‘陇薯3号’和‘陇薯7号’试管结薯关键条件优化

2015-04-16齐恩芳王一航文国宏贾小霞

中国马铃薯 2015年3期

齐恩芳，王一航，文国宏，贾小霞

（甘肃省农业科学院马铃薯研究所，甘肃兰州 730 0 70)

离体条件下诱导形成的试管薯不仅具有试管苗的所有优点，而且体积小、重量轻，繁殖期间杜绝了外来病菌的再次侵染，便于贮藏、运输和种植。马铃薯试管薯的诱导与生产，对于马铃薯种质保存、种子交换、脱毒薯生产及在马铃薯基因工程研究中作为基因转移的受体等方面都有重要意义。试管薯的形成受诸多因素的影响，如基因型、试管苗的健壮程度、矿质营养、碳源、外源激素、植物生长延缓剂以及环境因素（温度、光照）[1-3]等，关于试管薯诱导已有很多成功的实例，但对于自然条件下马铃薯试管结薯的研究还未见报道，利用自然光培养室生产试管薯，设备简单，节约成本，可充分利用自然空间工厂化批量生产试管薯。

本试验以‘陇薯3号’和‘陇薯7号’为材料，研究了自然光照、温度、培养基等试管薯生产关键条件的诱导效果，进一步探索高效优质低成本规模化生产试管薯的新途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

甘肃省农业科学院马铃薯研究所保存的‘陇薯3号’和‘陇薯7号’脱毒试管苗。

1.2 试验地点及时间

试验在甘肃省农业科学院马铃薯研究所脱毒中心进行，试验时间在冬季（11月至次年2月），该时期昼夜温差大，日照时间8 h左右。

1.3 试验方法

1.3.1 试管苗培养

在无菌条件下，将试管苗切成带1个叶节的茎段，接种于装有40 mL MS固体培养基和25 mL MS液体培养基（脱脂棉支撑）的250 mL消毒果酱瓶中，每瓶15株，在自然光培养室培养21 d，长成壮苗后用于试管薯诱导试验。

1.3.2 试管薯诱导

采用两因素三水平随机区组试验设计，共9个处理（表1）。A为光温条件，A1：自然光照室温培养，A2：自然光照室温培养7 d转黑暗恒温培养，A3：黑暗恒温培养。B为培养基类型，B1：“液体+液体”培养基，B2：“液体+固体”培养基，B3：固体培养基。

表1 试验设计Table 1 Experimental design

上述光温条件中，自然光照室温培养在自然光照培养室进行，昼夜温度范围为5～22℃，光照时间8 h左右，试验材料置于培养架最下层，光照强度约1 000～4 000 lx；黑暗恒温培养在暗室（空调控温）进行，温度17±1℃。3种培养基类型为：将液体诱导培养基（MS+8%白糖+5 mg/L 6-BA）分装入500 mL三角瓶中，灭菌后按每瓶40 mL直接倒入液体培养的试管苗培养瓶诱导试管薯，简称“液体+液体”；倒入固体培养的试管苗培养瓶诱导试管薯，简称“固体+液体”；将固体培养的试管苗切段转接入装有40 mL固体诱导培养基（MS+4.5 g/L琼脂+8%白糖+5 mg/L 6-BA）的培养瓶中，简称“固体”。

1.4 测定指标及数据处理

培养期间记录结薯时间及薯块膨大相关数据，于诱导培养56 d后测定薯块直径（mm）、单瓶结薯数（d＞3 mm)、单瓶薯重（g/瓶）、单薯重（g/个）、成薯指数（结薯数/接种株数）、大薯数（d＞5 mm）和大薯率。

数据采用SPSS软件进行二因素方差分析（LSD法）。

2 结果与分析

2.1 培养条件对‘陇薯3号’试管薯诱导效果的影响

从表2分析的结果可知，A因子对‘陇薯3号’试管结薯的各项指标均无显著影响；B因子对单瓶薯重、平均单薯重、薯块平均直径、大薯数及大薯率有影响，B1处理的单瓶薯重、平均单薯重及薯块平均直径极显著高于B2、B3；大薯数及大薯率极显著高于B3，与B2差异不显著。

