光暗條件下蔗糖和大量元素對(duì)蘭州百合鱗莖生長的影響

尹燕　楊道蘭　梁玉文　馮煒弘　牛慧婷　李愛兵

摘要：為了探究蘭州百合試管鱗莖膨大培養(yǎng)基最佳配方和培養(yǎng)條件，解決試管苗移栽成活率低的問題，以蘭州百合鱗片誘導(dǎo)形成的小鱗莖為試驗(yàn)材料，研究光暗不同培養(yǎng)條件下蔗糖和大量元素對(duì)蘭州百合試管鱗莖生長和膨大的影響。在光照（12 h/d光照）和黑暗（24 h/d黑暗）條件下，設(shè)置不同質(zhì)量濃度蔗糖（90 g/L、120 g/L、150 g/L）和不同濃度的大量元素（MS、2MS、3MS）組合處理，培養(yǎng)60 d后測定其鱗莖直徑、鮮重、葉長等相關(guān)指標(biāo)。結(jié)果表明，蔗糖和大量元素均對(duì)蘭州百合試管鱗莖生長和膨大有顯著的影響，且兩者存在顯著的交互作用，光照條件下鱗莖生長指數(shù)和鱗莖鮮重百分比均大于黑暗條件。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，推薦適合蘭州百合鱗莖膨大的組合為2MS+蔗糖120 g/L+NAA 0.2 mg/L，培養(yǎng)條件為1 500～2 000 lx下光照12 h/d。

關(guān)鍵詞：蘭州百合；試管鱗莖；膨大；蔗糖；大量元素；光周期

中圖分類號(hào)：S644.1? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2097-2172（2023）03-0254-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.03.012

Abstract： In order to explore the optimal medium formula and conditions for Lanzhou Lily （Lilium davidii var. unicolor） bulb enlargement in vitro， and to address theissue of low survival rate of tube seedling transplantation， the effects of sucrose and macro elements on bulb growth and enlargement of Lanzhou Lily in vitro were researched under different cultural conditions and the bulblets of Lanzhou Lily induced by scales were selected as experimental materials. The experiments were conducted using three different concentrations of sucrose（90 g/L， 120 g/L， 150 g/L） and different concentrations of macro element（MS， 2MS， 3MS） under the conditions of light （12 h/d light） and dark（24 h/d dark） and morphological indexes such as diameter， fresh weight， length of bulblets were measured after 60 d of culture. The results showed that sucrose and macro elements had significant effects on the growth and enlargement of in vitro bulblets， furthermore， there was a significant interaction between them. The growth index and percentage of bulb fresh weight under light condition were higher than those under dark condition. According to the actual production situation， the suitable combination for bulb enlargement of Lanzhou Lily was 2MS plus 120 g/L sucrose plus 0.2 mg/L NAA， and the illumination intensity was 1 500 to 2 000 lx for 12 h/d.

Key words：? Lilium davidii var. unicolor; Bulblet in vitro; Enlargement; Sucrose; Macro element; Photoperiod

蘭州百合（Lilium davidii var. unicolor）為百合科百合屬球根植物，是川百合的一個(gè)變種［1 ］，因其高的含糖量、獨(dú)特的風(fēng)味，成為我國三大主栽食用百合品系中的佼佼者［2 - 3 ］，先后被認(rèn)定為我國地理標(biāo)志產(chǎn)品和甘肅省名優(yōu)特產(chǎn)［4 - 5 ］。近年來，隨著百合產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，種植面積逐步擴(kuò)大，進(jìn)而對(duì)百合種球的需求量和質(zhì)量也提出了新的要求［6 ］。在實(shí)際生產(chǎn)中，蘭州百合仍采用傳統(tǒng)的農(nóng)戶自留種繁育方法，存在繁殖系數(shù)低、易感染病毒、病毒逐年積累等一系列問題［7 ］，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量低、品種退化嚴(yán)重、千字頭多、黃化嚴(yán)重等一系列種性退化現(xiàn)象的發(fā)生。通過組織培養(yǎng)技術(shù)可大大地提高繁殖系數(shù)和加快品種培育，但在生產(chǎn)中也存在試管苗長勢弱、移栽成活率低等問題［8 ］。通過對(duì)培養(yǎng)條件的改善，不斷使其鱗莖膨大，可有效地起到壯苗和提高移栽成活率的作用［9 - 10? ］。

