一種基于馬鈴薯高效低成本培養技術研究

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

馬鈴薯是一種營養豐富，糧、菜兼用的高產作物，主要種植區域涵蓋了我國大部分地區。甘肅省是國家重要的馬鈴薯種薯及商品薯產區之一，種植面積達1083萬畝。脫毒種薯快繁技術是我國馬鈴薯產業發展的關鍵技術，脫毒苗的組織培養是種薯繁育體系的重要環節，其培養效率與品種的基因型、培養條件、培養技術密切相關，而培養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業的快速發展。

馬鈴薯脫毒苗的組織培養體系經過幾十年的使用，普遍存在：耗電量大、日光燈壽命太短、工廠化培養車間機械化水平低，生產成本過高的問題。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、簡化培養基成分，選定快餐業專用的馬鈴薯品種-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體系，用于馬鈴薯種薯生產的實踐。

2 材料與方法

2.1 供試材料

供試品種為甘肅省農業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 培養基與 1/2 MS 培養基的比較試驗

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

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

取M1、M2培養基各30瓶，接種的外植體用帶一個葉片的單節莖段，腋芽朝上插在培養基上，每瓶8個莖段。接好的材料放入25 ℃，3000lx，光照時間16 h/d的培養條件下培養20 d。當苗高7 cm左右時，2種培養基各取5瓶，觀察其株高、莖粗、有效節數、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節中試驗處理為對象，設置在日光培養室、自然光照培養室二種處理，每種處理30瓶，培養30 d，當苗高8 cm左右時，各取10瓶，統計其株高、莖粗、有效節數、最大葉片長等植物學性狀。

3 實驗內容

3.1 培養基的配制

按照MS培養基的配置辦法，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培養液和1200 mL 1/2MS溶液，按照標準加入瓊脂待分裝。

3.2 培養基 PH值的調節

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

3.3 培養基的分裝

將配制好的培養基分裝到250 mL三角形瓶中，封口。

3.4 培養基的滅菌

于121 ℃，將分裝好的培養基放到高壓滅菌鍋中進行滅菌。

3.5 培養基的接種

完成滅菌的培養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基中，每瓶擴繁8個帶腋芽的莖段。

3.6 培養

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

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培養基中的幼苗平均主根更長。

圖3 幼苗平均根數

圖3為在不同情況下培養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培養基中的幼苗平均根數更多。

圖4 幼苗平均莖段

圖4為在不同情況下培養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培養基中的幼苗平均莖段更多。

從統計數據和表格中發現：M1處理下的脫毒試管苗，兩種光照處理的株高差異顯著，日光燈管培養條件下，株高略高于自然光源的培養；M2處理下馬鈴薯試管苗株高，在兩種培養方式下，株高差異明顯，日光燈培養的試管苗高度顯著低于自然光照培養下的試管苗高度；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，日光燈管培養效果好于自然光培養條件。

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

平均莖段數最多的是日光燈照射下的M2處理下繁殖的幼苗。莖段數的多少決定試管苗擴繁剪取外植體的數量，根據統計數據表明培養基簡化處理的莖段數高于M1處理，從節約成本的角度考慮，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模生產。同時從形態學觀察上還發現：日光培養的試管苗顏色濃綠、葉子變大，莖粗，是有利于后期移栽的重要參考，因此，簡化培養基的處理(M2)加上自然光照的培養，這種繁育技術具有高效低成本的特點，適合大規模生產應用。

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，通過降低基本培養基成分，在不同光照培養條件下，定期調查試管苗形態特征，通過重復驗證，研究結果表明試管苗接種后其株高、主根長、根數及莖粗均受培養基成分及光照條件的影響。

通過分析數據和試管苗形態學對比調查，得到如下研究結論：馬鈴薯試管苗的生產完全可實現周年生產。根據生產中試管苗繁殖的階段，可以選擇不同的培養基進行組培擴繁。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室，這種培養方式下試管苗的生長速度、莖段數、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 課題規劃

由于目前試驗結果僅為簡單的對比分析，還不能系統分析證明，利用統計數據來證明試驗結果的可靠性。下一步，繼續完善試驗設計方案，豐富試驗處理因素，增加液體培養，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對馬鈴薯試管苗生長的影響。按照科學的統計分析方法，得出更為科學嚴謹的試驗結果用于指導試管苗的擴繁。

6 試驗創新點

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業的發展。本試驗采取的培養基成分減量化，配合自然光照培養室，進行開放環境下的培養，研究手段簡單易行，可用于偏遠山區馬鈴薯的脫毒繁育，具有一定的創新性。