A×B交互作用对单瓶薯数和成薯指数无显著影响，但对单瓶薯重、平均单薯重及薯块平均直径影响显著（P＜0.05）（表2）。其中A1B1（“液体+液体”培养基，自然光照室温培养）为最优条件，A1B1条件下平均单薯重0.30 g，显著高于A1B2、A1B3、A2B3和A3B3；薯块平均直径为7.83 mm，显著高于A1B2、A1B3、A2B1、A2B3、A3B2和A3B3；在A2B1、A2B2和A3B2培养条件下的平均单薯重均显著高于A1B3、A2B3和A3B3；在A2B2培养条件下的薯块平均直径也显著高于A1B3、A2B3和A3B3。‘陇薯3号’试管结薯情况见图1A。

2.2 培养条件对‘陇薯7号’试管薯诱导效果的影响

从表3分析的结果可知，A因子对‘陇薯7号’试管薯的单瓶薯数、成薯指数、单瓶薯重及大薯数有影响，A1处理极显著高于A2、A3处理。B因子对单瓶薯重、平均单薯重、薯块平均直径、大薯数及大薯率均有影响，以B1最优，与B3间差异极显著。B1与B2之间，薯块平均直径差异极显著，平均单薯重差异显著，其余指标差异不显著。B2与B3间，薯块平均直径、大薯率差异极显著；单瓶薯重、平均单薯重及大薯数差异显著。

A×B交互作用对单瓶薯数、成薯指数、平均单薯重、薯块平均直径、大薯数及大薯率均无显著

影响，但对单瓶薯重影响显著。其中A1B1（“液体+液体”培养基，自然光照室温培养）条件下‘陇薯7号’试管薯单瓶薯重为6.74 g，与A1B2差异不显著，但显著高于其他处理；A1B2处理也显著高于A2B3、A3B1、A3B2和A3B3。‘陇薯7号’试管结薯情况见图1B。

表2 不同培养条件对‘陇薯3号’试管薯诱导与发育的影响Table 2 Effects of different cultural conditions on induction and development of'Longshu 3'microtuber

表3 不同培养条件对‘陇薯7号’试管薯诱导与发育的影响Tab 3 Effect of different cultural conditions on induction and development of'Longshu 7'microtuber

图1 ‘陇薯3号’（A）和‘陇薯7号’（B）诱导试管薯Figure 1 'Longshu 3'(A)and'Longshu 7'(B)microtuber induction

3 讨论

光周期是马铃薯结薯的主要诱导因子。无光条件可促进光合产物向块茎中分配，减少光合产物在地上茎中的分配，但黑暗处理时间过长会造成植株生活力下降，从而影响营养的吸收和转化，最终降低结薯能力，故光周期必须适宜，才能诱导试管结薯。在该领域已有较多的研究[4-7]，认为诱导期间进行一定阶段光照处理有利于试管薯的形成，柳俊和谢从华[8]也认为，黑暗处理和短日照条件对试管块茎的形成是有利的，黑暗处理有利于匍匐茎的发生，短日照有利于试管薯的膨大。刘梦芸等[9]研究发现，长时间的暗处理使块茎形成显著提早，但结薯数少，植株茎叶生长受阻，块茎淀粉含量降低。沈清景等[10]研究表明，全黑暗条件对试管薯形成、结薯数量和平均鲜重具有极显著的促进作用。Gopal等[11]研究认为，较短光周期，较低光照强度对不同基因型的品种的适应性较好，能获得较多的试管薯个数和较高的产量。以上研究中的短日照处理均是在室内日光灯补充光照，利用日光作为光源补充诱导结薯的研究未见报道。本试验利用自然光照作试管薯诱导中光照处理，研究发现，短日照条件与全黑暗均能诱导2品种结薯，而且块茎形成对发育阶段无特殊要求，刚刚生长1片叶的植株就能形成块茎（图1A和1B）。就本试验而言，从结薯数与结薯大小来看，自然光照室温条件更有利于‘陇薯7号’试管薯的形成，其产量还高于黑暗培养。这可能是由于本试验在冬季进行，属短日照期，且自然光培养室光照弱，整体环境适于试管薯的诱导。

