馬鈴薯試管苗的高效培養(yǎng)和試管薯誘導

金 建 鈞, 劉 志 文

( 大連工業(yè)大學 生物工程學院, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

馬鈴薯是僅次于小麥,水稻和玉米的世界上第四大糧食作物[1-2]。馬鈴薯的退化是影響世界和我國馬鈴薯產業(yè)發(fā)展的重要因素之一[3]。利用植物組織培養(yǎng)技術的原理形成的馬鈴薯脫毒技術是解決馬鈴薯退化的主要措施,此技術已成為促進發(fā)展馬鈴薯生產的主要途徑[4-5]。脫毒技術的應用推廣為馬鈴薯產業(yè)的提升、種薯生產工藝的發(fā)展及種薯種性提高發(fā)揮了重要作用。目前生產上脫毒試管苗的快繁和試管薯誘導存在諸多問題,如工藝復雜、成本高、工期管理程序繁雜、擴繁速度慢、夏季污染率高以及移栽苗成活率低等,這些已成為馬鈴薯脫毒技術推廣應用的主要限制因素[6-7]。作者通過實驗總結出在室溫條件下操作簡便、生長周期短的馬鈴薯試管苗和試管薯的高效培養(yǎng)和誘導技術。

1 材料和方法

1.1 材 料

經過莖尖脫毒培養(yǎng)的荷蘭薯小苗,由大連工業(yè)大學生物工程學院供種。

1.2 方 法

1.2.1 室溫條件下單一激素對試管苗的影響

將預先處理的植株按生長點切成約1 cm小段,分別接種于含4種不同激素(GA3、CCC、IAA、PP333)的MS生長培養(yǎng)基上(0.8%瓊脂粉+3%蔗糖,pH 5.8)，并置于100 mL三角瓶中,每瓶接種1個切段。激素均采用0.1、0.5、1.0和1.5 mg/L 4種不同質量濃度。

小苗置于室溫條件下培養(yǎng),室溫平均溫度(25±2) ℃。每周觀察并記錄馬鈴薯植株的株高、葉片數(shù)和根條數(shù)等性狀,進行生長情況比較。

1.2.2 試管薯的誘導培養(yǎng)

選取長勢良好的試管苗進行同批次不同生長條件的種薯誘導研究。將切段轉接至結薯培養(yǎng)基上,采用室溫[平均溫度(25±2) ℃]、弱光(23 ℃,1 000 lx,光照時間24 h/d)和黑暗(22 ℃)3種培養(yǎng)方式。

結薯培養(yǎng)基設計為4種,第1種為MS+3%蔗糖+NAA 0.1 mg/L+6-BA 0.1 mg/L+GA3,GA3采用0.1、0.5、1.0和1.5 mg/L 4種不同質量濃度。第2種培養(yǎng)基在第1種基礎上將蔗糖質量分數(shù)設為5%,其余不變。第3種培養(yǎng)基將第1種培養(yǎng)基中6-BA換成質量濃度為0.1 mg/L的IAA,第4種培養(yǎng)基在第3種基礎上將蔗糖質量分數(shù)設為5%,其余不變。

2 結果與分析

2.1 不同激素對苗生長的影響

由表1中根、莖和葉3種表型值與植株長勢可知,GA3是4種激素中效果最優(yōu)的。形態(tài)結果分析表明，其根長是所有植株中最長的,3周后基本可覆蓋三角瓶底部。小苗葉片大小適中,莖部粗細均勻,不同濃度中其葉片數(shù)量較為平均，株高變化不大。當GA3質量濃度小于1.0 mg/L,培養(yǎng)至第4周株高差異不大,質量濃度為1.5 mg/L時植株高度明顯升高,表明GA3質量濃度升高對試管苗的株高有較強的促進作用。應用質量濃度范圍在0.1～1.0 mg/L較為適宜。

