一种基于马铃薯高效低成本培养技术研究

毛一博，陈心之，许 萌，田雅萱

(兰州市第五十八中学，甘肃 兰州 730060)

1 研究背景及选题意义

马铃薯是一种营养丰富，粮、菜兼用的高产作物，主要种植区域涵盖了我国大部分地区。甘肃省是国家重要的马铃薯种薯及商品薯产区之一，种植面积达1083万亩。脱毒种薯快繁技术是我国马铃薯产业发展的关键技术，脱毒苗的组织培养是种薯繁育体系的重要环节，其培养效率与品种的基因型、培养条件、培养技术密切相关，而培养条件和技术是决定脱毒苗成本的重要因素。20世纪90年代起，科学家就开始这项研究，并取得了突破，极大地促进了马铃薯产业的快速发展。

马铃薯脱毒苗的组织培养体系经过几十年的使用，普遍存在：耗电量大、日光灯寿命太短、工厂化培养车间机械化水平低，生产成本过高的问题。在查阅文献的基础上，进行验证性试验，设置在不同光照条件、简化培养基成分，选定快餐业专用的马铃薯品种-大西洋脱毒苗为试验材料，提出一套马铃薯试管苗高效低成本的培养体系，用于马铃薯种薯生产的实践。

2 材料与方法

2.1 供试材料

供试品种为甘肃省农业科学院马铃薯研究所齐恩芳研究员保存的大西洋脱毒试管苗。

2.2 方法

2.2.1 MS 培养基与 1/2 MS 培养基的比较试验

培养基是马铃薯脱毒试管苗生长的主要载体，适宜的培养条件才能提高茎段的成活率，因此制备高质量的培养基是马铃薯试管苗扩繁的一个关键技术环节。

本试验中以MS培养基为基本培养基，配制如下处理。M1培养基：MS基本培养基+3%白砂糖+ 0.5%琼脂粉+蒸馏水。M2培养基：1/2MS培养基+3%白砂糖+0.5%琼脂粉+蒸馏水。其中，1/2MS培养基是指MS培养基中微量元素取正常量的1/2所配制得到的培养基。

取M1、M2培养基各30瓶，接种的外植体用带一个叶片的单节茎段，腋芽朝上插在培养基上，每瓶8个茎段。接好的材料放入25 ℃，3000lx，光照时间16 h/d的培养条件下培养20 d。当苗高7 cm左右时，2种培养基各取5瓶，观察其株高、茎粗、有效节数、最大叶片长等植物学性状。

2.2.2 不同光照条件对马铃薯脱毒试管苗生长的影响

本研究中以2.2.1节中试验处理为对象，设置在日光培养室、自然光照培养室二种处理，每种处理30瓶，培养30 d，当苗高8 cm左右时，各取10瓶，统计其株高、茎粗、有效节数、最大叶片长等植物学性状。

3 实验内容

3.1 培养基的配制

按照MS培养基的配置办法，依次加入大量元素、微量元素、铁盐、钙盐等，琼脂是在培养基熬制过程中添加，碳源用白砂糖代替蔗糖，配制1200 mL MS培养液和1200 mL 1/2MS溶液，按照标准加入琼脂待分装。

3.2 培养基 PH值的调节

培养基加热熬化后，用玻璃棒搅拌均匀后，用pH试纸测定培养基的pH值，培养基的pH值调到5.8。

3.3 培养基的分装

将配制好的培养基分装到250 mL三角形瓶中，封口。

3.4 培养基的灭菌

于121 ℃，将分装好的培养基放到高压灭菌锅中进行灭菌。

3.5 培养基的接种

完成灭菌的培养基取出后静置一定的时间，完全冷却后方可进行接种。接种时先进行器具的消毒，把经过灭菌的镊子、剪刀放到酒精灯下进行高温灭菌，操作人员的手臂都要提前进行无菌处理。将剪去大西洋马铃薯脱毒试管苗带叶芽的茎段，用镊子将其扦插放到不同的培养基中，每瓶扩繁8个带腋芽的茎段。

