甘薯組織培養(yǎng)研究進(jìn)展及展望

徐 飛 張勝利 孫 靜 韓忠才 李彥軍

（吉林省蔬菜花卉科學(xué)研究院，吉林 長春 130033）

甘薯組織培養(yǎng)研究進(jìn)展及展望

徐 飛 張勝利 孫 靜 韓忠才 李彥軍

（吉林省蔬菜花卉科學(xué)研究院，吉林 長春 130033）

甘薯是一種重要的糧食、飼料和工業(yè)原料作物，具有穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、適應(yīng)性強(qiáng)、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)。中國是世界第一甘薯生產(chǎn)國，組織培養(yǎng)是科研及生產(chǎn)中一種重要的技術(shù)。本文根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)外甘薯組織培養(yǎng)研究和應(yīng)用狀況，綜述甘薯組織培養(yǎng)的研究進(jìn)展并對(duì)其發(fā)展做出展望。

甘薯；組織培養(yǎng)；脫毒；激素

甘薯[ Ipomoea batatas(L.)Lam.]旋花科，又名地瓜、山芋、白薯、紅薯、番薯等，是一種重要的糧食、飼料和工業(yè)原料作物。甘薯具有穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、適應(yīng)性強(qiáng)、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)。甘薯營養(yǎng)價(jià)值高：含有淀粉、維生素、可溶性糖、蛋白質(zhì)、纖維素等營養(yǎng)物質(zhì)，是健康的全功能食品。中國是世界第一甘薯生產(chǎn)國，種植面積占世界70%，總產(chǎn)量占世界80%。

1 甘薯組織培養(yǎng)定義

植物組織培養(yǎng)的基本原理是依據(jù)植物細(xì)胞的全能性，即細(xì)胞具有植物個(gè)體生長發(fā)育的全部遺傳基因和潛能，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可分化發(fā)育形成一個(gè)完整的植物個(gè)體。1968年，日本學(xué)者中島和山口最早進(jìn)開展甘薯組織培養(yǎng)研究，成功培養(yǎng)愈傷組織和察不定根。

2 甘薯組織培養(yǎng)用途

2.1 種質(zhì)資源繁殖與保存

甘薯是利用塊根進(jìn)行無性繁殖的植物，常規(guī)種質(zhì)資源保存和交換通過薯塊進(jìn)行，但薯塊體積大、含水量高、不易貯藏、易受傷感染病毒。隨著植物組織培養(yǎng)技術(shù)研究的深入開展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的需要，采用組織培養(yǎng)方式繁殖并保存甘薯種質(zhì)資源可有效解決以上問題。

2.2 脫除病毒

甘薯在栽培過程中極易受病毒的侵染，病毒侵染后對(duì)甘薯的產(chǎn)量和品質(zhì)有很大影響。據(jù)報(bào)道中國每年因甘薯病毒病造成的損失高達(dá)40億元。由于缺乏高抗病毒病品種及有效防治藥劑，種植脫毒種苗可有效降低病害發(fā)生，提高產(chǎn)量、品質(zhì)。病毒通過維管束移動(dòng)，而新生分生組織中還沒有形成維管束，病毒只能通過胞間連絲間緩慢傳遞。莖尖生長迅速，病毒很難到達(dá)新生的莖尖組織。因此，病毒在植物體內(nèi)分布不是均一的，莖尖部分病毒含量少或者是無毒的。根據(jù)以上特征特性，開展甘薯莖尖組織培養(yǎng)獲得無病毒植株。目前，甘薯組織培養(yǎng)已成為防治甘薯病毒病的主要方法，可大幅提高甘薯產(chǎn)量及品質(zhì)。試驗(yàn)證明脫毒后的甘薯苗，葉片光合作用增強(qiáng)，植株生長勢(shì)強(qiáng)，大薯率高，不同品種脫毒后產(chǎn)量可比脫毒前增加15%～90%。

2.3 快速擴(kuò)繁

甘薯種植生產(chǎn)過程中需要大量種苗，通過組織培養(yǎng)方法可在短時(shí)間內(nèi)快速擴(kuò)繁，滿足生產(chǎn)需要。組織培養(yǎng)可在人為控制條件下快速繁殖，不受季節(jié)、氣候和空間的約束，繁殖系數(shù)高。實(shí)踐證明，每莖段每月可擴(kuò)繁5倍，一年可繁殖58～510。