IAA質量濃度為0.1～0.5 mg/L時馬鈴薯試管小苗根系呈發(fā)散狀生長,多為短根,根條數(shù)呈下降趨勢。植株莖部翠綠粗壯,葉片較大,株高呈上升趨勢,植株總體生長狀態(tài)良好。質量濃度為1.0 mg/L時植株矮化,根系為短粗發(fā)散狀根系,葉片相對較小,且植株不再長高。質量濃度為1.5 mg/L時馬鈴薯試管苗分別向正常植株、矮狀株和愈傷組織株3種形態(tài)發(fā)展,其中正常形態(tài)的植株葉片數(shù)量有所增加,植株生長狀態(tài)良好。矮狀株株高較質量濃度為1.0 mg/L時有所提高,根條數(shù)量增多，愈傷組織株前3周與正常形態(tài)植株表型一致。由于高濃度IAA對馬鈴薯試管苗有不利影響,因此其應用質量濃度范圍在0.1～0.5 mg/L較為適宜。

含CCC的試管苗植株矮小,根系發(fā)育不良,葉片較小,莖部纖細,部分試管苗因莖部較軟而無法直立生長,植株顏色偏黃,葉片有枯萎趨勢,結果表明CCC抑制了試管苗的生長。

PP333培養(yǎng)的馬鈴薯小苗植株矮化,莖部生長緩慢,葉片數(shù)量較多,但多為小葉片,根部發(fā)育不完全，導致部分植株死亡,表明PP333不宜作為促進馬鈴薯試管苗生長的激素使用。

表1 添加GA3、IAA、CCC和PP333的培養(yǎng)基對馬鈴薯試管苗的效果

2.2 培養(yǎng)方式對試管薯形成的影響

第2、3、4種培養(yǎng)基在室溫、弱光及黑暗條件下均不能誘導試管薯形成，其中第2、4種試管苗生長緩慢,部分試管苗因根系無法形成從而導致小苗的死亡,表明蔗糖含量的升高反而會抑制馬鈴薯試管苗根系形成,延緩植株生長。

第1、3種培養(yǎng)基中,6-BA和IAA的生理作用不同,使試管苗呈不同趨勢生長，IAA的培養(yǎng)基中試管苗無法誘導形成試管薯。在含有IAA的第3種培養(yǎng)基中,試管苗根部的根條數(shù)量多,但均為短狀根，而含6-BA的試管苗根部根條數(shù)量多,根條較長(圖1)。2種配方培養(yǎng)后的馬鈴薯植株枝葉長勢均良好,枝葉茂盛。含有IAA的試管苗高度較高，莖部較粗,生長3周后平均高度基本超越三角瓶口,部分植株基部雖有膨大趨勢,但繼續(xù)培養(yǎng)至第3、4周時,仍無法結薯。第1種培養(yǎng)基試管苗平均高度低于第3種培養(yǎng)基,試管苗經培養(yǎng)2～3周后,植株基部或側枝處有球形試管薯形成。馬鈴薯根部和莖部生長情況是馬鈴薯試管種薯是否產生的2個重要條件,馬鈴薯根部生長狀況不佳將導致植株對培養(yǎng)基營養(yǎng)吸收不利最終無法形成試管薯,馬鈴薯莖部生長過長導致根部吸收的所有營養(yǎng)物質僅用于維持植株自身新陳代謝最終也使試管薯無法形成。

圖1 結薯培養(yǎng)基比較圖

結果表明，結薯培養(yǎng)基使用MS+NAA 0.1 mg/L+6-BA 0.1 mg/L+GA30.5 mg/L在室溫條件下結薯率最高,可達90%～95%,試管薯較大,平均直徑超過1 cm，質量可達3～4 g，外形圓形，形態(tài)好，是較理想的商品小種薯(圖2)。

圖2 GA3質量濃度對試管薯的影響

3 結 論

GA3與IAA對馬鈴薯試管苗生長有促進作用,是促進馬鈴薯試管苗生長的較優(yōu)激素。單一使用激素GA3質量濃度在0.1～1.0 mg/L較為適宜,而IAA質量濃度在0.1～0.5 mg/L較為適宜。

在馬鈴薯試管薯誘導形成過程中,較高的糖分會抑制馬鈴薯試管苗根系的形成,導致試管苗生長緩慢,嚴重的會因根部無法形成而最終導致試管苗的死亡。室溫條件下進行種薯的誘導時,植株高度不能過高,但根系必須發(fā)達,否則會影響試管微型薯的形成。采用MS+NAA 0.1 mg/L+6-BA 0.1 mg/L+GA30.5 mg/L在室溫條件下培養(yǎng),結薯率最高,試管薯直徑最大，質量最大，形態(tài)最理想。

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