马铃薯试管薯形成因素的研究进展

2016-12-17梁俊梅贾立国秦永林石晓华樊明寿

北方农业学报 2016年4期

梁俊梅，贾立国，秦永林，石晓华，樊明寿

（1.内蒙古农业大学农学院，内蒙古呼和浩特 010000；2.内蒙古马铃薯繁育中心，内蒙古呼和浩特 010000）

马铃薯是中国第四大粮食作物且粮菜兼用，同时具有很高的营养价值。但由于马铃薯是无性繁殖作物，当其受到某些病毒侵染后可能出现逐代传递并且积累的情况，并逐步导致马铃薯出现植株矮化、叶色异常、长势减弱等退化现象，并最终导致马铃薯产量降低，品质下降。感染病毒和类病毒并引起退化的马铃薯，可通过茎尖剥离和组织培养获取无病毒的试管苗并进而诱导结薯，恢复其品种的原本特性。目前，利用组织培养技术生产试管薯的方法已处于应用阶段，但对诱导并最终形成试管薯所需环境条件的研究还存在不足之处。本文对马铃薯试管薯诱导形成的外部因素，如温度、光照、培养基，以及外部因素（外源激素）在试管薯形成过程中的调控进行综述，为更好的优化马铃薯试管薯生产技术中各项相关参数提供有效参考。

1 马铃薯试管薯形成对外部环境的响应

1.1 马铃薯试管薯形成对环境温度的响应

环境温度是马铃薯试管薯形成与生长发育重要的环境因子之一，研究表明在相同光照条件下，温度过高或过低都不利于试管薯的形成，温度15～18℃时对马铃薯试管薯的形成较为适宜[1-2]。在变换温度处理时，光照下24℃，黑暗下18℃处理的试管薯形成较快、数量较多、总结薯质量也较大，其次为光照下20℃、黑暗下18℃处理，但是不同马铃薯基因型存在有轻微的差异。该试验同时表明24℃恒温培养反而不利于马铃薯试管薯的形成[3]。另有研究认为，马铃薯试管薯诱导阶段适当的低温有利于其形成[4]，赵佐敏发现试管薯的最适诱导温度为18℃，但对于温度变换培养处理，试管薯诱导阶段的温度控制还有待进一步研究。另有学者的研究表明，当温度达到30℃时可使金冠、会顺88、大西洋这3个品种的试管薯形成受到不同程度的抑制，其中大西洋这一品种的抑制程度最强[5]。随着研究的不断深入，研究者们还发现不同马铃薯基因型对试管薯形成的环境温度敏感度不同。

环境温度对试管薯的生长发育也存在显著影响。蒋从莲等发现，马铃薯试管薯形成后，温度20℃左右时长势最好，但当环境温度低于15℃时不利于试管薯数量、试管薯质量的增加。张武等研究发现，在18℃左右，同时置于较弱散射光照条件下试管薯的形成与生长发育最有利，而且试管薯单薯质量较大。

1.2 马铃薯试管薯的形成对光照条件的响应

光照条件是马铃薯试管薯形成与发育的另一重要影响因素，具体可从光照强度、光周期及光质三个方面来影响试管薯的形成。在光照强度的研究方面，有学者提出在光照强度较弱的散射光（光照强度约100 Lx）培养条件下试管薯形成比率比完全黑暗及光照强度较强的散射（光照强度约300 Lx）培养条件下结薯率和大薯比例更高[6]。金明石等人研究发现，马铃薯试管苗在完全黑暗条件下培养可使试管薯提早形成，而且结薯位置相对集中，但是不利于试管薯单薯质量及总薯质量的增加，而与处于8 h/d的散射光（500～1000 Lx）照射条件培养相比，马铃薯试管薯的总结薯质量和大薯比率均有增加[7]。刘玲玲等认为，完全黑暗条件下培养比长日照条件下培养的马铃薯试管薯形成更早，而且结薯数量更多，大薯率也更高，这可能是因为完全黑暗条件下培养马铃薯试管薯对其内源激素BA3的形成更有利，从而促使马铃薯的生长发育由地上部生长转向地下部块茎的生长[8]。相关研究人员同时也发现，虽然完全黑暗条件下培养是促使试管薯形成必不可少的外界条件，但是长期在完全黑暗条件下培养可引起马铃薯试管苗的茎叶黄化，进而不利于试管薯的产生[8-9]。因此，应该尽量避免在完全黑暗条件下培养，少量的弱光照射更有利于试管薯的诱导。

光质条件对作物组织培养过程中的形态建成起着至关重要的调节作用[9]。常宏等[10]研究发现，在红光照射条件下培养马铃薯试管苗，其叶片的净光合速率、可溶性糖含量以及生物量均比蓝光和白光照射条件下的处理高；蓝光更有利于促进马铃薯试管苗干物质含量的积累，同时能提早马铃薯试管苗的结薯时间和结薯数量，但是蓝光照射抑制马铃薯试管苗生长。因此，马铃薯试管苗的壮苗阶段应采取红光照射培养，试管薯的诱导阶段应采用蓝光照射，这样更有利于马铃薯试管薯结薯的提前和产量的增加。

