马铃薯试管苗的高效培养和试管薯诱导

金 建 钧, 刘 志 文

( 大连工业大学 生物工程学院, 辽宁 大连 116034 )

0 引 言

马铃薯是仅次于小麦,水稻和玉米的世界上第四大粮食作物[1-2]。马铃薯的退化是影响世界和我国马铃薯产业发展的重要因素之一[3]。利用植物组织培养技术的原理形成的马铃薯脱毒技术是解决马铃薯退化的主要措施,此技术已成为促进发展马铃薯生产的主要途径[4-5]。脱毒技术的应用推广为马铃薯产业的提升、种薯生产工艺的发展及种薯种性提高发挥了重要作用。目前生产上脱毒试管苗的快繁和试管薯诱导存在诸多问题,如工艺复杂、成本高、工期管理程序繁杂、扩繁速度慢、夏季污染率高以及移栽苗成活率低等,这些已成为马铃薯脱毒技术推广应用的主要限制因素[6-7]。作者通过实验总结出在室温条件下操作简便、生长周期短的马铃薯试管苗和试管薯的高效培养和诱导技术。

1 材料和方法

1.1 材 料

经过茎尖脱毒培养的荷兰薯小苗,由大连工业大学生物工程学院供种。

1.2 方 法

1.2.1 室温条件下单一激素对试管苗的影响

将预先处理的植株按生长点切成约1 cm小段,分别接种于含4种不同激素(GA3、CCC、IAA、PP333)的MS生长培养基上(0.8%琼脂粉+3%蔗糖,pH 5.8)，并置于100 mL三角瓶中,每瓶接种1个切段。激素均采用0.1、0.5、1.0和1.5 mg/L 4种不同质量浓度。

小苗置于室温条件下培养,室温平均温度(25±2) ℃。每周观察并记录马铃薯植株的株高、叶片数和根条数等性状,进行生长情况比较。

1.2.2 试管薯的诱导培养

选取长势良好的试管苗进行同批次不同生长条件的种薯诱导研究。将切段转接至结薯培养基上,采用室温[平均温度(25±2) ℃]、弱光(23 ℃,1 000 lx,光照时间24 h/d)和黑暗(22 ℃)3种培养方式。

结薯培养基设计为4种,第1种为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种不同质量浓度。第2种培养基在第1种基础上将蔗糖质量分数设为5%,其余不变。第3种培养基将第1种培养基中6-BA换成质量浓度为0.1 mg/L的IAA,第4种培养基在第3种基础上将蔗糖质量分数设为5%,其余不变。

2 结果与分析

2.1 不同激素对苗生长的影响

由表1中根、茎和叶3种表型值与植株长势可知,GA3是4种激素中效果最优的。形态结果分析表明，其根长是所有植株中最长的,3周后基本可覆盖三角瓶底部。小苗叶片大小适中,茎部粗细均匀,不同浓度中其叶片数量较为平均，株高变化不大。当GA3质量浓度小于1.0 mg/L,培养至第4周株高差异不大,质量浓度为1.5 mg/L时植株高度明显升高,表明GA3质量浓度升高对试管苗的株高有较强的促进作用。应用质量浓度范围在0.1～1.0 mg/L较为适宜。

IAA质量浓度为0.1～0.5 mg/L时马铃薯试管小苗根系呈发散状生长,多为短根,根条数呈下降趋势。植株茎部翠绿粗壮,叶片较大,株高呈上升趋势,植株总体生长状态良好。质量浓度为1.0 mg/L时植株矮化,根系为短粗发散状根系,叶片相对较小,且植株不再长高。质量浓度为1.5 mg/L时马铃薯试管苗分别向正常植株、矮状株和愈伤组织株3种形态发展,其中正常形态的植株叶片数量有所增加,植株生长状态良好。矮状株株高较质量浓度为1.0 mg/L时有所提高,根条数量增多，愈伤组织株前3周与正常形态植株表型一致。由于高浓度IAA对马铃薯试管苗有不利影响,因此其应用质量浓度范围在0.1～0.5 mg/L较为适宜。

