付雪嬌，周樺楠，潘家荃，孟令文，劉冠求，崔 亮

（遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，遼寧沈陽(yáng) 110161）

不同鈣濃度對(duì)馬鈴薯品種遼薯6號(hào)脫毒試管苗生長(zhǎng)的影響

付雪嬌，周樺楠，潘家荃，孟令文，劉冠求，崔 亮

（遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，遼寧沈陽(yáng) 110161）

設(shè)置不同鈣離子濃度的MS培養(yǎng)基，通過(guò)對(duì)遼薯6號(hào)的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行研究，確定其最適宜的氯化鈣添加量。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)MS培養(yǎng)基中添加的鈣離子濃度為9 mmol／L時(shí)，遼薯6號(hào)脫毒試管苗的株高最高、有效節(jié)數(shù)和葉片數(shù)量最多，根系生長(zhǎng)狀況較好，SOD活性、脯氨酸含量和丙二醛含量測(cè)定結(jié)果優(yōu)于對(duì)照。對(duì)遼薯6號(hào)的脫毒苗進(jìn)行快繁時(shí)，應(yīng)選用鈣濃度為9 mmol／L的MS培養(yǎng)基。

遼薯6號(hào)；脫毒試管苗；鈣濃度；生理指標(biāo)

馬鈴薯是遼寧地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物，近幾年種植面積穩(wěn)定在6×104hm2，隨著國(guó)家對(duì)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的重視，遼寧省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展［1］。目前遼寧地區(qū)種植的馬鈴薯品種以尤金、早大白、費(fèi)烏瑞它、遼薯6號(hào)、興佳2號(hào)等為主，由于加工企業(yè)較少，市場(chǎng)上消費(fèi)的馬鈴薯多以鮮食為主。隨著農(nóng)民種植馬鈴薯熱情地不斷增加，各個(gè)品種脫毒種薯的市場(chǎng)需求量也在不斷增大，培育生長(zhǎng)健壯、快速的脫毒苗對(duì)于整個(gè)馬鈴薯種薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。本試驗(yàn)通過(guò)研究鈣濃度對(duì)馬鈴薯試管苗的生長(zhǎng)影響，改進(jìn)了現(xiàn)用MS培養(yǎng)基的氯化鈣含量配比，從而提高了試管苗質(zhì)量，為脫毒種薯的生產(chǎn)提供助益。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用的馬鈴薯品種遼薯6號(hào)由遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。該品種是遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所于2010年選育而成的早熟品種。該品種生育期70 d左右、貯藏性良好、蒸食品味好，是目前遼寧省馬鈴薯的主栽品種之一。試驗(yàn)材料為遼薯6號(hào)的脫毒試管苗。

1.2 試驗(yàn)方法

配制含有不同濃度氯化鈣的MS固體培養(yǎng)基，試驗(yàn)設(shè)置為T1：CaCl2濃度為3 mmol／L；T2：CaCl2濃度為6 mmol／L；T3：CaCl2濃度為9 mmol／L；T4：CaCl2濃度為12 mmol／L；T5：CaCl2濃度為15 mmol／L，其中正常MS培養(yǎng)基中鈣的濃度為3 mmol／L，因此T1設(shè)置為本試驗(yàn)的對(duì)照CK。

選取培養(yǎng)28 d的試管苗，在超凈工作臺(tái)中剪取中部偏上1cm左右、帶有1片葉的莖段，接種于不同鈣濃度的MS固體培養(yǎng)基上（使用20 mm×200 mm規(guī)格試管），每個(gè)試管中接種1個(gè)莖段，每種試驗(yàn)處理接種20支試管。接種后放置于溫度為（20±2）℃，光照為3 000 lx、16 h／d的條件下培養(yǎng)。28 d后將試管苗取出，用蒸餾水小心洗去固體培養(yǎng)基，并用吸水紙吸干水分，用于各種指標(biāo)的測(cè)定。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)置，重復(fù)3次。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 形態(tài)學(xué)指標(biāo)測(cè)定