2.4 在甘薯育種上的應(yīng)用

甘薯是遺傳高度雜合、自交不親和的無性繁殖作物，傳統(tǒng)的有性雜交等育種方法實(shí)施困難、局限性大，因此利用組織培養(yǎng)技術(shù)開展育種工作具有重要的意義。從遺傳特征特性上考慮，組織培養(yǎng)相對(duì)穩(wěn)定，但由于培養(yǎng)基添加的激素及培養(yǎng)環(huán)境條件等因素的影響使植株處于敏感狀態(tài)，極易打破內(nèi)部平衡，在組織培養(yǎng)過程中就可能產(chǎn)生一定比例的變異。因此，通過控制激素、環(huán)境等因素誘導(dǎo)變異，產(chǎn)生新變異體為育種提供新材料，拓展育種譜系。組織培養(yǎng)可產(chǎn)生多種類型的遺傳變異。

3 研究進(jìn)展

3.1 外植體選擇

根據(jù)細(xì)胞的全能性，植物所有器官理論上都可以做外植體。目前，已報(bào)道可成功誘導(dǎo)再生植株的器官有：根、莖（莖段、芽、莖尖）、葉（葉片、葉柄）、花（花藥、子房、胚珠）等。以芽做外植體報(bào)道較多，成功率最高。芽部位的選取對(duì)組培苗的成活率、脫毒率很關(guān)鍵。普遍規(guī)律是：越接近頂芽的部位含病毒越少或沒有，但莖尖剝離難度大，成活率低。莖尖大小與脫毒率成反比，在保證成活的情況下莖尖越小越好，因此葉原基數(shù)量不宜過多，一般帶2～3個(gè)葉原基（約1.5～2.5mm長），莖尖長度0.5～1.0 mm為宜。

3.2 外植體消毒

組培苗在無菌環(huán)境下生長， 為殺滅外植體上的細(xì)菌、真菌等，必須對(duì)外植體進(jìn)行消毒。因此，采取哪種方法進(jìn)行外植體消毒方獲得無菌組培苗很關(guān)鍵。消毒劑種類、消毒劑濃度和消毒時(shí)間是影響消毒效果、成活率的3要素。消毒效果好并不意味成活率高，在殺滅細(xì)菌、真菌的同時(shí)消毒劑對(duì)植株也會(huì)產(chǎn)生危害，掌握好消毒濃度和時(shí)間極為重要?，F(xiàn)在常用的消毒劑為氯化汞和次氯酸鈉，氯化汞消毒效果好并有報(bào)道稱微量汞元有利于刺激組培苗生長，但氯化汞有毒應(yīng)謹(jǐn)慎使用。研究表明：0.1%氯化汞消毒5～10 min 或2%的次氯酸鈉水溶液（有效氯為10%）消毒5～10min消毒效果較好。另外，也可選用2種消毒劑輪流消毒，比單一消毒劑的效果好。

3.3 激素

植物器官的分化受生長素和細(xì)胞分裂素2類激素控制。激素的種類和濃度是影響外植體誘導(dǎo)分化的主要因素，決定分化方向（愈傷組織、不定芽、不定根）。激素又分內(nèi)源激素和外援激素，在使用外源激素時(shí)其效果受植物內(nèi)源激素種類、分布及濃度的影響。NAA 不僅能增加組培苗節(jié)數(shù)還可促進(jìn)節(jié)間的伸長。另外，NAA可以明顯促進(jìn)外植體愈傷組織的生成和促進(jìn)分化生根。戴力等試驗(yàn)結(jié)果表明，在一定NAA濃度范圍內(nèi)，莖尖愈傷組織誘導(dǎo)率和出芽率與NAA濃度成反比；如同時(shí)使用6-BA 則NAA濃度范圍有變化。6- BA只能促進(jìn)節(jié)數(shù)的增多，而節(jié)間長度變化不大。陳應(yīng)東等研究結(jié)果表明，6-BA分化再生苗的適宜濃度在 0.5～4.0 mg/L 。張軍云篩選出的紫色甘薯莖尖培養(yǎng)最佳增殖培養(yǎng)基為 MS+ BA 1.0 mg/L + NAA 0.1～0.2 mg/L。

3.4 溫度與光照

甘薯田間栽培生長的適宜溫度為18～35℃ 。孔祥生研究表明，甘薯組培苗生長的適宜溫度為25～31℃。28℃為莖尖生長最佳溫度，該溫度出苗快。25℃為組培苗生長最佳溫度，在該溫度下組培苗生長勢(shì)最強(qiáng)、生長快、顏色深、苗粗、苗壯。超過31℃時(shí)，組培苗徒長，生長勢(shì)變?nèi)?。光照方面，為培育壯苗促進(jìn)生長可考慮增加紅光和藍(lán)光的強(qiáng)度，660nm紅光和450nm藍(lán)光組合可以有效抑制植物徒長，有降低地上部分含水率和提高根冠比的作用。光照時(shí)間以不低于14h/d為宜。

