虽然上述假设尚有待进一步研究证实，但茎尖分生组织培养脱毒技术已广泛应用于马铃薯脱毒种薯生产，并取得了显著成效。

茎尖分生组织培养一般要经过下列程序(见图8):

图8　马铃薯无病毒种薯生产程序示意图

脱毒材料的选择用于脱毒的材料一般是生产上使用的主栽品种或拟推广的优良新品种。选取这些材料典型、健康的薯块作为脱毒的基础材料，待其通过休眠期后，于室内进行催芽和脱毒前的预处理。

脱毒材料的高温处理马铃薯病毒对温度的敏感性具有差异，对发芽的块茎进行高温处理后再进行茎尖培养，一般来说能提高脱毒效果。PVX繁殖的最适温度为20～24℃，PVY为28℃。研究认为，发芽块茎的预处理温度以30～35℃较为适宜，处理时间28天即可收到良好的效果。

茎尖剥离剥离茎尖的大小与茎尖的成活率和脱毒率密切相关。通常切取的茎尖愈小，成活率愈低，脱毒率愈高。茎尖剥离的具体方法是，从经过预处理的块茎上剪取2～3cm的壮芽，在无菌室消毒。常用的方法是先用95%酒精迅速蘸浸组织，然后在5%的次氯酸钠溶液中浸泡5～10分钟，再用无菌水冲洗2～3次。在解剖镜下切取芽顶端0.1～0.3mm长的生长点，并带有1～2个叶原基，接种于培养基上，茎尖的成活率和脱毒率均较理想。

茎尖培养培养基是组强培养成功的首要因素。马铃薯茎尖培养基较适合的是MS培养基+ 0.7%琼脂+ 2%～3%蔗糖。茎尖培养时一般不主张加植物激素，以免造成种性变异。若生长太慢，可适当考虑加入BAP(0.04～10mg/l)和IAA(1～30mg/l)。接种的茎尖放在培养室内培养，温度25℃，光照1 000～3 000lux，以日光灯为光源，每天照光16小时为宜。MS培养基成分如下(mg/l):

无机物

在正常情况下，接种茎尖颜色逐渐变绿，基部逐渐变大，有时形成少量愈伤组织，茎尖也逐渐伸长。大约一个月左右，即可看到明显伸长的小茎，叶原基形成可见的小叶，这时可转入新鲜的MS培养基中继续培养，可见茎尖继续伸长，根系形成，最后发育成完整的小植株。

病毒检测茎尖脱毒材料必须经过病毒检测，确认不带严重影响生产的PVX、PVY、PLRV等病毒和PSTV类病毒后才可用于繁殖，否则达不到脱毒目的。病毒检测常用的方法有指示植物鉴定法、酶联免疫吸附测定法、分子检测等。PSTV一般采用核酸分子杂交鉴定，也可作指示植物鉴定和分子检测。

(3)试管苗扩繁与试管薯诱导

试管苗扩繁和试管薯诱导在培养室进行，这是脱毒材料加速繁殖的基本环节。

试管苗扩繁试管苗扩繁的培养基为MS+ 4%蔗糖，培养条件为光照16小时、3 000lux，温度为20～22℃。将5～6叶的试管苗切成每节有一个腋芽的单节段，于盛有培养基的三角瓶或其它容器中培养。当植株长至5～6叶时，又可进行切段，继代培养。一般2～3周可转苗一次。试管苗可用于田间移栽生产脱毒原种，也可继续诱导进行试管薯生产。

试管薯诱导试管薯诱导的培养基为MS+ 8%蔗糖，培养条件为光照8小时、3 000 lux，温度为17～20℃。研究证明，高糖浓度、短日照、低温有利于块茎的形成。研究认为，当5～6叶的试管苗进行短日照培养前，先作2～3天的全黑暗处理，有助于提高诱导频率。试管薯的形成与生长与试管苗内源GA₃/ABA比值和试管薯的细胞分裂速度有关。

试管薯的生长不受大田生长季节的影响，贮藏、运输方便，种植后成活率高，具有广阔的应用前景。现在我国已成功地将试管薯用于脱毒种薯生产，国内外目前均在开展大田生产利用技术研究，期望将来取代常规种薯，直接用于商品薯生产。试管薯的应用将会简化脱毒种薯生产环节，实现工厂化种薯生产，节约用种，方便运输。目前，试管薯工厂化生产技术已在我国完成中试，正进入工厂化生产阶段。

