马铃薯试管薯诱导的研究现状及进展

马铃薯试管薯诱导的研究现状及进展

作者：李爽　张雪　韩玉珠

来源：《长江蔬菜·学术版》2014年第07期

摘 要：马铃薯试管薯具有种性好、繁殖速度快、休眠期长、体积小、质量轻、利于保存和种薯交流的特点，是促进马铃薯脱毒种薯繁殖的有效措施。对马铃薯试管苗诱导试管薯的基因型、培养基类型、培养条件、营养成分等影响因素进行了综述，为马铃薯育种工作者对试管薯的诱导提供理论参考。

关键词：马铃薯；试管薯；诱导

马铃薯是第四大粮食作物，用途广泛，但在生产过程中由于病毒的侵染而容易出现生长势衰退、植株矮化、茎秆细弱、花叶或卷叶、叶片坏死、薯块变小或畸形等退化现象，导致其产量下降，严重影响马铃薯的生产。研究表明，利用马铃薯茎尖组织培养技术生产脱毒苗以诱导试管薯，是解决种薯退化的根本性措施之一[1]。已有学者对马铃薯试管薯的诱导条件做了大量研究[2～6]，其中包括马铃薯基因型、培养基类型、培养条件、营养成分等，但研究结果因品种多样具有一定差异，较广泛适用于试管薯诱导的体系还需进一步发展与完善。本文从马铃薯基因型、培养基类型、培养条件、营养成分等方面对马铃薯试管薯诱导的影响因素进行阐述，以期为马铃薯育种工作者对诱导试管薯提供理论参考。

一、基因型对试管薯诱导的影响

        马铃薯试管薯诱导由匍匐茎发生、膨大及淀粉积累3个重要部分组成，整个诱导过程受多种因素影响，其中基因型对试管薯的结薯数量、质量、诱导效果起着重要的作用，且试管薯形成是受多基因控制的数量性状。王春林等[7]用22个供试品种进行试验，结果表明，在相同培养条件下，不同基因型马铃薯的结薯数量和试管薯质量都有很大差异。王红梅[8]等通过对不同基因型的马铃薯进行试管薯的诱导发现，在全黑暗条件下采用液体MS+8%蔗糖为培养基， 陇薯3 号等4个品种都诱导出了试管薯，但不同基因型的马铃薯诱导效果明显不同，其中新大坪最易诱导出试管薯。赵晓玲[9]以陇薯3号、大西洋、费乌瑞它为试验材料，研究表明，在相同培养基、相同培养条件下， 马铃薯不同品种形成试管薯的能力有差异。诱导试管薯产生差异的原因：一是不同基因型的马铃薯试管薯的最佳诱导条件不同，二是不同基因型的马铃薯的内源激素含量不同。

二、培养基类型对试管薯诱导的影响

        目前，诱导试管薯的培养基有固体、固液、液体3种类型，固体培养基对试管苗具有较好的支撑作用，但一段时间后由于营养供应不均衡，试管苗长势会受到一定的影响；固液培养基是先将试管苗接种在固体培养上，培养一段时间后加入液体培养基，这样能较好地供给试管苗结薯所需的营养，但在加入液体培养基时可能会产生污染；液体培养基是将马铃薯试管壮苗接种在液体培养基里，可用海绵等对试管苗进行支撑，待其生根后逐渐吸收营养进而结薯，但试管苗在液体培养基里代谢速度较快，有害代谢物会在培养基中增多。研究表明，液体培养基的诱导效果优于其他两种培养基[10，11]。冉毅东等[12]将9个四倍体和二倍体的马铃薯试管壮苗接种于3种培养基中，在相同的培养条件下进行试管薯的诱导，结果表明液体培养基的诱导效果最好，而固液培养方法更适于试管薯的种质保存。也有人得出了不同的结论，刘玲玲[13]试验证明，对克新4号来说，在结薯数量、块茎直径、鲜薯质量、大薯率等方面，液体培养基均显著高于固体培养基和固液双层培养基，固体培养基的诱导效果最差；但对早大白品种来说，固液双层培养基的诱导效果最好，而液体培养基效果最差。可见，液体培养基较其他两种培养基适于诱导试管薯，但液体培养基对有些品种诱导试管薯并不是最适的。

