毛一博，陳心之，許 萌，田雅萱

(蘭州市第五十八中學，甘肅 蘭州 730060)

1 研究背景及選題意義

馬鈴薯是一種營養(yǎng)豐富，糧、菜兼用的高產(chǎn)作物，主要種植區(qū)域涵蓋了我國大部分地區(qū)。甘肅省是國家重要的馬鈴薯種薯及商品薯產(chǎn)區(qū)之一，種植面積達1083萬畝。脫毒種薯快繁技術是我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵技術，脫毒苗的組織培養(yǎng)是種薯繁育體系的重要環(huán)節(jié)，其培養(yǎng)效率與品種的基因型、培養(yǎng)條件、培養(yǎng)技術密切相關，而培養(yǎng)條件和技術是決定脫毒苗成本的重要因素。20世紀90年代起，科學家就開始這項研究，并取得了突破，極大地促進了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

馬鈴薯脫毒苗的組織培養(yǎng)體系經(jīng)過幾十年的使用，普遍存在：耗電量大、日光燈壽命太短、工廠化培養(yǎng)車間機械化水平低，生產(chǎn)成本過高的問題。在查閱文獻的基礎上，進行驗證性試驗，設置在不同光照條件、簡化培養(yǎng)基成分，選定快餐業(yè)專用的馬鈴薯品種-大西洋脫毒苗為試驗材料，提出一套馬鈴薯試管苗高效低成本的培養(yǎng)體系，用于馬鈴薯種薯生產(chǎn)的實踐。

2 材料與方法

2.1 供試材料

供試品種為甘肅省農(nóng)業(yè)科學院馬鈴薯研究所齊恩芳研究員保存的大西洋脫毒試管苗。

2.2 方法

2.2.1 MS 培養(yǎng)基與 1/2 MS 培養(yǎng)基的比較試驗

培養(yǎng)基是馬鈴薯脫毒試管苗生長的主要載體，適宜的培養(yǎng)條件才能提高莖段的成活率，因此制備高質量的培養(yǎng)基是馬鈴薯試管苗擴繁的一個關鍵技術環(huán)節(jié)。

本試驗中以MS培養(yǎng)基為基本培養(yǎng)基，配制如下處理。M1培養(yǎng)基：MS基本培養(yǎng)基+3%白砂糖+ 0.5%瓊脂粉+蒸餾水。M2培養(yǎng)基：1/2MS培養(yǎng)基+3%白砂糖+0.5%瓊脂粉+蒸餾水。其中，1/2MS培養(yǎng)基是指MS培養(yǎng)基中微量元素取正常量的1/2所配制得到的培養(yǎng)基。

取M1、M2培養(yǎng)基各30瓶，接種的外植體用帶一個葉片的單節(jié)莖段，腋芽朝上插在培養(yǎng)基上，每瓶8個莖段。接好的材料放入25 ℃，3000lx，光照時間16 h/d的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)20 d。當苗高7 cm左右時，2種培養(yǎng)基各取5瓶，觀察其株高、莖粗、有效節(jié)數(shù)、最大葉片長等植物學性狀。

2.2.2 不同光照條件對馬鈴薯脫毒試管苗生長的影響

本研究中以2.2.1節(jié)中試驗處理為對象，設置在日光培養(yǎng)室、自然光照培養(yǎng)室二種處理，每種處理30瓶，培養(yǎng)30 d，當苗高8 cm左右時，各取10瓶，統(tǒng)計其株高、莖粗、有效節(jié)數(shù)、最大葉片長等植物學性狀。

3 實驗內容

3.1 培養(yǎng)基的配制

按照MS培養(yǎng)基的配置辦法，依次加入大量元素、微量元素、鐵鹽、鈣鹽等，瓊脂是在培養(yǎng)基熬制過程中添加，碳源用白砂糖代替蔗糖，配制1200 mL MS培養(yǎng)液和1200 mL 1/2MS溶液，按照標準加入瓊脂待分裝。

3.2 培養(yǎng)基 PH值的調節(jié)

培養(yǎng)基加熱熬化后，用玻璃棒攪拌均勻后，用pH試紙測定培養(yǎng)基的pH值，培養(yǎng)基的pH值調到5.8。

3.3 培養(yǎng)基的分裝

將配制好的培養(yǎng)基分裝到250 mL三角形瓶中，封口。

3.4 培養(yǎng)基的滅菌

于121 ℃，將分裝好的培養(yǎng)基放到高壓滅菌鍋中進行滅菌。

3.5 培養(yǎng)基的接種

完成滅菌的培養(yǎng)基取出后靜置一定的時間，完全冷卻后方可進行接種。接種時先進行器具的消毒，把經(jīng)過滅菌的鑷子、剪刀放到酒精燈下進行高溫滅菌，操作人員的手臂都要提前進行無菌處理。將剪去大西洋馬鈴薯脫毒試管苗帶葉芽的莖段，用鑷子將其扦插放到不同的培養(yǎng)基中，每瓶擴繁8個帶腋芽的莖段。

3.6 培養(yǎng)

將接種好的試管苗，放到不同的培養(yǎng)環(huán)境條件下。一部分放置在自然光下進行培養(yǎng)，一部分放置在日光燈下進行培養(yǎng)。每隔 7 d進行形態(tài)學觀察，20 d后進行統(tǒng)計及形態(tài)學比較。

