馬鈴薯試管薯形成因素的研究進展

梁俊梅 ，賈立國 ，秦永林 ，石曉華 ，樊明壽

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010000；2.內(nèi)蒙古馬鈴薯繁育中心，內(nèi)蒙古呼和浩特 010000）

馬鈴薯是中國第四大糧食作物且糧菜兼用，同時具有很高的營養(yǎng)價值。但由于馬鈴薯是無性繁殖作物，當其受到某些病毒侵染后可能出現(xiàn)逐代傳遞并且積累的情況，并逐步導(dǎo)致馬鈴薯出現(xiàn)植株矮化、葉色異常、長勢減弱等退化現(xiàn)象，并最終導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量降低，品質(zhì)下降。感染病毒和類病毒并引起退化的馬鈴薯，可通過莖尖剝離和組織培養(yǎng)獲取無病毒的試管苗并進而誘導(dǎo)結(jié)薯，恢復(fù)其品種的原本特性。目前，利用組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)試管薯的方法已處于應(yīng)用階段，但對誘導(dǎo)并最終形成試管薯所需環(huán)境條件的研究還存在不足之處。本文對馬鈴薯試管薯誘導(dǎo)形成的外部因素，如溫度、光照、培養(yǎng)基，以及外部因素（外源激素）在試管薯形成過程中的調(diào)控進行綜述，為更好的優(yōu)化馬鈴薯試管薯生產(chǎn)技術(shù)中各項相關(guān)參數(shù)提供有效參考。

1 馬鈴薯試管薯形成對外部環(huán)境的響應(yīng)

1.1 馬鈴薯試管薯形成對環(huán)境溫度的響應(yīng)

環(huán)境溫度是馬鈴薯試管薯形成與生長發(fā)育重要的環(huán)境因子之一，研究表明在相同光照條件下，溫度過高或過低都不利于試管薯的形成，溫度15～18℃時對馬鈴薯試管薯的形成較為適宜[1-2]。在變換溫度處理時，光照下24℃，黑暗下18℃處理的試管薯形成較快、數(shù)量較多、總結(jié)薯質(zhì)量也較大，其次為光照下20℃、黑暗下18℃處理，但是不同馬鈴薯基因型存在有輕微的差異。該試驗同時表明24℃恒溫培養(yǎng)反而不利于馬鈴薯試管薯的形成[3]。另有研究認為，馬鈴薯試管薯誘導(dǎo)階段適當?shù)牡蜏赜欣谄湫纬蒣4]，趙佐敏發(fā)現(xiàn)試管薯的最適誘導(dǎo)溫度為18℃，但對于溫度變換培養(yǎng)處理，試管薯誘導(dǎo)階段的溫度控制還有待進一步研究。另有學者的研究表明，當溫度達到30℃時可使金冠、會順88、大西洋這3個品種的試管薯形成受到不同程度的抑制，其中大西洋這一品種的抑制程度最強[5]。隨著研究的不斷深入，研究者們還發(fā)現(xiàn)不同馬鈴薯基因型對試管薯形成的環(huán)境溫度敏感度不同。

環(huán)境溫度對試管薯的生長發(fā)育也存在顯著影響。蔣從蓮等發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯試管薯形成后，溫度20℃左右時長勢最好，但當環(huán)境溫度低于15℃時不利于試管薯數(shù)量、試管薯質(zhì)量的增加。張武等研究發(fā)現(xiàn)，在18℃左右，同時置于較弱散射光照條件下試管薯的形成與生長發(fā)育最有利，而且試管薯單薯質(zhì)量較大。

1.2 馬鈴薯試管薯的形成對光照條件的響應(yīng)

光照條件是馬鈴薯試管薯形成與發(fā)育的另一重要影響因素，具體可從光照強度、光周期及光質(zhì)三個方面來影響試管薯的形成。在光照強度的研究方面，有學者提出在光照強度較弱的散射光（光照強度約100 Lx）培養(yǎng)條件下試管薯形成比率比完全黑暗及光照強度較強的散射（光照強度約300 Lx）培養(yǎng)條件下結(jié)薯率和大薯比例更高[6]。金明石等人研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯試管苗在完全黑暗條件下培養(yǎng)可使試管薯提早形成，而且結(jié)薯位置相對集中，但是不利于試管薯單薯質(zhì)量及總薯質(zhì)量的增加，而與處于8 h/d的散射光（500～1000 Lx）照射條件培養(yǎng)相比，馬鈴薯試管薯的總結(jié)薯質(zhì)量和大薯比率均有增加[7]。劉玲玲等認為，完全黑暗條件下培養(yǎng)比長日照條件下培養(yǎng)的馬鈴薯試管薯形成更早，而且結(jié)薯數(shù)量更多，大薯率也更高，這可能是因為完全黑暗條件下培養(yǎng)馬鈴薯試管薯對其內(nèi)源激素BA3的形成更有利，從而促使馬鈴薯的生長發(fā)育由地上部生長轉(zhuǎn)向地下部塊莖的生長[8]。相關(guān)研究人員同時也發(fā)現(xiàn)，雖然完全黑暗條件下培養(yǎng)是促使試管薯形成必不可少的外界條件，但是長期在完全黑暗條件下培養(yǎng)可引起馬鈴薯試管苗的莖葉黃化，進而不利于試管薯的產(chǎn)生[8-9]。因此，應(yīng)該盡量避免在完全黑暗條件下培養(yǎng)，少量的弱光照射更有利于試管薯的誘導(dǎo)。

