不同光照強(qiáng)度及溫度對(duì)甘蔗脫毒原種苗增殖效果的影響

武媛麗　昝麗梅　張樹珍　楊本鵬

摘 要 選用甘蔗‘新臺(tái)糖22號(hào)為供試材料，分別研究了不同光照條件[40、60、80、100、120 μmol/（m2·s）]和溫度條件（25、26、27、28、29、30、31和32℃）對(duì)甘蔗脫毒原種苗組織培養(yǎng)中增殖率以及植株生長(zhǎng)狀態(tài)的影響。結(jié)果表明：光照和溫度對(duì)甘蔗組培苗的增殖及形態(tài)建成有著極其顯著的影響，且當(dāng)光照在100～120 μmol/（m2·s），溫度在28～30℃，甘蔗脫毒原種苗增殖率最為理想。

關(guān)鍵詞 甘蔗 ；脫毒原種苗；組織培養(yǎng)；光照強(qiáng)度；溫度

分類號(hào) S566.1 ；Q813.1

Abstract We choose ROC22 as research materials. And try to figure out the effects of different light intensity [40， 60， 80， 100， 120 μmol/（m2·s）]and various temperatures （25℃， 26℃， 27℃， 28℃， 29℃， 30℃， 31℃， 32℃） on the proliferation of virus-free original sugarcane seeding. The results revealed that light intensity and temperature played a key role in the proliferation and morphologization during sugarcane seedling growth. When the light intensity was between 100 to 120 μmol/（m2·s） and the cultivate temperature was between 28 to 30℃ the sugarcane had the best rate of proliferation and morphology.

Keywords virus-free original seeding of sugarcane ； tissue culture ； light intensity ； temperature

甘蔗（Saccharum officinarum L.）是熱帶、亞熱帶地區(qū)的重要經(jīng)濟(jì)作物，不僅是最主要的糖料作物，也是生產(chǎn)乙醇、葡萄糖等原料的能源作物[1]。中國(guó)是世界主要產(chǎn)糖國(guó)之一。甘蔗是中國(guó)制糖的主要原料，中國(guó)食糖產(chǎn)區(qū)主要集中在西南邊遠(yuǎn)少數(shù)民族地區(qū)。因此，發(fā)展甘蔗生產(chǎn)，對(duì)于促進(jìn)蔗糖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、穩(wěn)定和振興邊疆經(jīng)濟(jì)尤其是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，甚至對(duì)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及生活質(zhì)量的提高都具有較為重要的地位和作用[2]。

甘蔗是無性繁殖作物，多年宿根栽培過程中，會(huì)受到多種病原物的反復(fù)侵染，使種性退化，進(jìn)而造成甘蔗含糖量和產(chǎn)量下降。甘蔗花葉病和宿根矮化病是造成甘蔗品種退化的主要因素，且普通物理化學(xué)方法難以根除，成為中國(guó)甘蔗單產(chǎn)及含糖量提高的主要制約因素[3]。由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所研發(fā)的熱處理結(jié)合腋芽分生組織培養(yǎng)技術(shù)培育的甘蔗脫毒種苗，能夠徹底脫除甘蔗莖段所帶的花葉病和宿根矮化病等病原，成功解決了中國(guó)甘蔗種性退化及良種繁育上的技術(shù)難題，提高了甘蔗產(chǎn)量和含糖量[4]。