三、培养条件对试管薯诱导的影响

1、温度

        温度是植物组织培养成功的关键因素，其最重要的作用是决定呼吸的速率和控制植物组织代谢过程的化学反应[14]。多数研究表明，15～18℃利于试管薯的诱导与形成[15，16]，高温或低温都不利于试管薯的形成，早在1925年Bushnell曾报道高温会抑制马铃薯块茎的形成，并且多次被证实。Menzel[17]报道高温对块茎形成的抑制可被CCC 的应用全部逆转，ABA 的使用可使其部分逆转。罗玉等[18]也证明了高温（30±2）℃使金冠、大西洋、会顺88 3个品种的试管苗切段结薯受到不同程度的抑制，其中对大西洋的抑制程度最强。冉毅东等[12]研究表明，在相同光照条件下，常温（20～27℃）和低温（15℃）相比较，低温（15℃）显著有利于试管薯的诱导。冯伟清等[19]试验结果表明，变温处理下（黑暗18℃，光照24℃）试管薯形成快、总量多、质量大，其次为18℃和20℃处理，不同品种有轻微的差异，而24℃培养不利于试管薯的诱导。刘志云[20]认为，马铃薯试管薯形成是同时受多种因素共同调控的，适于克山予64试管薯形成的条件为无光，最适温度是18～22℃，所需激素（主要是6-BA）的最适浓度为5～10 mg/L。

2、光照

        光是植物生长过程中最重要的环境因子之一，直接影响植物的光合作用，它可从光质、光强、光周期三方面影响试管薯的诱导。光质可在植物组织培养中对一些形态的建成起到一定的调节作用[21]，也对试管苗的蛋白质含量有一定影响。常宏等[22]认为，红光下的马铃薯试管苗叶片的净光合速率、可溶性糖含量和生物量均高于蓝光处理和白光处理；蓝光对试管苗干物质含量和试管苗发育后期的结薯数量以及结薯期提前有明显促进作用，但对试管苗株高有明显抑制作用；白光下试管苗净光合速率和干物质含量最低。所以壮苗培养阶段采用红光，试管薯诱导阶段采用蓝光有利于提高试管薯产量。

        光照强度会对试管薯的诱导产生不同程度的影响，欧建龙等[23]发现试管薯的诱导效果随着光照强度的减弱而提高，即全黑暗的诱导效果最好，其次是散射光，自然光的诱导效果最差，且暗培养诱导的试管薯接近本色，其他两组试管薯呈绿色。王肖云等[24]也认为黑暗条件更有利于试管薯的诱导。也有学者经过试验提出了不同的意见，张武等[25]认为，在弱散射光（自然光约100 Lx）下试管薯诱导率比全黑暗及强散射光（自然光300 Lx）条件下高，且大薯较多。金明石等[26]认为，全黑暗使试管薯发生提前，结薯集中，但不利于试管薯的增重，而8 h/d散射光照（500～1 000 Lx）比全黑暗试管薯质量和大薯率都有所提高。胡云海等[27]发现诱导期间应采用分段培养法，即先对培养出的试管壮苗进行黑暗处理3～4周，以利于微型薯形成提早发生和数量的增加，然后进行微弱光（100～300 Lx）诱导，以增加其质量和大小。吴京姬等[28]也采用分段培养法，即黑暗处理2周后放入自然光，以提高试管薯产量。

        光周期通过不同时期不同部位调控植株体内激素，从而促进块茎形成[29]。在短日照或全黑暗的条件下进行结薯培养，试管薯的形成数量及平均单薯质量都显著高于长日照条件下[30]，说明短日照更有利于试管薯的形成。柳俊等[31]研究也发现，黑暗处理有利于匍匐茎的发生，而后的短日照有利于块茎的膨大。采用鄂薯3号、米拉、大西洋研究发现，3个品种均是在全黑暗条件下试管薯形成最早，光周期越长，块茎形成越晚，且研究结果与张颐等[32]一致。