光質(zhì)條件對作物組織培養(yǎng)過程中的形態(tài)建成起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用[9]。常宏等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在紅光照射條件下培養(yǎng)馬鈴薯試管苗，其葉片的凈光合速率、可溶性糖含量以及生物量均比藍光和白光照射條件下的處理高；藍光更有利于促進馬鈴薯試管苗干物質(zhì)含量的積累，同時能提早馬鈴薯試管苗的結(jié)薯時間和結(jié)薯數(shù)量，但是藍光照射抑制馬鈴薯試管苗生長。因此，馬鈴薯試管苗的壯苗階段應(yīng)采取紅光照射培養(yǎng)，試管薯的誘導(dǎo)階段應(yīng)采用藍光照射，這樣更有利于馬鈴薯試管薯結(jié)薯的提前和產(chǎn)量的增加。

光周期對馬鈴薯試管薯影響的研究表明，馬鈴薯試管薯誘導(dǎo)階段應(yīng)盡可能采取分階段培養(yǎng)的方法，具體應(yīng)先對培養(yǎng)健壯的馬鈴薯試管苗放置于完全黑暗環(huán)境下21～28 d，目的是促進馬鈴薯試管薯的形成及試管薯數(shù)量的增加；接下來將馬鈴薯試管苗放置于弱光條件下進行（100～300 Lx）誘導(dǎo)，目的是提高馬鈴薯試管薯的總薯質(zhì)量以及試管薯的平均直徑[11]。吳京姬等[12]研究發(fā)現(xiàn)，采取分階段培養(yǎng)的方法，在完全黑暗條件下培養(yǎng)14 d后放入自然光照的條件下繼續(xù)培養(yǎng)，這樣可有效提高馬鈴薯試管薯的總產(chǎn)量。也有學者研究發(fā)現(xiàn)，在完全黑暗條件下或較短日照條件下進行馬鈴薯試管薯的誘導(dǎo)培養(yǎng)，馬鈴薯試管薯的數(shù)量、平均單薯質(zhì)量均明顯高于長日照條件下的處理，且短日照條件較完全黑暗條件培養(yǎng)的馬鈴薯試管薯其結(jié)薯量有較為明顯的增加，這說明短日照條件對試管薯的形成更為有利[13]。柳俊等的研究也表明，在完全黑暗條件下培養(yǎng)馬鈴薯試管薯可促進其匍匐莖的產(chǎn)生，隨后進行短日照條件下的培養(yǎng)可促進塊莖的膨大[14]。

1.3 馬鈴薯試管薯形成對不同培養(yǎng)基的響應(yīng)

培養(yǎng)基可以說是馬鈴薯試管苗生長發(fā)育的“土壤”，所以馬鈴薯試管薯培養(yǎng)基的配方以及培養(yǎng)基的類型對試管苗生長發(fā)育、試管薯形成及最終產(chǎn)量均有直接影響。吳秋云等的研究表明，液體培養(yǎng)基相比于固體培養(yǎng)基更加有利于促進馬鈴薯試管薯的形成，同時生產(chǎn)出的試管薯品質(zhì)好、產(chǎn)量高。分析其原因這也許是液體培養(yǎng)基相比于固體培養(yǎng)基更有利于營養(yǎng)物質(zhì)的擴散分布，更有利于馬鈴薯試管薯在發(fā)育過程中對養(yǎng)分的吸收[15]。帥正彬等[16]的研究以液體和“固體+液體”的兩種培養(yǎng)方式誘導(dǎo)馬鈴薯試管薯的形成，結(jié)果表明馬鈴薯液體培養(yǎng)基條件下的試管薯誘導(dǎo)效率明顯高于“固體+液體”培養(yǎng)基的培養(yǎng)方式。

