對甘薯快繁體系的優化

任清銘，王 喆，2，趙 娟，王育選，張 彬，2，3

（1.山西農業大學農學院，山西太谷030801；2.山西農業大學生物工程研究所，山西太谷030801；3.雜糧種質資源發掘與遺傳改良山西省重點實驗室，山西太原030031）

甘薯是我國四大主要糧食作物之一，也是飼料和輕工業的重要原料。但甘薯是無性繁殖作物，在種植過程中極易感染病毒，目前，在甘薯上主要通過莖尖分生組織培養來脫離病毒，因此，甘薯的脫毒和快速繁殖成為甘薯產業發展的一個必不可少的環節[1-3]。

自20 世紀末期NIELSEN[4]報道用甘薯莖尖分生組織培育出無病毒植株后，國內外掀起了甘薯病毒病防治和甘薯組培快繁研究的熱潮[1-3，5-6]。一種合理的快速繁殖方式不僅可以節約大量的成本，同時還能大幅縮減脫毒甘薯種苗投入到實際生產中所需要的時間，但是相關研究目前都未達到理想的效果[1-2，7-9]。

本研究通過探索各種外源激素作用于甘薯的不同部位時對其各生長階段的影響，旨在優化甘薯脫毒苗的快繁體系，為甘薯的工廠化快速繁殖提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為紅東和秦薯5 號的脫毒苗。

1.2 試驗方法

表1 培養基配方 mg/L

先將培養基中的種苗在MS 培養基上繼代培養，然后選擇生長狀況良好的試管苗，分別切取它的莖尖、主莖（主莖的切取分2 種方式，一種為雙葉莖段，一種為單葉莖段），長度為1.5～2.0 cm。在MS基本培養基上分別添加不同質量濃度的NAA（0.2，0.4，0.6，0.8 mg/L）、6-BA（0.2，0.4，0.6，0.8 mg/L）和IAA（0.2，0.4，0.6，0.8 mg/L）（表1）。以MS 基礎培養基作為對照，瓊脂用量5 g/L，蔗糖用量30 g/L，pH 值為5.8。

將接種后的培養基置于光照強度為2 000～3 000 lx、光照時間為14 h/d、溫度為25 ℃且相對濕度在70%的日光培養室中。每個處理接種20 個材料，重復3 次，結果取平均值，并以各階段的顯著特征來表示其生長狀況。前7 d 每天觀察并記錄其在細微處的變化，之后每5 d 記錄一次它們的詳細變化，直到它們最后一株有能力分化成完整植株的植株分化完成為止。記錄數據并對其結果進行整理分析。

1.3 測定項目及方法

試驗分別測定不同品種不同處理的生根時間、成苗時間和成苗率，并計算其繁殖系數。其中，成苗標準為擁有完整植株體系且具有5 片及5 片以上展開的葉片；成苗時間為每次試驗最后一株可分化成完整植株的植株達到標準的平均時間；生根時間為每次試驗可以達到成苗標準的植株里面最晚發根的植株生根所需時間的平均值。

1.4 數據處理

采用Excel 2016 軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同外源激素對秦薯5 號快速繁殖的影響

從表2，3，4 可以看出，在對秦薯5 號不同接種部位進行不同激素處理后，其雙葉莖段的成苗時間和生根時間最短，成苗率最高，但由于是以甘薯的雙葉莖段作為繼代的材料，所以其繁殖系數較低；單葉莖段的成苗時間與莖尖比較接近，但其生根時間要略短于莖尖，雖然其成苗率略低于雙葉莖段，但是其繁殖系數最高。莖尖的生根時間是所選部位中最長的，同時其成苗率也是最低的，在前期生長過程中底部容易膨大生成愈傷組織，從而影響其后期的生長發育。

表2 不同激素對秦薯5 號莖尖快速繁殖的影響

表3 不同激素對秦薯5 號雙葉莖段快速繁殖的影響

表4 不同激素對秦薯5 號單葉莖段快速繁殖的影響

一定濃度的IAA 對秦薯5 號的成苗時間、生根時間、成苗率和繁殖系數都有所促進作用，其中，以0.2 mg/L 處理效果最佳，隨著IAA 質量濃度的遞增促進效果減弱，當IAA 質量濃度達到0.6 mg/L 時開始呈現出抑制的效果。6-BA 對莖尖的生根時間影響最為明顯，嚴重抑制了莖尖前期的生根，同時莖尖底部會先膨大生成愈傷組織（圖1，2），嚴重影響了莖尖的成苗效果；當6-BA 質量濃度達到0.8 mg/L 時各部位的繁殖系數最低，嚴重影響了甘薯的繼代培養。NAA 對秦薯5 號各部位繼代培養的效果最差，基本上都起抑制作用，當NAA 質量濃度到達0.8 mg/L時秦薯5 號的成苗時間和生根時間均最長。

因此，IAA 對秦薯5 號的快速繁殖效果最為明顯，結合生長素的特性（生長素濃度較低時可促進植物生長，濃度相對較高時會抑制生長，同一植株不同部位的細胞對生長素的敏感度不同）可以判斷，當IAA 質量濃度低于0.6 mg/L 時，MS＋IAA 培養基對秦薯5 號的快速繁殖具有促進作用。本試驗中，0.2 mg/L 的IAA 處理雙葉莖段的生長速度最快，但從生產角度來講，以0.2 mg/L 的IAA 來處理單葉莖段，其繁殖速度最快，同時其經濟效益也最好。

2.2 不同外源激素對紅東快速繁殖的影響

由表5，6，7 可知，在對紅東的不同接種部位進行不同激素處理后，紅東雙葉莖段的成苗時間和生根時間上的優勢與秦薯5 號相同，繁殖系數同樣較低，無法實現生產上的快速繁殖。而且紅東的單葉莖段快繁和莖尖在各方面都出現了問題，不過單葉 莖段的繁殖系數依然最高。