本研究在前期研究基礎(chǔ)上，探討了光照和溫度條件對(duì)甘蔗脫毒原種苗增殖效果的影響。由于組培苗生長(zhǎng)在一個(gè)密閉的環(huán)境中，在光照周期下CO2濃度低，黑暗條件下則CO2濃度會(huì)升高，同時(shí)存在光照弱、濕度高的問題，限制了組培苗的光合作用[5-7]。溫度是植物生長(zhǎng)發(fā)育的一個(gè)重要的外界因素，因此，室內(nèi)培養(yǎng)溫度對(duì)甘蔗組培苗的生長(zhǎng)和增殖也有舉足輕重的作用。為此，筆者分析了在這樣一個(gè)密閉的系統(tǒng)中，光照強(qiáng)度以及培養(yǎng)溫度對(duì)甘蔗組培苗增殖率和生長(zhǎng)狀態(tài)的影響，旨在為甘蔗脫毒原種苗提供最優(yōu)的室內(nèi)培養(yǎng)條件，使其生長(zhǎng)潛力盡可能得到最大程度的發(fā)揮。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所甘蔗研究中心的新臺(tái)糖22號(hào)脫毒原種苗。

1.2 方法

1.2.1 初始培養(yǎng)

把在起始培養(yǎng)基上長(zhǎng)出的甘蔗小芽（經(jīng)檢測(cè)無病無毒的小芽，稱為原原種苗）接種于增殖培養(yǎng)基（MS+1.0 mg/L+KT 0.5 mg/L+蔗糖3%，pH 5.8）上，于光照度100 μmol/（m2·s）、光照時(shí)間12 h/d條件下培養(yǎng)。

1.2.2 光照強(qiáng)度對(duì)甘蔗脫毒原種苗增殖及生長(zhǎng)的影響

甘蔗脫毒種苗繼代增殖時(shí)，在人工氣候箱中進(jìn)行不同光照強(qiáng)度對(duì)其增殖效果的比較。白天（7：00～19：00）光照強(qiáng)度分別設(shè)定為40、60、80、100、120 μmol/（m2·s），晚上（19：00至次日7：00）不照光。每處理接種100瓶，重復(fù)3次，培養(yǎng)15 d后觀察其生長(zhǎng)情況及并計(jì)算增殖系數(shù)。

1.2.3 培養(yǎng)溫度對(duì)甘蔗脫毒原種苗增殖及生長(zhǎng)的影響

甘蔗脫毒原種苗繼代增殖時(shí)，在人工氣候箱中進(jìn)行不同溫度對(duì)其增殖效果的比較。溫度設(shè)定為25、26、27、28、29、30、31和32℃。每處理接種100瓶，設(shè)3個(gè)重復(fù)，培養(yǎng)15 d后觀察其長(zhǎng)勢(shì)及增殖系數(shù)。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0進(jìn)行方差分析，差異顯著性檢驗(yàn)用Duncan法。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照強(qiáng)度對(duì)甘蔗脫毒原種苗增殖及生長(zhǎng)的影響

不同光照強(qiáng)度對(duì)甘蔗脫毒原種苗增殖效果的影響見表1。表1的數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明：在光照強(qiáng)度40～60 μmol/（m2·s）時(shí)，原種苗增殖率較低，葉色呈黃色至淡綠色，植株瘦弱，生長(zhǎng)緩慢，尤其在40 μmol/（m2·s）時(shí)，植株松散發(fā)脆，嚴(yán)重生長(zhǎng)不良；當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到80 μmol/（m2·s）時(shí)，原種苗增殖率超過2，葉色為綠色，植株生長(zhǎng)正常；當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到100 μmol/（m2·s）時(shí)，原種苗增殖率達(dá)到2.2，葉色濃綠，植株生長(zhǎng)正常；當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到120 μmol/（m2·s）時(shí)，原種苗增殖率達(dá)到2.3，葉色濃綠（圖1，轉(zhuǎn)接3 d拍攝），但與光照強(qiáng)度為100 μmol/（m2·s）時(shí)增值系數(shù)差異不顯著（P>0.05），且當(dāng)光照強(qiáng)度為100 μmol/（m2·s）和120 μmol/（m2·s）時(shí)，原種苗的增殖系數(shù)均顯著高于其他光照強(qiáng)度（P<0.05）（表1）。表明，甘蔗脫毒原種苗在增殖培養(yǎng)時(shí)，最適宜的光照強(qiáng)度是100～120 μmol/（m2·s）。