(4)马铃薯脱毒种薯生产体系

目前，马铃薯脱毒种薯生产体系是繁殖、推广脱毒种薯的保证。世界上许多国家都建立了严格的种薯生产程序和质量检测标准。我国地域辽阔，农业生态条件复杂，社会经济发展不平衡，很难制定一个全国通用的生产程序。考虑到我国种植区域广泛，生产条件不一等条件，华中农业大学研究并建立了繁殖周期比较短的种薯生产体系。在生产上向全国示范推广以来，取得了良好的社会和经济效益。

种薯分级马铃薯种薯共分为如下四级:

核心种:由茎尖分生组织培养并经病毒检测脱去病毒的试管苗或试管薯。

原原种:由核心种在温网室生产的微型种薯。

一级原种:由原原种在自然隔离条件下繁殖的种薯。

二级良种:由一级原种在自然隔离条件下繁殖的种薯。

种薯分级标准(内部)核心种的纯度应为100%，不允许带有任何病虫害，亦不能有劣质块茎。原原种和原种的分级标准见表2:表2马铃薯各种别种薯质量指标充许率单位百分数(%)

种薯生产体系山区马铃薯种薯生产体系应根据实际条件确定，扬长避短，科学可行。鄂西地区目前示范推广的种薯生产体系为:

(5)种薯快繁技术

马铃薯因其用种量大、繁殖速度慢，导致农民多年难以更换种薯。因此，提高繁殖系数、降低生产成本，是能否迅速推广脱毒种薯的关键。马铃薯具有营养繁殖的特点，如科学利用，可显著加快繁殖速度。下面简要介绍几种繁殖技术。

单芽眼繁殖每个马铃薯块茎均具有数量不等的芽眼。每个芽眼有一个主芽和两个或两个以上的副芽。发芽时主芽首先萌发，副芽一般呈休眠状态。当主芽受损时，副芽亦可萌发。块茎发芽具有较强的顶端优势，一般是顶芽先萌动，再依次向下。根据这一特点，可将块茎按单芽眼切块，促使每个芽眼都发芽成苗，提高繁殖系数。切块播于疏松湿润的苗床上育苗，出土至四叶期移栽。

切块时应做好用具消毒工作。每切一个薯块，要将刀和砧板用75%的酒精进行消毒，以防薯块间病害传感。切块以提前2～3天进行为宜，使伤口初步愈合再播种于苗床。

顶端切段繁殖在环境和土壤温、湿度适宜的情况下，马铃薯植株顶端扦插成活率较高，且能正常发育结薯。植株顶端切去后，其下方两片复叶的腋芽即迅速伸长，成为新的生长顶端，又可用于切段扦插。

顶端切段在20℃左右的温度下一般10天左右可进行一次。利用温室或大棚，可提早进行切段繁殖。顶端切下后，移植于苗床，生根后再移栽大田。一株基础苗一般可繁殖10～15株。结合单芽眼切块繁殖基础苗，一个种薯繁殖植株的系数可高达70～100倍以上。

切段的顶端要带有2～3片真叶。移植的苗床要土壤疏松，保持湿润，防止阳光直射，以提高成活率。为促进生根，可将切段浸蘸用生根粉配制的溶液或100mg/L的萘乙酸溶液后再扦插。

采用合理的种植密度种植密度不仅对产量有影响，而且也影响薯块大小和单位面积上薯块形成的数量。因此，采用适宜的种植密度，可以生产符合规格的种薯，提高繁殖系数。

马铃薯块茎大小在田间的分布情况是，小薯的数量多，大薯的数量少。适宜种用的薯块大小一般为30～120g。太小对植株生长势有影响，太大则不经济。根据马铃薯块茎大小分布预测和控制的数学模型，1 200m以上的高山地区种薯生产的适宜密度为150 000株/公顷，低山地区为120 000株/公顷。

马铃薯现已由单一的粮食作物向重要的经济作物转变，具有高产和高效的生产和市场特征。近年来，马铃薯种植区域已从传统种植区扩大到中原、南方，秋冬季生产面积不断扩大，优质种薯严重不足。建立适宜的种薯繁殖体系，运用科学的种薯快繁技术，可加速脱毒种薯的推广应用，解决种薯退化，提高生产水平，形成和促进马铃薯种薯生产、商品薯生产和食品加工的新的农村支柱产业，开辟农村脱贫致富的新途径。