4 結果與討論

4.1 試驗結果

日光燈照射條件下與自然光照射條件下，M1與M2培養(yǎng)基比較實驗結果，分別對一段時間后不同材料生長情況進行測量，計算平均值，結果見圖1～4。

圖1 幼苗平均株高

圖1為在不同情況下培養(yǎng)20天的馬鈴薯脫毒苗生長情況，由圖可知自然燈光下生長的1/2MS培養(yǎng)基中的幼苗平均株高更長。

圖2 幼苗平均主根長

圖2為在不同情況下培養(yǎng)20 d的馬鈴薯脫毒苗生長情況，由圖可知自然燈光下生長的MS培養(yǎng)基中的幼苗平均主根更長。

圖3 幼苗平均根數(shù)

圖3為在不同情況下培養(yǎng)20 d的馬鈴薯脫毒苗生長情況，由圖可知日光燈下生長的MS培養(yǎng)基中的幼苗平均根數(shù)更多。

圖4 幼苗平均莖段

圖4為在不同情況下培養(yǎng)20 d的馬鈴薯脫毒苗生長情況，由圖可知在日光燈下生長的1/2MS培養(yǎng)基中的幼苗平均莖段更多。

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)和表格中發(fā)現(xiàn)：M1處理下的脫毒試管苗，兩種光照處理的株高差異顯著，日光燈管培養(yǎng)條件下，株高略高于自然光源的培養(yǎng)；M2處理下馬鈴薯試管苗株高，在兩種培養(yǎng)方式下，株高差異明顯，日光燈培養(yǎng)的試管苗高度顯著低于自然光照培養(yǎng)下的試管苗高度；M2處理下的試管苗高度高于M1處理；主根長度M1處理顯著長于M2處理；幼苗平均主根長M1處理優(yōu)于M2處理；M2處理下主根長在不同光照的條件下也有差異，日光燈管培養(yǎng)效果好于自然光培養(yǎng)條件。

幼苗平均根數(shù)是確定試管苗移栽成活率的關鍵因素之一，因此平均根數(shù)也是判斷試管苗質量優(yōu)劣的一個重要參考。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，M2處理下兩種光源培養(yǎng)試管苗的根數(shù)差異不顯著，完全符合移栽的標準，因此M1處理下，自然光照條件培養(yǎng)的試管苗根數(shù)少于日光培養(yǎng)，但是日光燈培養(yǎng)的成本顯著高于自然光照培養(yǎng)，因此M2處理適合大規(guī)模的生產(chǎn)。

平均莖段數(shù)最多的是日光燈照射下的M2處理下繁殖的幼苗。莖段數(shù)的多少決定試管苗擴繁剪取外植體的數(shù)量，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明培養(yǎng)基簡化處理的莖段數(shù)高于M1處理，從節(jié)約成本的角度考慮，大量繁殖可采取M2處理，完全可以滿足馬鈴薯試管苗的大規(guī)模生產(chǎn)。同時從形態(tài)學觀察上還發(fā)現(xiàn)：日光培養(yǎng)的試管苗顏色濃綠、葉子變大，莖粗，是有利于后期移栽的重要參考，因此，簡化培養(yǎng)基的處理(M2)加上自然光照的培養(yǎng)，這種繁育技術具有高效低成本的特點，適合大規(guī)模生產(chǎn)應用。

4.2 分析討論

本研究以大西洋馬鈴薯脫毒試管苗為試驗材料，通過降低基本培養(yǎng)基成分，在不同光照培養(yǎng)條件下，定期調查試管苗形態(tài)特征，通過重復驗證，研究結果表明試管苗接種后其株高、主根長、根數(shù)及莖粗均受培養(yǎng)基成分及光照條件的影響。

通過分析數(shù)據(jù)和試管苗形態(tài)學對比調查，得到如下研究結論：馬鈴薯試管苗的生產(chǎn)完全可實現(xiàn)周年生產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)中試管苗繁殖的階段，可以選擇不同的培養(yǎng)基進行組培擴繁。如要在短期內在進行大量繁殖，需要較多的可嫁接的外植體，可選用M2處理，結合自然光光照培養(yǎng)室，這種培養(yǎng)方式下試管苗的生長速度、莖段數(shù)、株高適合快速擴繁。每年的9月份至第二年5月份是馬鈴薯試管苗繁殖的黃金時間，可以大量應用，降低成本。M1處理繁殖的試管苗主要用于實驗室保存的核心種質、基礎苗和其他生物學實驗。

5 課題規(guī)劃

由于目前試驗結果僅為簡單的對比分析，還不能系統(tǒng)分析證明，利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)來證明試驗結果的可靠性。下一步，繼續(xù)完善試驗設計方案，豐富試驗處理因素，增加液體培養(yǎng)，在本試驗的基礎上減去瓊脂，人工光源中增加LED光源，增加蒸餾水與自來水、不同光源及液體培養(yǎng)對馬鈴薯試管苗生長的影響。按照科學的統(tǒng)計分析方法，得出更為科學嚴謹?shù)脑囼灲Y果用于指導試管苗的擴繁。

6 試驗創(chuàng)新點

馬鈴薯脫毒試管苗的低成本研究結果有效地促進了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本試驗采取的培養(yǎng)基成分減量化，配合自然光照培養(yǎng)室，進行開放環(huán)境下的培養(yǎng)，研究手段簡單易行，可用于偏遠山區(qū)馬鈴薯的脫毒繁育，具有一定的創(chuàng)新性。