4 展望

目前我國甘薯組織培養(yǎng)技術(shù)已取得長足進(jìn)展，在甘薯科研、生產(chǎn)栽培、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等方面發(fā)揮越來越重要的作用。隨著人民生活水平的提高，甘薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展強(qiáng)勁，組織培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。為整體提高我國甘薯的產(chǎn)量及品質(zhì)，脫毒種苗的廣泛應(yīng)用已迫在眉睫。通過莖尖組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)脫毒種苗己在生產(chǎn)中應(yīng)用，但普及性還有待提高，希望未來可以全面推廣。甘薯是無性繁殖作物，通過組織培養(yǎng)技術(shù)長期穩(wěn)定保存種植資源。通過激素及環(huán)境控制誘導(dǎo)變異產(chǎn)生育種新材料。在發(fā)展的同時(shí)我們也應(yīng)看到問題和不足，甘薯品種多，基因型復(fù)雜，技術(shù)細(xì)節(jié)上存在較大的差異，在一定程度上制約了甘薯組織培養(yǎng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展。中國是甘薯生產(chǎn)大國，利用甘薯組織培養(yǎng)技術(shù)在提高甘薯品質(zhì)、產(chǎn)量，輔助選育優(yōu)良品種等方面面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

[2]陳明燦.甘薯組培快繁及優(yōu)化栽培技術(shù)研究[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[3]孔祥生，張妙霞，高書穎，等.提高甘薯莖尖分生組織培養(yǎng)成苗率的研究[J].洛陽農(nóng)業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，1999，19(1)：1112.

[4]張雅瓊，郭華春.甘薯莖尖分生組織培養(yǎng)的研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005(3)：74-76.

[5]楊雅婷，程瑞峰，楊其長，等.LED光源不同R/B處理對(duì)甘薯組培苗品質(zhì)及節(jié)能效果的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2010(4)：546-549.

[6]王守明，胥學(xué)峰，廉美蘭，等.培養(yǎng)基中糖和氮對(duì)脫毒甘薯組培苗生長的影響[J].延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28(2)：102-106.

[7]羅林會(huì)，邱寧宏.脫毒甘薯組培苗水培營養(yǎng)液配方篩選[J].長江蔬菜，2009(10)：52-54.

[8]李鴻雁.紫色甘薯組培快繁體系的建立[D].信陽師范學(xué)院，2011.

1.4.2 問卷調(diào)查 針對(duì)個(gè)人能力提升方面，采取雙盲法對(duì)傳統(tǒng)培訓(xùn)及SOP培訓(xùn)兩種方式進(jìn)行滿意度問卷調(diào)查。每個(gè)問題包括“是”“否”兩個(gè)選項(xiàng)。

[9]謝穎.葉用甘薯組培快繁體系的建立[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[10]李懷情，牛力立，趙佐敏，等.紫云甘薯組培脫毒及離體快繁技術(shù)研究[J].種子，2014(02)：131-134.

[11]唐麗，鄒永祥，涂雅珍，等.植物組培脫毒技術(shù)在甘薯上的應(yīng)用研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008(2)：879-881.

[12]孔祥生，張妙霞，陳明燦.生長素類物質(zhì)對(duì)甘薯莖尖分生組織培養(yǎng)成苗的影響[J].山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報(bào)，2003，22(2)：114-116.

[13]解紅峨，武宗信，馮文龍，等.甘薯脫毒技術(shù)及應(yīng)用[J].國外農(nóng)學(xué)-雜糧作物，1997，17(6)：24-25.

[14]辛淑英.甘薯分生組織培養(yǎng)[J].中國甘薯，1993(3)：16-18.

[15]陳明燦，劉素云.脫毒甘薯四級(jí)種薯(苗)生產(chǎn)程序及其應(yīng)用[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001(5)：10-11.

[16]高書穎，張妙霞，郭秀璞，等.甘薯莖尖分生組織培養(yǎng)[J].洛陽農(nóng)業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，1999，19(6)：31-32.

[17]武宗信，解紅峨，馮文龍，等.甘薯微莖尖組織培養(yǎng)技術(shù)研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，1997，25(4)：59-62.

[18]楊先泉.零配比正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析與甘薯組織培養(yǎng)植株再生體系研究[D].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2002.

S531

A

10.11974/nyyjs.20161232004

徐飛（1978-），女，吉林長春人，博士，副研究員，主要從事甘薯繁育研究。

吉林省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201616J）；吉林省公益性科研院所科研項(xiàng)目