光周期对马铃薯试管薯影响的研究表明，马铃薯试管薯诱导阶段应尽可能采取分阶段培养的方法，具体应先对培养健壮的马铃薯试管苗放置于完全黑暗环境下21～28 d，目的是促进马铃薯试管薯的形成及试管薯数量的增加；接下来将马铃薯试管苗放置于弱光条件下进行（100～300 Lx）诱导，目的是提高马铃薯试管薯的总薯质量以及试管薯的平均直径[11]。吴京姬等[12]研究发现，采取分阶段培养的方法，在完全黑暗条件下培养14 d后放入自然光照的条件下继续培养，这样可有效提高马铃薯试管薯的总产量。也有学者研究发现，在完全黑暗条件下或较短日照条件下进行马铃薯试管薯的诱导培养，马铃薯试管薯的数量、平均单薯质量均明显高于长日照条件下的处理，且短日照条件较完全黑暗条件培养的马铃薯试管薯其结薯量有较为明显的增加，这说明短日照条件对试管薯的形成更为有利[13]。柳俊等的研究也表明，在完全黑暗条件下培养马铃薯试管薯可促进其匍匐茎的产生，随后进行短日照条件下的培养可促进块茎的膨大[14]。

1.3 马铃薯试管薯形成对不同培养基的响应

培养基可以说是马铃薯试管苗生长发育的“土壤”，所以马铃薯试管薯培养基的配方以及培养基的类型对试管苗生长发育、试管薯形成及最终产量均有直接影响。吴秋云等的研究表明，液体培养基相比于固体培养基更加有利于促进马铃薯试管薯的形成，同时生产出的试管薯品质好、产量高。分析其原因这也许是液体培养基相比于固体培养基更有利于营养物质的扩散分布，更有利于马铃薯试管薯在发育过程中对养分的吸收[15]。帅正彬等[16]的研究以液体和“固体+液体”的两种培养方式诱导马铃薯试管薯的形成，结果表明马铃薯液体培养基条件下的试管薯诱导效率明显高于“固体+液体”培养基的培养方式。

培养基配方研究结果表明，马铃薯试管薯的诱导培养基（MS+6-BA）中加入80 g/L蔗糖处理对试管薯的诱导效果最显著，液态培养基比固态培养基效果更好[17]。在研究中人们也发现，培养基中不同浓度蔗糖对马铃薯试管薯的诱导效果差异显著，在MS培养基+8%白糖处理下，试管薯的诱导效果处于最佳状态，无论是结薯数量、平均鲜质量，还是大薯率均极显著高于其他浓度的处理[18]。

2 外源激素对马铃薯试管薯形成的调控

植物生长调节剂一直都是马铃薯试管薯诱导培养基中的重要成分，植物生长调节剂通过调节马铃薯的代谢而改变其正常生长过程，可诱导处于旺盛生长的试管苗诱导形成试管薯。

目前，对于马铃薯植物生长调节剂的研究主要集中在B9、6-BA、CCC以及IAA/GA等方面。其中，B9作为植物生长延缓剂，具有延缓匍匐茎伸长，促进试管薯形成的作用[19]。6-BA作为一种马铃薯试管薯诱导剂具有稳定、廉价等特点，但其对试管薯的诱导效率因基因型不同而有较大差异。连勇等人的研究发现，6-BA的添加有利于试管薯诱导质量和数量的增加，但是在相同环境条件下，陇薯3号试管薯块平均直径、诱导的成功率较大西洋高[20]。CCC作为一种抗赤霉素类生长调节剂，能够直接影响糖类代谢中酶的活性，进而影响马铃薯试管薯的形成。蒋从莲等研究表明，马铃薯试管薯诱导时使用6-BA的诱导效果没有使用CCC明显[21]，这也为马铃薯试管薯诱导提供了更好地选择方案。IAA能促进马铃薯的生长[22]，而GA却能抑制马铃薯试管薯的形成，同时减少试管薯形成的数量[23-24]。随着研究的深入，发现IAA与GA浓度的比值，对马铃薯试管苗生长及试管薯形成均具有明显的调控作用[25-30]。