2.2 培養(yǎng)溫度對(duì)甘蔗脫毒原種苗增殖及生長(zhǎng)的影響

不同培養(yǎng)溫度對(duì)甘蔗脫毒原種苗增殖效果的影響見表2。從表2的數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以看出：25℃時(shí)的繁殖系數(shù)最低，植株生長(zhǎng)量最小，隨著培養(yǎng)溫度的升高，增殖率顯著提高，葉色逐漸由黃變綠。28～32℃時(shí)，甘蔗脫毒原種苗增殖系數(shù)可達(dá)2.28～2.33，顯著高于25～27℃下甘蔗組培苗的增殖率。其中，28～30℃時(shí)，葉色正常，植株健壯，最適宜甘蔗脫毒原種苗的生長(zhǎng)、擴(kuò)繁，（圖2，轉(zhuǎn)接3 d拍攝）。31～32℃時(shí)的繁殖系數(shù)最高也可達(dá)到2.3，植株生長(zhǎng)量大，但可能是因?yàn)榕囵B(yǎng)溫度過高，植株生長(zhǎng)過旺、莖較細(xì)、葉片薄、葉莖細(xì)長(zhǎng)，導(dǎo)致植株易早衰。因此，從甘蔗脫毒原種苗組培苗生產(chǎn)的實(shí)際出發(fā)，28～30℃可作為室內(nèi)組織培養(yǎng)的最佳溫度。

3 討論

甘蔗是生長(zhǎng)在熱帶、亞熱帶地區(qū)的C4植物，生物量大，生長(zhǎng)發(fā)育需要較高的光照強(qiáng)度和溫度才能滿足其需要[8]。根據(jù)這一特點(diǎn)，本研究進(jìn)行了室內(nèi)甘蔗原種苗增殖培養(yǎng)過程中光照強(qiáng)度和培養(yǎng)溫度對(duì)其增殖、生長(zhǎng)的比較試驗(yàn)。

增殖率是植物組織培養(yǎng)中衡量芽增殖的一個(gè)很重要指標(biāo)[9]。本試驗(yàn)表明，不同光照和培養(yǎng)溫度下，甘蔗組培苗的增殖及生長(zhǎng)效果的差異很大。光照強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)（100～120 μmol/m2·s，約8 000～9 600 lx）增殖較為理想，主要表現(xiàn)為增殖率較大，植株葉色正常，芽較為粗壯。當(dāng)溫度在28～30℃時(shí)，最有利于甘蔗脫毒原種苗的生長(zhǎng)、擴(kuò)繁，其增殖系數(shù)高，植株健壯。以上光照和溫度范圍對(duì)甘蔗組培植株的增殖率和形態(tài)建成起到了很好的促進(jìn)作用。研究還表明，甘蔗組培苗增殖所需的光照強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他常見熱帶作物，如香蕉組培苗增殖最適光強(qiáng)僅為1 000 lx[10]，而番木瓜組培苗繼代增殖的最適光照強(qiáng)度則為2 000 lx[11]。此外，同屬禾本科作物的小麥，在繼代培養(yǎng)時(shí)所需光照強(qiáng)度為3 500 lx[12]，也遠(yuǎn)低于甘蔗繼代增殖所需的光照強(qiáng)度。其中的主要原因可能是由于甘蔗為高光強(qiáng)C4植物，對(duì)光能的利用效率高于一般C3植物。

植物生長(zhǎng)與能量分配密切相關(guān)[13]。在甘蔗脫毒原種苗增殖培養(yǎng)過程中似乎也存在這樣的問題，當(dāng)溫度在28～30℃時(shí)，對(duì)甘蔗脫毒原種苗的增殖及生長(zhǎng)最為適宜。本研究中，隨著溫度升高，推測(cè)外界所提供的能量也隨之增加，但是甘蔗組培苗的增殖效果并不顯著增加，反而已分化的叢生芽抽高旺盛，這可能與分化增殖的能量分配相關(guān)。