研究表明，一定質(zhì)量濃度的蔗糖和大量元素均可促進(jìn)百合鱗莖的膨大［8，11 ］。在蘭州百合方面也有相關(guān)報(bào)道，秦新惠等［7 ］研究了蔗糖、活性炭等單因子或多因子組合對(duì)蘭州試管鱗莖膨大的影響，表明蔗糖等因子均對(duì)試管鱗莖膨大有一定的促進(jìn)作用；?；坻玫龋?2 ］研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的大量元素和蔗糖均有利于促進(jìn)蘭州百合試管鱗莖的膨大，但未對(duì)大量元素和蔗糖的組合處理進(jìn)行研究。

光周期對(duì)百合試管鱗莖的誘導(dǎo)和膨大的影響在野生卷丹、瀘定百合及東方百合“Siberia” 等［13 - 15 ］已有相關(guān)研究，但關(guān)于光周期對(duì)蘭州百合試管鱗莖的生長和膨大未見相關(guān)報(bào)道。我們以蘭州百合鱗片誘導(dǎo)形成的百合小鱗莖為試驗(yàn)材料，研究在不同的光照培養(yǎng)條件下大量元素與蔗糖組合處理對(duì)百合鱗莖生長和膨大的影響，旨在尋找蘭州百合試管鱗莖膨大的最佳配方和培養(yǎng)條件，解決試管苗移栽成活率低的問題，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蘭州百合種球提供技術(shù)支持。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)材料

蘭州百合采自蘭州市七里河區(qū)西果園鎮(zhèn)堡子村。以蘭州百合鱗片作為外植體，將經(jīng)過叢芽誘導(dǎo)、叢芽增殖的叢芽體接種于MS+NAA 0.2 mg/L+蔗糖90 g/L +瓊脂5 g/L的培養(yǎng)基中誘導(dǎo)形成的小鱗莖（平均直徑4 mm左右，平均鮮重0.2 g左右）為供試材料。

1.2? ?試驗(yàn)方法

1.2.1? ? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)? ? 采用雙因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)。因素1為大量元素濃度，設(shè)MS、2MS、3MS 3個(gè)處理，分別記為A1、A2、A3；因素2為蔗糖濃度，設(shè)90、120、150 g/L 3個(gè)處理，分別記為B1、B2、B3。

將誘導(dǎo)形成的小鱗莖在無菌條件下分割成單獨(dú)的小鱗莖，切取上部的葉和下部的根后接種在均含NAA 0.2 mg/L的9種培養(yǎng)基上（表1），分別置于光照12 h/d、黑暗24 h/d，光照強(qiáng)度為1 500～? 2 000 lx，溫度（25±2）℃條件下進(jìn)行試管鱗莖的膨大培養(yǎng)。每處理30瓶，每瓶接種6個(gè)小鱗莖。

1.2.2? ? 指標(biāo)測定? ? 培養(yǎng)60 d后，從培養(yǎng)瓶中取出組培苗，在自來水下沖去培養(yǎng)基，瀝干水分后稱其總鮮重，同時(shí)測量葉長、根長、根粗及根數(shù)。再去除葉和根后測定鱗莖鮮重、鱗莖直徑。每水平觀測10株，重復(fù)3次，求平均值，計(jì)算生長指數(shù)［14 ］、鱗莖鮮重百分比［13 ］。

生長指數(shù)（%）=［（鱗莖鮮重-鱗莖初始鮮重）/鱗莖初始鮮重］×100%

鱗莖鮮重百分比（%）=（鱗莖鮮重/試管苗總鮮重）×100%

1.2.3? ? 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析? ? 試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2010和SPSS16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用塔姆黑尼法進(jìn)行分析比較。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?光照條件下蔗糖和大量元素組合處理對(duì)百合鱗莖生長和膨大的影響

由表2和圖1可知，在光照條件下，蔗糖和大量元素組合處理對(duì)蘭州百合試管鱗莖的生長和膨大有顯著影響。

隨著大量元素濃度的增加，鱗莖生長指數(shù)顯著提高，其中3MS和2MS處理分別比MS處理提高了59.91%、75.34%；鱗莖鮮重百分比顯著提高，3MS和2MS處理分別比MS處理提高了97.90%、22.92%；鱗莖鮮重、鱗莖直徑均呈明顯上升趨勢，大量元素濃度為3MS時(shí)鱗莖鮮重及直徑分別達(dá)到了最大值；根長、根粗、根數(shù)顯著下降，均未觀察到生根現(xiàn)象的發(fā)生；葉長表現(xiàn)為降低的趨勢，MS和2MS處理時(shí)，葉長無顯著差異，而大量元素濃度增至3MS時(shí)葉長減小至MS的74.20%。

