光暗条件下蔗糖和大量元素对兰州百合鳞茎生长的影响

尹燕　杨道兰　梁玉文　冯炜弘　牛慧婷　李爱兵

摘要：为了探究兰州百合试管鳞茎膨大培养基最佳配方和培养条件，解决试管苗移栽成活率低的问题，以兰州百合鳞片诱导形成的小鳞茎为试验材料，研究光暗不同培养条件下蔗糖和大量元素对兰州百合试管鳞茎生长和膨大的影响。在光照（12 h/d光照）和黑暗（24 h/d黑暗）条件下，设置不同质量浓度蔗糖（90 g/L、120 g/L、150 g/L）和不同浓度的大量元素（MS、2MS、3MS）组合处理，培养60 d后测定其鳞茎直径、鲜重、叶长等相关指标。结果表明，蔗糖和大量元素均对兰州百合试管鳞茎生长和膨大有显著的影响，且两者存在显著的交互作用，光照条件下鳞茎生长指数和鳞茎鲜重百分比均大于黑暗条件。根据生产实际，推荐适合兰州百合鳞茎膨大的组合为2MS+蔗糖120 g/L+NAA 0.2 mg/L，培养条件为1 500～2 000 lx下光照12 h/d。

关键词：兰州百合；试管鳞茎；膨大；蔗糖；大量元素；光周期

中图分类号：S644.1                文献标志码：A                文章编号：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）为百合科百合属球根植物，是川百合的一个变种［1 ］，因其高的含糖量、独特的风味，成为我国三大主栽食用百合品系中的佼佼者［2 - 3 ］，先后被认定为我国地理标志产品和甘肃省名优特产［4 - 5 ］。近年来，随着百合产业的高速发展，种植面积逐步扩大，进而对百合种球的需求量和质量也提出了新的要求［6 ］。在实际生产中，兰州百合仍采用传统的农户自留种繁育方法，存在繁殖系数低、易感染病毒、病毒逐年积累等一系列问题［7 ］，进而导致产量低、品种退化严重、千字头多、黄化严重等一系列种性退化现象的发生。通过组织培养技术可大大地提高繁殖系数和加快品种培育，但在生产中也存在试管苗长势弱、移栽成活率低等问题［8 ］。通过对培养条件的改善，不断使其鳞茎膨大，可有效地起到壮苗和提高移栽成活率的作用［9 - 10  ］。

研究表明，一定质量浓度的蔗糖和大量元素均可促进百合鳞茎的膨大［8，11 ］。在兰州百合方面也有相关报道，秦新惠等［7 ］研究了蔗糖、活性炭等单因子或多因子组合对兰州试管鳞茎膨大的影响，表明蔗糖等因子均对试管鳞茎膨大有一定的促进作用；牛慧婷等［12 ］研究发现，高浓度的大量元素和蔗糖均有利于促进兰州百合试管鳞茎的膨大，但未对大量元素和蔗糖的组合处理进行研究。

光周期对百合试管鳞茎的诱導和膨大的影响在野生卷丹、泸定百合及东方百合“Siberia” 等［13 - 15 ］已有相关研究，但关于光周期对兰州百合试管鳞茎的生长和膨大未见相关报道。我们以兰州百合鳞片诱导形成的百合小鳞茎为试验材料，研究在不同的光照培养条件下大量元素与蔗糖组合处理对百合鳞茎生长和膨大的影响，旨在寻找兰州百合试管鳞茎膨大的最佳配方和培养条件，解决试管苗移栽成活率低的问题，为生产优质兰州百合种球提供技术支持。

1   材料与方法

1.1   试验材料

兰州百合采自兰州市七里河区西果园镇堡子村。以兰州百合鳞片作为外植体，将经过丛芽诱导、丛芽增殖的丛芽体接种于MS+NAA 0.2 mg/L+蔗糖90 g/L +琼脂5 g/L的培养基中诱导形成的小鳞茎（平均直径4 mm左右，平均鲜重0.2 g左右）为供试材料。

1.2   试验方法

1.2.1    试验设计    采用双因素试验设计。因素1为大量元素浓度，设MS、2MS、3MS 3个处理，分别记为A1、A2、A3；因素2为蔗糖浓度，设90、120、150 g/L 3个处理，分别记为B1、B2、B3。

将诱导形成的小鳞茎在无菌条件下分割成单独的小鳞茎，切取上部的叶和下部的根后接种在均含NAA 0.2 mg/L的9种培养基上（表1），分别置于光照12 h/d、黑暗24 h/d，光照强度为1 500～  2 000 lx，温度（25±2）℃条件下进行试管鳞茎的膨大培养。每处理30瓶，每瓶接种6个小鳞茎。