含CCC的试管苗植株矮小,根系发育不良,叶片较小,茎部纤细,部分试管苗因茎部较软而无法直立生长,植株颜色偏黄,叶片有枯萎趋势,结果表明CCC抑制了试管苗的生长。

PP333培养的马铃薯小苗植株矮化,茎部生长缓慢,叶片数量较多,但多为小叶片,根部发育不完全，导致部分植株死亡,表明PP333不宜作为促进马铃薯试管苗生长的激素使用。

表1 添加GA3、IAA、CCC和PP333的培养基对马铃薯试管苗的效果

2.2 培养方式对试管薯形成的影响

第2、3、4种培养基在室温、弱光及黑暗条件下均不能诱导试管薯形成，其中第2、4种试管苗生长缓慢,部分试管苗因根系无法形成从而导致小苗的死亡,表明蔗糖含量的升高反而会抑制马铃薯试管苗根系形成,延缓植株生长。

第1、3种培养基中,6-BA和IAA的生理作用不同,使试管苗呈不同趋势生长，IAA的培养基中试管苗无法诱导形成试管薯。在含有IAA的第3种培养基中,试管苗根部的根条数量多,但均为短状根，而含6-BA的试管苗根部根条数量多,根条较长(图1)。2种配方培养后的马铃薯植株枝叶长势均良好,枝叶茂盛。含有IAA的试管苗高度较高，茎部较粗,生长3周后平均高度基本超越三角瓶口,部分植株基部虽有膨大趋势,但继续培养至第3、4周时,仍无法结薯。第1种培养基试管苗平均高度低于第3种培养基,试管苗经培养2～3周后,植株基部或侧枝处有球形试管薯形成。马铃薯根部和茎部生长情况是马铃薯试管种薯是否产生的2个重要条件,马铃薯根部生长状况不佳将导致植株对培养基营养吸收不利最终无法形成试管薯,马铃薯茎部生长过长导致根部吸收的所有营养物质仅用于维持植株自身新陈代谢最终也使试管薯无法形成。

图1 结薯培养基比较图

结果表明，结薯培养基使用MS+NAA 0.1 mg/L+6-BA 0.1 mg/L+GA30.5 mg/L在室温条件下结薯率最高,可达90%～95%,试管薯较大,平均直径超过1 cm，质量可达3～4 g，外形圆形，形态好，是较理想的商品小种薯(图2)。

图2 GA3质量浓度对试管薯的影响

3 结 论

GA3与IAA对马铃薯试管苗生长有促进作用,是促进马铃薯试管苗生长的较优激素。单一使用激素GA3质量浓度在0.1～1.0 mg/L较为适宜,而IAA质量浓度在0.1～0.5 mg/L较为适宜。

在马铃薯试管薯诱导形成过程中,较高的糖分会抑制马铃薯试管苗根系的形成,导致试管苗生长缓慢,严重的会因根部无法形成而最终导致试管苗的死亡。室温条件下进行种薯的诱导时,植株高度不能过高,但根系必须发达,否则会影响试管微型薯的形成。采用MS+NAA 0.1 mg/L+6-BA 0.1 mg/L+GA30.5 mg/L在室温条件下培养,结薯率最高,试管薯直径最大，质量最大，形态最理想。

[1] 马雪青,王永刚,周贤婧,等. 马铃薯病毒的检测技术[J]. 安徽农业科学, 2010, 38(6) :2994-2995.

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[3] 石晓云,王僧虎,张雪辉,等. 马铃薯茎尖脱毒及组培快繁工作流程[J]. 现代农村科技, 2010(7):39.

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[7] 柳永强,王一航,高彦萍. 马铃薯移栽苗剪插快繁脱毒微型种薯技术[J]. 长江蔬菜, 2010(7):13-14.