隨著蔗糖質(zhì)量濃度的不斷增加，鱗莖生長指數(shù)顯著提高，但150 g/L和120 g/L蔗糖處理間差異不顯著，分別比90 g/L蔗糖處理提高了49.73%和55.98%。鱗莖鮮重百分比顯著提高，150 g/L和120 g/L蔗糖處理分別比90 g/L蔗糖處理提高了76.37%和57.12%。鱗莖鮮重、鱗莖直徑均呈明顯上升趨勢，150 g/L蔗糖處理下鱗莖鮮重及直徑分別比90 g/L蔗糖處理提高了50.93%和37.18%。根長逐漸下降，90 g/L蔗糖和120 g/L蔗糖處理間差異不顯著；根粗表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，90g/L蔗糖和150 g/L蔗糖處理間差異不顯著。根數(shù)逐步下降，90 g/L和120 g/L蔗糖處理間差異不顯著。

由主效應(yīng)和交互作用方差分析（表3）可知，在光照培養(yǎng)條件下蔗糖濃度和大量元素濃度存在顯著的交互作用，更多地表現(xiàn)為協(xié)同作用。綜合考慮生產(chǎn)實(shí)際，將A2B2處理作為光照條件下蘭州百合試管鱗莖膨大的最佳組合。

2.2? ?黑暗條件下蔗糖和大量元素組合處理對(duì)百合鱗莖生長和膨大的影響

由表4和圖2可知，在黑暗條件下，蔗糖和大量元素組合處理對(duì)蘭州百合試管鱗莖的生長和膨大影響顯著。

隨著大量元素濃度的增加，鱗莖生長指數(shù)顯著提高，其中3MS和2MS處理分別比MS處理提高了141.63%、89.15%；鱗莖鮮重百分比逐步提高， MS和2MS處理間差異不顯著，當(dāng)大量元素濃度為3MS時(shí)達(dá)到了最大值，比MS處理提高了114.85%；鱗莖直徑呈明顯上升趨勢，MS和2MS處理間差異不顯著，大量元素濃度為3MS時(shí)鱗莖直徑達(dá)到了最大值，比MS處理提高了22.04%；根長、根數(shù)、根粗均呈現(xiàn)下降趨勢，大量元素濃度達(dá)到3MS時(shí)均未觀察到生根現(xiàn)象的發(fā)生；葉長先升高后降低，在大量元素濃度為2MS時(shí)，葉長達(dá)到最大值。

隨著蔗糖質(zhì)量濃度增加，鱗莖生長指數(shù)顯著提高， 150、120 g/L蔗糖處理間差異不顯著，分別比90 g/L蔗糖處理提高了41.94%、34.78%；鱗莖鮮重百分比顯著提高，150、120 g/L蔗糖處理分別比90 g/L蔗糖處理提高了65.00%、29.15%；鱗莖直徑不斷增加， 150、120 g/L蔗糖處理間差異不顯著，分別比90 g/L蔗糖處理提高了8.35%、8.89%；根長和根粗均呈下降趨勢，90 g/L蔗糖和120 g/L蔗糖處理間差異不顯著；根數(shù)表現(xiàn)為各處理間間差異不顯著。

由主效應(yīng)和交互作用方差分析（表5）可知，在暗培養(yǎng)下，蔗糖濃度和大量元素濃度存在顯著的交互作用，更多地表現(xiàn)為協(xié)同作用。從實(shí)際生產(chǎn)角度考慮，可將A2B2處理作為蘭州百合試管鱗莖膨大的最佳組合，因此，可將2MS與蔗糖120 g/L結(jié)合處理作為黑暗條件下蘭州百合試管鱗莖膨大的最佳組合。

2.3? ?光暗不同培養(yǎng)條件下蔗糖和大量元素組合處理對(duì)試管鱗莖膨大影響的比較

通過對(duì)前述試驗(yàn)篩選出的最佳組合A2B2的鱗莖生長指數(shù)進(jìn)行比較，由圖3可知，在光照條件下，鱗莖生長指數(shù)比黑暗條件下提高了31.73%。因此最終確定適合蘭州百合試管小鱗莖膨大的最佳條件為：2MS+蔗糖120 g/L +NAA 0.2 mg/L，培養(yǎng)條件為1 500～2 000 lx的下光照12 h/d。