四、营养成分对试管薯诱导的影响

1、外源激素

        马铃薯试管薯的形成受多种因素影响，外界条件适宜时，不添加任何激素的情况下也可以形成试管薯[33，34]，但结薯率低、单薯质量小。而添加适量的外源激素可在一定程度上提高试管薯的产量。常用的生长调节物质有多效唑、6-BA、香豆素、B9等。

        多效唑是一种高效低毒的植物生长延缓剂，能抑制多种作物的纵向生长，提高植物的抗逆性。近年来研究表明，多效唑对马铃薯试管薯的诱导及生长调控有一定作用，但高浓度的多效唑对试管薯有抑制作用，只有在低浓度时才会促进试管薯的形成[35]，应选用适当浓度的多效唑来提高试管薯的产量。曾述容等[36]认为加入0.05 mg/L多效唑时试管薯的诱导周期短，单薯质量大，大薯率高，加入0.1 mg/L多效唑时，可提高试管薯的诱导率。张志军等[37]认为在试管薯诱导条件下，0.1 mg/L多效唑处理促进了夏波蒂提早结薯，使单瓶试管薯鲜质量、平均直径和单薯鲜质量都显著增加，同时降低了畸形薯率。郑敏[38]则认为在试管薯诱导条件下，0.2 mg/L多效唑促进了夏波蒂提早结薯，使单瓶试管薯鲜质量﹑平均直径和单薯鲜都显著增加。

        6-BA促进细胞分裂和扩展，刺激某些酶的活性，促进营养物质向细胞分裂素所在部位运输，从而增加薯块的质量和大小。金顺福等[39]指出，5 mg/L 6-BA可增加试管薯诱导数量并提高单薯质量，是诱导试管薯的重要激素之一，白淑霞等[40]得出了同样的结论。马铃薯试管薯形成与膨大过程中，所含的内源激素种类与含量会不断发生变化。李功义等[41]认为，过高浓度的6-BA对试管块茎有抑制作用，以2 mg/L为宜，这与Hussey等[42]的研究结果一致。

        香豆素是一种生长抑制剂，可通过抑制生长和促进衰老以加强营养物质的运输和转化，在试管薯诱导过程中能显著促进试管薯数量的增加。鄢铮等[43]证明在诱导结薯的培养基中，添加30 mg/L香豆素+3.0 mg/L 6-BA+0.1%活性炭时，获得的试管薯块茎较大且大薯率较高。

        B9在提高大薯率方面具有显著作用[44]，万林[45]经研究发现，B9浓度为80 mg/L时对米拉诱导结薯的效果比较理想，结薯数达到了24.67粒/瓶，大薯数也达到23粒/瓶，全部薯质量达到4.97 g/瓶。

4.2 碳源

        蔗糖不仅可为试管苗的生长及试管薯的膨大提供必要的营养物质，且对调节培养基的渗透势有重要作用[46]，是诱导试管薯常用的碳源。目前，经多年的试验研究[47～52]，学者们已基本达成共识：蔗糖浓度为8%～11%时，试管薯产量高，诱导率高，平均单薯质量大。生产过程中为降低成本，完全可用白糖代替蔗糖，两者对组培苗的影响几乎无明显差异[53]。王瑞斌等[54]将食用白糖与活性炭组合进行研究发现，MS+8%食用白糖+1.5 g/L活性炭对大西洋品种的诱导效果最好，而MS+12%食用白糖+1.0 g/L活性炭对夏波蒂的诱导效果最好。诱导试管薯时碳源的选择与苗龄及碳源纯度也有密切关系，党玉丽等[55]指出，40 d 左右的试管苗选用80 g/L的蔗糖为碳源较好，而60 d和110 d 的试管苗选用 80 g/L的白糖较理想。

五、小结与展望

        马铃薯试管薯的诱导受多方面的因素影响，经多年研究，马铃薯试管薯诱导体系已取得较大进步，为生产实践提供了有力的理论支持，大大提高了马铃薯原原种的生产效率，推进了各地区种薯的交流，也使得种质资源的保存更加简单易行。但由于马铃薯品种丰富，广泛适用于试管薯诱导的标准体系还需继续发展与完善。