使用直尺測(cè)量試管苗的株高、根長(zhǎng)；計(jì)數(shù)法測(cè)定試管苗的葉片數(shù)、有效節(jié)數(shù)、根數(shù)；使用游標(biāo)卡尺量測(cè)定莖粗。

1.3.2 生理生化指標(biāo)測(cè)定

SOD活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑光化還原法［2］；脯氨酸含量測(cè)定采用茚三酮比色法［3］；丙二醛含量測(cè)定采用巴比妥酸法［4］。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)處理使用Excel 2003軟件，統(tǒng)計(jì)分析使用DPS（Data Processing System）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鈣濃度對(duì)遼薯6號(hào)脫毒試管苗莖葉生長(zhǎng)的影響

從表1中可以看出，隨著培養(yǎng)基中鈣濃度的增加，試管苗的株高發(fā)生了顯著地變化，大體呈現(xiàn)為株高先增加、后有所下降的趨勢(shì)。其中在鈣離子濃度為9 mmol／L時(shí)，株高比對(duì)照增加30．65%；鈣離子濃度為6 mmol／L和12 mmol／L時(shí)，株高相比對(duì)照增加了21．82%和20．26%；當(dāng)培養(yǎng)基中鈣離子濃度達(dá)到15 mmol／L時(shí)，株高比對(duì)照降低。說(shuō)明培養(yǎng)基中鈣離子濃度的提高有助于增加試管苗的株高，但濃度達(dá)到15 mmol／L時(shí)會(huì)反而抑制株高。

植株的葉片數(shù)隨著鈣離子濃度的提高而逐漸增多，當(dāng)培養(yǎng)基中鈣離子濃度為9 mmol／L時(shí)，試管苗的葉片數(shù)量最多，相比對(duì)照增加了29．11%；其次是濃度為6 mmol／L時(shí)，葉片數(shù)相比對(duì)照增加了21．90%。其余兩個(gè)處理對(duì)試管苗的葉片數(shù)也起到了增加的作用。說(shuō)明提高培養(yǎng)基中鈣的含量有利于植株增加葉片數(shù)。

對(duì)有效節(jié)數(shù)進(jìn)行測(cè)定，從表1中可以看出，提高M(jìn)S培養(yǎng)基中氯化鈣的含量可以增加遼薯6號(hào)試管苗的有效節(jié)數(shù)。T1處理中試管苗的有效節(jié)數(shù)為8．93，T2至T5分別比T1高出9．74%、33．59%、10．53%和14．22%。

通過(guò)測(cè)定各個(gè)處理?xiàng)l件下試管苗的莖粗，可以看出，莖粗隨著鈣離子濃度的提高而逐漸增加，當(dāng)鈣離子濃度達(dá)到15 mmol／L時(shí)，試管苗莖粗為1．06 mm，相比對(duì)照增粗了16．48%；其次為處理T3，莖粗相比對(duì)照增粗10．99%。

綜合各種處理?xiàng)l件下遼薯6號(hào)脫毒試管苗植株莖葉生長(zhǎng)情況來(lái)看，提高培養(yǎng)基中鈣的含量可以使株高增高、葉片數(shù)和有效節(jié)數(shù)增多、莖粗增大。其中鈣離子濃度為9 mmol／L時(shí)，試管內(nèi)植株生長(zhǎng)的最為高大，但鈣離子濃度為15 mmol／L時(shí)，植株表現(xiàn)為矮小、粗壯。配制MS培養(yǎng)基時(shí)，適當(dāng)增加氯化鈣的含量，有利于繁育壯苗。

表1 遼薯6號(hào)脫毒試管苗在不同鈣濃度下莖葉的形態(tài)指標(biāo)