3? ?討論與結(jié)論

蔗糖作為碳水化合物輸送最主要的形式，在植物組織培養(yǎng)中發(fā)揮著重要的作用［15 ］。本研究表明，無論在光照還是黑暗條件下，隨著蔗糖濃度的增加，鱗莖生長指數(shù)、鱗莖鮮重百分比均不斷提高。這與王愛勤等［11 ］、張潔等［16 ］的研究結(jié)果基本一致。但張延龍［8 ］和劉清波等［17 ］的研究表明，適當(dāng)提高蔗糖濃度可促進(jìn)百合鱗莖的增重，促進(jìn)鱗莖的膨大，而較高濃度蔗糖則會(huì)產(chǎn)生一定的抑制作用。這些研究結(jié)果均表明高質(zhì)量濃度的蔗糖有利于百合鱗莖膨大，但所需蔗糖濃度可能與試驗(yàn)材料及培養(yǎng)條件有關(guān)。

研究表明，無論是在光照還是在黑暗條件下，隨著大量元素濃度的增加，鱗莖生長指數(shù)和鱗莖鮮重百分比都顯著增加，鱗莖直徑和鮮重也都不斷增加。這可能是由于隨著鱗莖的不斷膨大，高濃度的大量元素能為其提供生長所需的養(yǎng)分，從而促進(jìn)了鱗莖的生長和膨大，這與張潔等［16 ］、張延龍等［8 ］的研究結(jié)果基本一致。但趙海濤［15 ］在研究東方百合“Siberia”試管鱗莖發(fā)育時(shí)，認(rèn)為在黑暗條件下，2MS處理得鱗莖膨大效果好，但畸形現(xiàn)象嚴(yán)重；在光照條件下，鱗莖重量與大量元素濃度呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。造成這種差異的原因可能是試驗(yàn)材料和培養(yǎng)條件不同所致。因此，在對(duì)不同的百合品種，甚至是同一品種在不同的條件下培養(yǎng)時(shí)所需大量元素有所差異，應(yīng)通過多因素試驗(yàn)選擇合適的培養(yǎng)基。

本研究表明，無論是在光照還是在黑暗條件下，隨著大量元素濃度的增加，根長、根數(shù)、根粗及葉長均呈下降趨勢，當(dāng)大量元素濃度增加至3MS時(shí)，均未觀察到根發(fā)生的現(xiàn)象。造成這種現(xiàn)象的原因可能是隨著大量元素濃度的增加，培養(yǎng)基中氮素含量不斷增加，而當(dāng)?shù)貪舛仍黾又烈欢ǔ潭葧r(shí)，對(duì)百合試管苗的根和葉產(chǎn)生了抑制作用。

本研究發(fā)現(xiàn)，光照條件下的鱗莖生長指數(shù)和鮮重百分比均高于黑暗條件。一方面可能是由于長時(shí)間的暗處理使光合作用受到阻礙，在一定程度上光合作用產(chǎn)物積累減少，進(jìn)而不利于試管鱗莖的膨大［13 ］；另一方面，可能是在光照條件下鱗莖更能適應(yīng)高質(zhì)量濃度的蔗糖，因光合作用的緣故，使培養(yǎng)基中更多的蔗糖被鱗莖吸收轉(zhuǎn)化為淀粉和CO2［18 ］，促其鱗莖不斷膨大。Kumar［18 ］研究發(fā)現(xiàn)在黑暗條件下東方百合“Star Gazer”誘導(dǎo)產(chǎn)生的小鱗莖鮮重達(dá)到了最大；趙海濤［15 ］研究表明，光照和黑暗條件對(duì)東方百合“Siberia”試管鱗莖的數(shù)量、重量及直徑均未產(chǎn)生顯著性差異；周玲云［14 ］在對(duì)瀘定百合試管鱗莖的膨大進(jìn)行研究時(shí)得出短日照（小于8 h/d）利于試管鱗莖的膨大。造成以上不同的研究結(jié)果的原因可能與所用試驗(yàn)材料有關(guān)。

綜上，蔗糖和大量元素均對(duì)蘭州百合試管鱗莖生長和膨大有顯著的影響，且兩者存在顯著的交互作用。光照條件下的鱗莖生長指數(shù)和鮮重百分比均大于黑暗條件。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，優(yōu)化出的適合蘭州百合鱗莖膨大的最佳組合為2MS+蔗糖120 g/L +NAA 0.2 mg/L，培養(yǎng)條件為1 500～2 000 lx光照12 h/d。

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