1.2.2    指标测定    培养60 d后，从培养瓶中取出组培苗，在自来水下冲去培养基，沥干水分后称其总鲜重，同时测量叶长、根长、根粗及根数。再去除叶和根后测定鳞茎鲜重、鳞茎直径。每水平观测10株，重复3次，求平均值，计算生长指数［14 ］、鳞茎鲜重百分比［13 ］。

生长指数（%）=［（鳞茎鲜重-鳞茎初始鲜重）/鳞茎初始鲜重］×100%

鳞茎鲜重百分比（%）=（鳞茎鲜重/试管苗总鲜重）×100%

1.2.3    试验数据统计分析    试验数据利用Excel 2010和SPSS16.0进行统计分析，采用塔姆黑尼法进行分析比较。

2   结果与分析

2.1   光照条件下蔗糖和大量元素组合处理对百合鳞茎生长和膨大的影响

由表2和图1可知，在光照条件下，蔗糖和大量元素组合处理对兰州百合试管鳞茎的生长和膨大有显著影响。

随着大量元素浓度的增加，鳞茎生长指数显著提高，其中3MS和2MS处理分别比MS处理提高了59.91%、75.34%；鳞茎鲜重百分比显著提高，3MS和2MS处理分别比MS处理提高了97.90%、22.92%；鳞茎鲜重、鳞茎直径均呈明显上升趋势，大量元素浓度为3MS时鳞茎鲜重及直径分别达到了最大值；根长、根粗、根数显著下降，均未观察到生根现象的发生；叶长表现为降低的趋势，MS和2MS处理时，叶长无显著差异，而大量元素浓度增至3MS时叶长减小至MS的74.20%。

随着蔗糖质量浓度的不断增加，鳞茎生长指数显著提高，但150 g/L和120 g/L蔗糖处理间差异不显著，分别比90 g/L蔗糖处理提高了49.73%和55.98%。鳞茎鲜重百分比显著提高，150 g/L和120 g/L蔗糖处理分别比90 g/L蔗糖处理提高了76.37%和57.12%。鳞茎鲜重、鳞茎直径均呈明显上升趋势，150 g/L蔗糖处理下鳞茎鲜重及直径分别比90 g/L蔗糖处理提高了50.93%和37.18%。根长逐渐下降，90 g/L蔗糖和120 g/L蔗糖处理间差异不显著；根粗表现为先增加后降低的趋势，90g/L蔗糖和150 g/L蔗糖处理间差异不显著。根数逐步下降，90 g/L和120 g/L蔗糖处理间差异不显著。

由主效应和交互作用方差分析（表3）可知，在光照培养条件下蔗糖浓度和大量元素浓度存在显著的交互作用，更多地表现为协同作用。综合考虑生产实际，将A2B2处理作为光照条件下兰州百合试管鳞茎膨大的最佳组合。

2.2   黑暗条件下蔗糖和大量元素组合处理对百合鳞茎生长和膨大的影响

由表4和图2可知，在黑暗条件下，蔗糖和大量元素组合处理对兰州百合试管鳞茎的生长和膨大影响显著。

随着大量元素浓度的增加，鳞茎生长指数显著提高，其中3MS和2MS处理分别比MS处理提高了141.63%、89.15%；鳞茎鲜重百分比逐步提高， MS和2MS处理间差异不显著，当大量元素浓度为3MS时达到了最大值，比MS处理提高了114.85%；鳞茎直径呈明显上升趋势，MS和2MS处理间差异不显著，大量元素浓度为3MS时鳞茎直径达到了最大值，比MS处理提高了22.04%；根长、根数、根粗均呈现下降趋势，大量元素浓度达到3MS时均未观察到生根现象的发生；叶长先升高后降低，在大量元素浓度为2MS时，叶长达到最大值。

随着蔗糖质量浓度增加，鳞茎生长指数显著提高， 150、120 g/L蔗糖处理间差异不显著，分别比90 g/L蔗糖处理提高了41.94%、34.78%；鳞茎鲜重百分比显著提高，150、120 g/L蔗糖处理分别比90 g/L蔗糖处理提高了65.00%、29.15%；鳞茎直径不断增加， 150、120 g/L蔗糖处理间差异不显著，分别比90 g/L蔗糖处理提高了8.35%、8.89%；根长和根粗均呈下降趋势，90 g/L蔗糖和120 g/L蔗糖处理间差异不显著；根数表现为各处理间间差异不显著。