培養(yǎng)基配方研究結(jié)果表明，馬鈴薯試管薯的誘導(dǎo)培養(yǎng)基（MS+6-BA）中加入80 g/L蔗糖處理對試管薯的誘導(dǎo)效果最顯著，液態(tài)培養(yǎng)基比固態(tài)培養(yǎng)基效果更好[17]。在研究中人們也發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)基中不同濃度蔗糖對馬鈴薯試管薯的誘導(dǎo)效果差異顯著，在MS培養(yǎng)基+8%白糖處理下，試管薯的誘導(dǎo)效果處于最佳狀態(tài)，無論是結(jié)薯數(shù)量、平均鮮質(zhì)量，還是大薯率均極顯著高于其他濃度的處理[18]。

2 外源激素對馬鈴薯試管薯形成的調(diào)控

植物生長調(diào)節(jié)劑一直都是馬鈴薯試管薯誘導(dǎo)培養(yǎng)基中的重要成分，植物生長調(diào)節(jié)劑通過調(diào)節(jié)馬鈴薯的代謝而改變其正常生長過程，可誘導(dǎo)處于旺盛生長的試管苗誘導(dǎo)形成試管薯。

目前，對于馬鈴薯植物生長調(diào)節(jié)劑的研究主要集中在B9、6-BA、CCC以及IAA/GA等方面。其中，B9作為植物生長延緩劑，具有延緩匍匐莖伸長，促進試管薯形成的作用[19]。6-BA作為一種馬鈴薯試管薯誘導(dǎo)劑具有穩(wěn)定、廉價等特點，但其對試管薯的誘導(dǎo)效率因基因型不同而有較大差異。連勇等人的研究發(fā)現(xiàn)，6-BA的添加有利于試管薯誘導(dǎo)質(zhì)量和數(shù)量的增加，但是在相同環(huán)境條件下，隴薯3號試管薯塊平均直徑、誘導(dǎo)的成功率較大西洋高[20]。CCC作為一種抗赤霉素類生長調(diào)節(jié)劑，能夠直接影響糖類代謝中酶的活性，進而影響馬鈴薯試管薯的形成。蔣從蓮等研究表明，馬鈴薯試管薯誘導(dǎo)時使用6-BA的誘導(dǎo)效果沒有使用CCC明顯[21]，這也為馬鈴薯試管薯誘導(dǎo)提供了更好地選擇方案。IAA能促進馬鈴薯的生長[22]，而GA卻能抑制馬鈴薯試管薯的形成，同時減少試管薯形成的數(shù)量[23-24]。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)IAA與GA濃度的比值，對馬鈴薯試管苗生長及試管薯形成均具有明顯的調(diào)控作用[25-30]。

3 展望

國內(nèi)外學者對試管薯的形成做了大量的研究，形成了諸多理論成果，不僅加快了馬鈴薯試管薯的繁育進程，而且為馬鈴薯種質(zhì)資源保存、交換、品種選育等方面做出了突出貢獻。但是，馬鈴薯試管薯在生產(chǎn)實踐中還沒有得到廣泛的應(yīng)用。因此借鑒發(fā)達國家眾多學者的研究成果，針對馬鈴薯生產(chǎn)實踐需要，未來幾年試管薯的研究應(yīng)著重考慮以下幾個方面：一是，由于馬鈴薯種質(zhì)資源豐富，不同熟期馬鈴薯試管薯的形成對環(huán)境條件要求也存在較大差異。因此，對馬鈴薯試管薯的研究應(yīng)充分考慮品種的熟期特性，研究馬鈴薯試管薯誘導(dǎo)的共性技術(shù)和不同熟期品種的專用方法。二是，目前馬鈴薯試管薯誘導(dǎo)技術(shù)耗時較長，成本較高，在實踐生產(chǎn)中難以得到很好的應(yīng)用。因此，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有的相關(guān)研究成果，從環(huán)境調(diào)控和培養(yǎng)基配方等方面做進一步探索研究，逐步提高試管薯誘導(dǎo)效率，降低試管薯生產(chǎn)成本，從而優(yōu)化馬鈴薯試管薯的生產(chǎn)技術(shù)。三是，馬鈴薯試管薯形成過程中外源激素起著至關(guān)重要的作用，而馬鈴薯試管薯形成的外源激素調(diào)控機理較為復(fù)雜。因此，應(yīng)對馬鈴薯試管薯形成的外激素調(diào)控機理進一步研究，通過添加外源激素為改進馬鈴薯試管薯誘導(dǎo)技術(shù)提供相關(guān)理論依據(jù)。

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