温度影响试管薯形成。低温可诱导马铃薯块茎形成，高温则可以完全抑制[12]。田间试验证明，马铃薯块茎田间形成的适宜温度为15.6～18.3℃，高于21.1℃，块茎生长速度下降[13]。马铃薯试管薯是在试管微环境条件下生长发育的，对温度条件的要求更严格，连勇等[14]认为，对试管薯形成大小及薯重而言，温度效应高于外源诱导剂，温度对平均单瓶结薯数影响不显著。他还认为，在全黑暗诱导条件下，‘中薯3号’试管薯形成的最适温度为15～20℃，刘志云[15]研究发现，低温可诱导马铃薯块茎形成，温度增至32℃不产生块茎，对于‘克山予64’，最适宜的温度为18℃，适宜范围为18～22℃。本试验中，自然光培养室有日夜温差，在变温5～22℃与恒温17℃2种温度条件下，‘陇薯3号’与‘陇薯7号’均能结薯。

培养基对试管薯形成有明显的影响。本研究认为，无论是试管苗的增殖生长还是试管薯的诱导发育，液体培养基一般优于固体培养基，液体培养可复壮试管苗，提高其增殖率，促进试管薯提早结薯与增加薯重等[10,16]。本试验采用3种培养基方式诱导结薯，结果表明，“液体+液体”诱导培养，试管薯大薯多、产量高，‘陇薯3号’试管薯单薯重达到0.26 g，平均直径7.15 mm，大薯率（d＞5 mm）达到90.06%；‘陇薯7号’试管薯单薯重达到0.24 g，平均直径6.54 mm，大薯率（d＞5 mm）达到91.18%，“液体+液体”培养基处理下2个品种单瓶薯重、平均单薯重、薯块平均直径、大薯数和大薯率均极显著高于“固体+液体”和“固体”培养基，“固体+液体”培养基诱导培养，程序简便，试管薯产量较高，固体培养基直接诱导培养结薯时间短，试管薯之间差异小，成熟整齐一致。此外，黑暗恒温培养条件下，“液体+液体”、“固体+液体”和“固体”3种培养基在结薯时间上也有差异，‘陇薯3号’初始结薯时间分别为12，15和22 d，‘陇薯7号’初始结薯时间分别为15，19和21 d，表明“液体+液体”培养基方式下结薯时间早。至于基因型对结薯时间的影响，有人认为，早熟品种试管薯诱导结薯早，结薯能力强[17]，本试验中两供试品种均为中晚熟品种，在结薯时间上没有品种差异。

通过试验可以得到如下结论。试验在自然光照培养室进行，自然光照条件诱导结薯不受空间限制，且节约能源，光照条件提高了试管苗的生活力，利于试管薯的膨大，对于工厂化规模生产试管薯具有很好的指导作用。因该试验在冬季进行，日照时间短，自然光培养室光照弱，昼夜温差大，可能正好具备试管薯诱导的光温条件，在其他季节，自然光诱导的效果如何，还需要进行更深入的研究。试管薯发育具有基因型差异，试管薯在诱导过程中，对光温条件的敏感程度因品种而异。试验中，‘陇薯3号’对光照、温度及黑暗处理时间的反应均不敏感；但光温对‘陇薯7号’试管薯发育影响明显，自然光照利于其试管薯的形成。“液体+液体”培养基处理结薯时间早，数量多，大薯率高，而且不使用琼脂，相对节约成本，可作为试管薯生产的主要方式。

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