由主效应和交互作用方差分析（表5）可知，在暗培养下，蔗糖浓度和大量元素浓度存在显著的交互作用，更多地表现为协同作用。从实际生产角度考虑，可将A2B2处理作为兰州百合试管鳞茎膨大的最佳组合，因此，可将2MS与蔗糖120 g/L结合处理作为黑暗条件下兰州百合试管鳞茎膨大的最佳组合。

2.3   光暗不同培养条件下蔗糖和大量元素组合处理对试管鳞茎膨大影响的比较

通过对前述试验筛选出的最佳组合A2B2的鳞茎生长指数进行比较，由图3可知，在光照条件下，鳞茎生长指数比黑暗条件下提高了31.73%。因此最终确定适合兰州百合试管小鳞茎膨大的最佳条件为：2MS+蔗糖120 g/L +NAA 0.2 mg/L，培养条件为1 500～2 000 lx的下光照12 h/d。

3   讨论与结论

蔗糖作为碳水化合物输送最主要的形式，在植物组织培养中发挥着重要的作用［15 ］。本研究表明，无论在光照还是黑暗条件下，随着蔗糖浓度的增加，鳞茎生长指数、鳞茎鲜重百分比均不断提高。这与王爱勤等［11 ］、张洁等［16 ］的研究结果基本一致。但张延龙［8 ］和刘清波等［17 ］的研究表明，适当提高蔗糖浓度可促进百合鳞茎的增重，促进鳞茎的膨大，而较高浓度蔗糖则会产生一定的抑制作用。这些研究结果均表明高质量浓度的蔗糖有利于百合鳞茎膨大，但所需蔗糖浓度可能与试验材料及培养条件有关。

研究表明，无论是在光照还是在黑暗条件下，随着大量元素浓度的增加，鳞茎生长指数和鳞茎鲜重百分比都显著增加，鳞茎直径和鲜重也都不断增加。这可能是由于随着鳞茎的不断膨大，高浓度的大量元素能为其提供生长所需的养分，从而促进了鳞茎的生长和膨大，这与张洁等［16 ］、张延龙等［8 ］的研究结果基本一致。但赵海涛［15 ］在研究东方百合“Siberia”试管鳞茎发育时，认为在黑暗条件下，2MS处理得鳞茎膨大效果好，但畸形现象严重；在光照条件下，鳞茎重量与大量元素浓度呈负相关的关系。造成这种差异的原因可能是试验材料和培养条件不同所致。因此，在对不同的百合品种，甚至是同一品种在不同的条件下培养时所需大量元素有所差异，应通过多因素试验选择合适的培养基。

本研究表明，无论是在光照还是在黑暗条件下，随着大量元素浓度的增加，根长、根数、根粗及叶长均呈下降趋势，当大量元素浓度增加至3MS时，均未观察到根发生的现象。造成这种现象的原因可能是随着大量元素浓度的增加，培养基中氮素含量不断增加，而当氮素浓度增加至一定程度时，对百合试管苗的根和叶产生了抑制作用。

本研究发现，光照条件下的鳞茎生长指数和鲜重百分比均高于黑暗条件。一方面可能是由于长时间的暗处理使光合作用受到阻碍，在一定程度上光合作用产物积累减少，进而不利于试管鳞茎的膨大［13 ］；另一方面，可能是在光照条件下鳞茎更能适应高质量浓度的蔗糖，因光合作用的缘故，使培养基中更多的蔗糖被鳞茎吸收转化为淀粉和CO2［18 ］，促其鳞茎不断膨大。Kumar［18 ］研究发现在黑暗条件下东方百合“Star Gazer”诱导产生的小鳞茎鲜重达到了最大；赵海涛［15 ］研究表明，光照和黑暗条件对东方百合“Siberia”试管鳞茎的数量、重量及直径均未产生显著性差异；周玲云［14 ］在对泸定百合试管鳞茎的膨大进行研究时得出短日照（小于8 h/d）利于试管鳞茎的膨大。造成以上不同的研究结果的原因可能与所用试验材料有关。

综上，蔗糖和大量元素均对兰州百合试管鳞茎生长和膨大有显著的影响，且两者存在显著的交互作用。光照条件下的鳞茎生长指数和鲜重百分比均大于黑暗条件。根据生产实际，优化出的适合兰州百合鳞茎膨大的最佳组合为2MS+蔗糖120 g/L +NAA 0.2 mg/L，培养条件为1 500～2 000 lx光照12 h/d。

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