2.2 不同鈣濃度對(duì)遼薯6號(hào)脫毒試管苗根生長(zhǎng)的影響

對(duì)不同鈣濃度處理的植株根部指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，從表2中可以看出，逐漸增加培養(yǎng)基中鈣的含量，可以增加試管苗根的條數(shù)和根的長(zhǎng)度，但并不顯著。其中T4處理?xiàng)l件下試管苗的根數(shù)最多，比對(duì)照多28．60%。同時(shí)T4處理下，最長(zhǎng)根長(zhǎng)比對(duì)照高13．77%。說(shuō)明當(dāng)培養(yǎng)基中鈣離子濃度達(dá)到12 mmol／L時(shí)，試管苗的根系最為發(fā)達(dá)。

2.3 不同鈣濃度對(duì)遼薯6號(hào)脫毒試管苗生理生化指標(biāo)的影響

SOD活性、脯氨酸含量和丙二醛含量是3個(gè)衡量植株耐脅迫能力的重要生理指標(biāo)。從表3中可以看出，培養(yǎng)基中鈣離子濃度達(dá)到12 mmol／L時(shí)，SOD的活性和脯氨酸含量的測(cè)定值最高，分別為358．79 mmol／g·FW和430．54 mmol／g·FW，高于對(duì)照34．37%、40．05%。T2處理的SOD活性低于對(duì)照，其他3個(gè)處理的SOD活性均高于對(duì)照。T5處理的脯氨酸含量低于對(duì)照10．32%，其他3個(gè)處理脯氨酸的含量均高于對(duì)照。對(duì)丙二醛含量進(jìn)行測(cè)定，從表3中可以看出，T2處理的丙二醛含量顯著低于對(duì)照，T3和T4處理的植株丙二醛含量也低于對(duì)照，分別低于對(duì)照65．95%、53．95%、19．39%；T5處理下植株的丙二醛含量高于對(duì)照。

綜合3個(gè)指標(biāo)結(jié)果，可以看出，適當(dāng)增加培養(yǎng)基中鈣離子的濃度可以使植株SOD活性和脯氨酸含量提高，使丙二醛含量降低。但增加濃度至15 mmol／L時(shí)，脯氨酸含量的測(cè)定值低于對(duì)照、丙二醛含量的測(cè)定值高于對(duì)照。說(shuō)明增加培養(yǎng)基中鈣的含量可以提高植株抵御脅迫的能力，但過(guò)高的鈣濃度反而會(huì)對(duì)試管苗植株造成脅迫。

表2 遼薯6號(hào)脫毒試管苗在不同鈣濃度下根的形態(tài)指標(biāo)

表3 遼薯6號(hào)脫毒試管苗在不同鈣濃度下的生理生化指標(biāo)

3 結(jié)果與討論

鈣是植物生長(zhǎng)發(fā)育中不可缺少的一種元素，鈣離子同時(shí)也是植物體內(nèi)許多代謝反應(yīng)的信號(hào)物質(zhì)，通過(guò)鈣離子濃度的時(shí)空變化來(lái)調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)、發(fā)育、抗逆等生理反應(yīng)［5］。當(dāng)植物缺鈣時(shí)，植株的生長(zhǎng)會(huì)受到抑制，通常表現(xiàn)為植株矮小、軟弱、幼嫩部分迅速衰老、莖尖分生組織受損、根系不發(fā)達(dá)，抵御外界脅迫能力降低。Habib等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)基中適當(dāng)增加鈣的含量，可以使試管苗中鈣的含量隨之增加，有利于其生長(zhǎng)發(fā)育［6］。本試驗(yàn)中，隨著MS培養(yǎng)基中鈣離子濃度的提升，試管苗的株高、葉片數(shù)和有效節(jié)數(shù)顯著提高，莖粗也顯著增粗，當(dāng)培養(yǎng)基中鈣離子濃度為9 mmol／L時(shí)，植株生長(zhǎng)情況最好，表現(xiàn)為高大粗壯、葉片數(shù)量多，同時(shí)根系較為發(fā)達(dá)。當(dāng)添加氯化鈣的含量大于12 mmol／L時(shí)，植株雖然粗壯，但生長(zhǎng)較為緩慢，植株體內(nèi)過(guò)量的鈣會(huì)對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育不利。