影響植株增殖因素很多，包括營(yíng)養(yǎng)成分、pH值、滲透壓、溫度、光照等[14]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，可以通過調(diào)節(jié)光照、溫度，以此來調(diào)節(jié)甘蔗脫毒原種苗的增殖和生長(zhǎng)的關(guān)系，使其達(dá)到一個(gè)最佳點(diǎn)，使其有較高增殖率的同時(shí)也有較好的長(zhǎng)勢(shì)。本研究通過對(duì)甘蔗脫毒原種苗組織培養(yǎng)中，對(duì)其增殖率有較大影響兩個(gè)外界條件，即最適光照強(qiáng)度和最適培養(yǎng)溫度的問題進(jìn)行了研究，找出了甘蔗脫毒原種苗工廠化繁殖的適宜光照強(qiáng)度范圍在100～120 μmol/（m2·s），適宜的培養(yǎng)溫度為28～30℃。完善了甘蔗脫毒種苗室內(nèi)工廠化培育關(guān)鍵技術(shù)體系。在該光照強(qiáng)度下可以保證甘蔗脫毒原種苗每15 d可增殖2.2倍以上，為室內(nèi)工廠化培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)甘蔗脫毒原種苗提供了保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 滕 崢，李 鳴，崔永禎，等. 農(nóng)桿菌介導(dǎo)冷調(diào)節(jié)基因（Cbcor15a）遺傳轉(zhuǎn)化甘蔗體系的建立[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2014，45（8）：1 333-1 339.

[2] 呂 靜. 國(guó)際糖業(yè)保護(hù)政策對(duì)中國(guó)食糖產(chǎn)業(yè)的影響[D]. 大連：東北財(cái)經(jīng)大學(xué)，2010

[3] 楊本鵬，張樹珍，蔡文偉，等. 甘蔗健康種苗田間栽培主要農(nóng)藝性狀比較[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2010，31（2）：171-175.

[4] 楊本鵬，張樹珍，楊 學(xué)，等. 甘蔗健康種苗培育體系的建立[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2006，27（4）：74-77.

[5] Dube S， Vidaver W. Photosynthetic competence of plants grown in vitro[J]. Physiol Plant，1992，84： 409-416.

[6] Buddendorf-Joosten J M C， Woltering E J. Components of the gascous environment and their eddect on plant growth and wvelopment in vitro[J]. Plant Growth Reg， 1994， 15： 1-16.

[7] Kozai T， Fujiwara K， Kitaya Y. Modeling，measurement and control in plant tissue culture [J]. Acta Hort， 1996， 393： 63-73.

[8] Botha F C. Future prospects， In genetics， ，genomics and breeding of sugarcane[M]. Science Publishers， 2010， 31： 249-264.

[9] 鄭洪立，王季槐，葉春海，等. 溫度和光照對(duì)香蕉組培苗增殖和生根的影響[J]. 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，38（4）：368-370.

[10] 鄭洪立，葉春海， 王季槐，等. 溫度和光照對(duì)香蕉組培苗生長(zhǎng)和增殖的影響[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2008，29（4）：455-459.

[11] 周 鵬，黎小瑛，沈文濤，等. 番木瓜幼稚組培苗生產(chǎn)體系的建立[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2005，26（1）：44-46.

[12] 張 偉. 小麥組織培養(yǎng)再生體系及單倍體植物誘導(dǎo)技術(shù)優(yōu)化研究[D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2014.

[13] 李 博. 生態(tài)學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，2000：72-73.

[14] Mahanom J，Norzulaani K，Rofina Y O. Plant regeneration from embryogenic suspension cultures of Musa acuminata cv. Mas （AA） [J]. Plant Cell， Tissue and Organ Culture， 2003， 75（3）： 209-214.