表5 不同外源激素對紅東莖尖快速繁殖的影響

表6 不同外源激素對紅東雙葉莖段快速繁殖的影響

表7 不同外源激素對紅東單葉莖段快速繁殖的影響

與秦薯5 號相反，對于紅東快速繁殖效果最好的是NAA，所有添加了NAA 的處理，其成苗時間、生根時間都有所縮短，且成苗率都有一定幅度的提升。在NAA 質量濃度為0.4 mg/L 時，效果最為顯著，特別是對于莖尖繼代，其生根時間、成苗率、成苗時間基本都達到本試驗的最優值。IAA 只有在最低質量濃度（0.2 mg/L）時對雙葉莖段有促進作用，其余濃度處理都對紅東的繼代培養產生了抑制作用，使成苗時間和生根時間延長，成苗率和繁殖系數降低。6-BA 對紅東的效果與秦薯5 號相差不大，都是低質量濃度（0.2 mg/L）時促進，然后隨著質量濃度的增加促進效果減弱，在到達一定質量濃度（0.4 mg/L）時呈現為抑制作用，不過抑制效果要低于IAA。

從生長狀況來講，紅東雙葉莖段在MS＋0.4 mg/L NAA 的培養基上效果最好，但從生產的角度來講，紅東單葉莖段在MS＋0.2 mg/L NAA 的培養基上快速繁殖效果最佳。雖然高濃度的6-BA 抑制了植株的生根和成苗，但是它在繼代以后可以促進芽的生長，不過容易生成愈傷組織，最后會成為底部帶有部分愈傷的成苗（圖3，4），因此，可以考慮用低濃度的6-BA 搭配其他激素使用。

3 結論與討論

甘薯的快速繁殖一般以無激素的MS 基本培養基為主，周期一般為30 d 左右[8-10]，而且現在甘薯的組織培養已經發展得較為成熟，可以從莖、葉柄、葉片、花藥、子房以及塊根等部位進行培養[11-12]，只是芽的分化率和植株再生頻率都比較低，如果在甘薯快速繁殖的過程中加入合適的生長素類似物，會在一定程度上促進植株的生根和成苗，但由于植物不同品種對生長素類似物的敏感程度不同，所以需要提前對其進行篩選，找到合適的外源激素濃度配比培養基來適應甘薯外植體全能性的表達，從而提升甘薯芽的分化率和植株再生頻率[10]。孟令文[13]研究表明，激素促進外植體快速生長的機制可能是因為加入了生長素類物質后加速了甘薯的生根，而根的形成又促進了植株對營養物質的吸收，從而優化了植株的生長。

根據秦梅等[11]和謝穎[14]的研究，在MS 培養基內加入6-BA 后會使莖段下部形成愈傷組織，減少生根數，延長生根時間，導致植株生長緩慢、成苗率降低。本次試驗在MS 基礎培養基中添加6-BA 后雖然生根緩慢，生長前期底部會先形成愈傷組織，但卻有利于腋芽的萌發，若此培養基加入抑制愈傷組織形成的激素可能會效果更好。從生產的角度來講，追求操作簡單、成本低廉，多種激素的配合使用固然會效果顯著，可是其違背了生產的原則，所以暫時不作考慮。

張寶紅等[15]研究表明，在塊根植物組織培養過程中發現添加細胞分裂素類物質（KT、ZT、6-BA等），可以在促進根形成的同時抑制芽的生成。朱愛科等[16]研究表明，高濃度的6-BA 抑制了根的發生，也未能促進芽的分化，提高細胞分裂素濃度也未有芽的形成?？墒潜驹嚢l現，微量細胞分裂素類物質不僅可以促進根的形成，同時還能促進芽的生成?？赡苁且驗檫x擇的品種存在差異，因此結果不同。

本試驗中，IAA 和NAA 在不同的品種中表現出不同的優勢，而孫榕[10]和蔣明權[17]曾研究得出過這2 種激素對甘薯的促進作用的結論。雖然這2 種激素對試驗中這2 個品種的敏感度不同，但都起到了促進作用，結合生長素的特性可以推斷出，秦薯5 號對NAA 比較敏感，紅東對IAA 比較敏感，可能是因為生長素類似物NAA 是由人工合成、功能與生長素相似的化合物，其與生長素的作用過程有一定的差異。根據生長素的酸生長學說和基因表達學說[22]，其中有生長素與受體結合的過程，可能是在此過程中生長素和生長素類似物與受體的結合存在一定的差異性，從而導致不同品種對NAA 和IAA的敏感度不同。

徐飛等[18]研究表明，在使用外源激素時，其效果受植物內源激素的種類、分布及濃度的影響。而甘薯品種和繼代的部位不同，也就意味著其內源激素的種類、濃度及分布存在著差異，這也可以作為2 個品種在面對同一種外源激素時表現出不同的現象的依據。

本研究結果表明，對于秦薯5 號來說，以MS＋0.2 mg/L 的IAA 作為單葉莖段培養基，其繁殖速度最快，與MS 培養基相比，繁殖系數增長了7.0%，成苗時間縮短了6.3%，生根時間縮短了46.5%，成苗率增長了5.9%。而對于紅東來說，單葉莖段在MS＋0.2 mg/L NAA 的培養基上快速繁殖效果最佳，繁殖系數增長了6.7%，成苗時間縮短了18.5%，生根時間縮短了27.0%，成苗率增長了5.6%。相比關崇梅[8]、謝穎[14]、周志林等[19]、趙秀芳[20]、孫光澤等[21]的研究結果，本研究在成苗時間、生根時間和成苗率等方面都有了顯著的提升。