逆境脅迫會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)產(chǎn)生過(guò)量的ROS，ROS是高度活躍的，具有毒性，會(huì)損傷蛋白質(zhì)、脂類、碳水化合物和DNA，最終導(dǎo)致氧化脅迫。植物體內(nèi)的ROS清除系統(tǒng)通過(guò)提高ROS清除酶的活性，清除ROS，減少或者避免細(xì)胞的氧化損傷，作為ROS清除系統(tǒng)的關(guān)鍵酶，SOD會(huì)迅速將過(guò)氧化物歧化為O2和H2O2，進(jìn)而通過(guò)其他途徑被清除掉［7］。因此，SOD活性是鑒定植物抗逆性的重要生理生化指標(biāo)。脯氨酸的積累量也與植物的抗逆性有關(guān)，脯氨酸可以保護(hù)細(xì)胞的膜完整性，同時(shí)脯氨酸含量的增加能夠調(diào)節(jié)植株細(xì)胞內(nèi)外的滲透平衡，從而提高植物的抗逆能力［8］。丙二醛是植物質(zhì)膜過(guò)氧化作用的產(chǎn)物，常用來(lái)指示細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度，高濃度的丙二醛含量會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜損傷，從而降低植物的抗逆能力［9］。遼薯6號(hào)是早熟品種，生育后期容易遭受生物脅迫。通過(guò)本試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)培養(yǎng)基中鈣的含量增加時(shí)，試管苗的SOD活性增加、脯氨酸含量增加、丙二醛含量降低，適當(dāng)提高培養(yǎng)基中鈣的含量，可以提高遼薯6號(hào)脫毒試管苗的抗逆性。

4 結(jié)論

MS培養(yǎng)基的配制是馬鈴薯脫毒快繁技術(shù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，培育健康健壯的試管苗可以加快馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本試驗(yàn)通過(guò)研究不同鈣濃度對(duì)馬鈴薯品種遼薯6號(hào)脫毒試管苗生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有MS培養(yǎng)基中鈣離子濃度（3 mmol／L）并不是最適宜植株生長(zhǎng)的濃度，試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)鈣離子濃度為9 mmol／L時(shí)，植株的各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)。因此在以后的遼薯6號(hào)脫毒苗生產(chǎn)中，應(yīng)使用鈣濃度為9 mmol／L的MS培養(yǎng)基。

［1］ 賈景麗，鄭玉寶，趙娜．2015年遼寧省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及建議［A］．2016年中國(guó)馬鈴薯大會(huì)論文集［C］，2003年．

［2］ 鄒奇．植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000．

［3］ 陳建勛，王曉峰．植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］．北京：華南理工大學(xué)出版社，2000．

［4］ 王學(xué)奎．植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)（第二版）［M］．北京：高等教育出版社，2006．

［5］ 張蓓，劉剛，王冬梅．植物抗病防衛(wèi)反應(yīng)中的特異性鈣信號(hào)［J］．細(xì)胞生物學(xué)雜志，2008，30：611～616．

［6］ Habib A，Abdulnour J，Donnelly D J．Increased calcium availability improves potato micropropagation and microtuberization［J］．Potato Research，2004，47（3，4）：139～149．

［7］ 包云飛．鹽脅迫下馬鈴薯SOD相關(guān)基因表達(dá)量及生理生化變化研究［D］．長(zhǎng)沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013．

［8］ 全先慶，張渝潔，單雷，等．脯氨酸在植物生長(zhǎng)和非生物脅迫耐受中的作用［J］．生物技術(shù)通訊，2007，1（18）：159～162．

［9］ 丁紅瑾，陳彥云，曹君邁，等．外源鈣對(duì)貯藏期馬鈴薯細(xì)胞膜及過(guò)氧化物酶的影響［J］．中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（14）：103～106．

S531．01

B

1002-1728（2017）02-0020-03

10．3969／j．issn．1002-1728．2017．02．005

2017-03-29

中央財(cái)政推廣項(xiàng)目（GCNT-LN-14）

付雪嬌（1982-），女，主要從事馬鈴薯、甘薯新品種選育、脫毒及配套栽培技術(shù)研究。