3 展望

国内外学者对试管薯的形成做了大量的研究，形成了诸多理论成果，不仅加快了马铃薯试管薯的繁育进程，而且为马铃薯种质资源保存、交换、品种选育等方面做出了突出贡献。但是，马铃薯试管薯在生产实践中还没有得到广泛的应用。因此借鉴发达国家众多学者的研究成果，针对马铃薯生产实践需要，未来几年试管薯的研究应着重考虑以下几个方面：一是，由于马铃薯种质资源丰富，不同熟期马铃薯试管薯的形成对环境条件要求也存在较大差异。因此，对马铃薯试管薯的研究应充分考虑品种的熟期特性，研究马铃薯试管薯诱导的共性技术和不同熟期品种的专用方法。二是，目前马铃薯试管薯诱导技术耗时较长，成本较高，在实践生产中难以得到很好的应用。因此，应结合现有的相关研究成果，从环境调控和培养基配方等方面做进一步探索研究，逐步提高试管薯诱导效率，降低试管薯生产成本，从而优化马铃薯试管薯的生产技术。三是，马铃薯试管薯形成过程中外源激素起着至关重要的作用，而马铃薯试管薯形成的外源激素调控机理较为复杂。因此，应对马铃薯试管薯形成的外激素调控机理进一步研究，通过添加外源激素为改进马铃薯试管薯诱导技术提供相关理论依据。

参考文献：

［1］Leclerc Y，Donnelly D，Seabrook J.Microtuberization of layered shoots and nodal cuttings of potato：The influence of growth regulators and incubation periods［J］.Plant Cell，Tissue and Organ Culture，1994，37（2）：l13-120.

［2］Akita M，Taka yam S.Induction and development to potato tubers in a jar fer mentor［J］.Plant Cell Tissue and Organ Culture，1994，36（2）：177-182.

［3］冯伟清，董道峰，陈广侠，等.光照长度、强度及温度对试管薯诱导的影响［J］.中国马铃薯，2010，24（5）：257-262.

［4］冉毅东，王蒂，王清，等.光温及培养基类型对马铃薯试管微型薯诱导的影响［M］.哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1996：244-249.

［5］罗玉，田洪，张铁.高温下马铃薯试管薯的诱导［J］.马铃薯杂志，2000，14（1）：4-8.

［6］张武，齐恩芳，王一航，等.马铃薯试管薯诱导集成优化研究［J］.长江蔬菜，2008（8）：31-33.

［7］金明石，严英哲，张健，等.马铃薯试管薯诱导影响因素分析［J］.中国马铃薯，2012，26（6）：332-335

［8］刘玲玲.光照和培养基类型对马铃薯微型薯诱导结薯的影响［J］.黑龙江农业科学，2004（6）：21-23.

［9］Che SQ，Sheng YY，Qin WY.Effects of light quality on meristem of Freesia refract a test-tube culture［J］.Acta Horticultural Sinica，1997，24（3）：269-273.

［10］常宏，王玉萍，王蒂，等.光质对马铃薯试管薯形成的影响［J］.应用生态学报，2009，20（8）：1891-1895.

［11］胡云海，蒋先明.温度和光照对马铃薯微型薯形成的影响［J］.种子，1993（63）：47-49.

［12］吴京姬，金顺福，姜成模，等.马铃薯试管薯工厂化生产优化试验［J］.中国马铃薯，2011，25（4）：200-203.

［13］Seabrook JE，Coleman S，Levy D.Effect of photoperiod on in vitro tuberization of potato（Solanum tuberosum L.）［J］.Plant Cell，Tissue and Organ Culture，1993，34：43-51.

［14］柳俊，谢从华，黄大恩，等.马铃薯试管块茎形成机制的研究——BA对试管块茎形成与膨大的影响［J］.马铃薯杂志，1995，9（1）：7-11.

［15］吴秋云，汤浩，蔡南通，等.不同培养条件对马铃薯试管薯形成的影响［J］.中国马铃薯，2006，20（4）：228-230.

［16］帅正彬，郭江洪，杨斌，等.不同培养条件对马铃薯试管薯诱导的影响［J］.西南农业学报，2004，17（2）：212-214.

［17］霍凤兰，栾清业，尹玉花.蔗糖浓度和光照对马铃薯试管薯诱导的影响［J］.甘肃农业科学，2009（11）：3-5.

［18］赵佐敏.马铃薯组培中不同因素对诱导试管薯的影响［J］.中国马铃薯，2005，19（5）：278-280.

［19］李方，陈昆松，夏宜平，等.B9和PP333对马铃薯试管苗生长的影响［J］.浙江农业学报，2001，13（2）：67-71.

［20］连勇.马铃薯试管薯诱导与应用［J］.马铃薯杂志，1995，9（4）：237-240.

［21］连勇，邹颖，东惠茹，等.马铃薯试管薯形成过程中几种内像激素的变化［J］.园艺学报，2002，29（6）：537-541.

［22］李凤云，韩丽颖.外深激素对马铃薯脱毒试管苗微繁的影响［J］.中国马铃薯，2002，16（4）：214-216.

［23］张志军，贾明进，李会珍，等.赤霉素对马铃薯块茎形成的影响［J］.中国马铃薯，2003，17（5）：294-297.

［24］张昌伟，侯喜林，袁建玉，等.不同外源激素对马铃薯试管薯形成的影响［J］.江西农业大学学报，2005，27（1）：72-80.

［25］Whitep J.A pump for the auxin fountain：auxin and root gravitropism［J］.Trends Plant Sci，2002，7（1）：8.