3.6 培养

将接种好的试管苗，放到不同的培养环境条件下。一部分放置在自然光下进行培养，一部分放置在日光灯下进行培养。每隔 7 d进行形态学观察，20 d后进行统计及形态学比较。

4 结果与讨论

4.1 试验结果

日光灯照射条件下与自然光照射条件下，M1与M2培养基比较实验结果，分别对一段时间后不同材料生长情况进行测量，计算平均值，结果见图1～4。

图1 幼苗平均株高

图1为在不同情况下培养20天的马铃薯脱毒苗生长情况，由图可知自然灯光下生长的1/2MS培养基中的幼苗平均株高更长。

图2 幼苗平均主根长

图2为在不同情况下培养20 d的马铃薯脱毒苗生长情况，由图可知自然灯光下生长的MS培养基中的幼苗平均主根更长。

图3 幼苗平均根数

图3为在不同情况下培养20 d的马铃薯脱毒苗生长情况，由图可知日光灯下生长的MS培养基中的幼苗平均根数更多。

图4 幼苗平均茎段

图4为在不同情况下培养20 d的马铃薯脱毒苗生长情况，由图可知在日光灯下生长的1/2MS培养基中的幼苗平均茎段更多。

从统计数据和表格中发现：M1处理下的脱毒试管苗，两种光照处理的株高差异显著，日光灯管培养条件下，株高略高于自然光源的培养；M2处理下马铃薯试管苗株高，在两种培养方式下，株高差异明显，日光灯培养的试管苗高度显著低于自然光照培养下的试管苗高度；M2处理下的试管苗高度高于M1处理；主根长度M1处理显著长于M2处理；幼苗平均主根长M1处理优于M2处理；M2处理下主根长在不同光照的条件下也有差异，日光灯管培养效果好于自然光培养条件。

幼苗平均根数是确定试管苗移栽成活率的关键因素之一，因此平均根数也是判断试管苗质量优劣的一个重要参考。统计数据显示，M2处理下两种光源培养试管苗的根数差异不显著，完全符合移栽的标准，因此M1处理下，自然光照条件培养的试管苗根数少于日光培养，但是日光灯培养的成本显著高于自然光照培养，因此M2处理适合大规模的生产。

平均茎段数最多的是日光灯照射下的M2处理下繁殖的幼苗。茎段数的多少决定试管苗扩繁剪取外植体的数量，根据统计数据表明培养基简化处理的茎段数高于M1处理，从节约成本的角度考虑，大量繁殖可采取M2处理，完全可以满足马铃薯试管苗的大规模生产。同时从形态学观察上还发现：日光培养的试管苗颜色浓绿、叶子变大，茎粗，是有利于后期移栽的重要参考，因此，简化培养基的处理(M2)加上自然光照的培养，这种繁育技术具有高效低成本的特点，适合大规模生产应用。

4.2 分析讨论

本研究以大西洋马铃薯脱毒试管苗为试验材料，通过降低基本培养基成分，在不同光照培养条件下，定期调查试管苗形态特征，通过重复验证，研究结果表明试管苗接种后其株高、主根长、根数及茎粗均受培养基成分及光照条件的影响。

通过分析数据和试管苗形态学对比调查，得到如下研究结论：马铃薯试管苗的生产完全可实现周年生产。根据生产中试管苗繁殖的阶段，可以选择不同的培养基进行组培扩繁。如要在短期内在进行大量繁殖，需要较多的可嫁接的外植体，可选用M2处理，结合自然光光照培养室，这种培养方式下试管苗的生长速度、茎段数、株高适合快速扩繁。每年的9月份至第二年5月份是马铃薯试管苗繁殖的黄金时间，可以大量应用，降低成本。M1处理繁殖的试管苗主要用于实验室保存的核心种质、基础苗和其他生物学实验。

5 课题规划

由于目前试验结果仅为简单的对比分析，还不能系统分析证明，利用统计数据来证明试验结果的可靠性。下一步，继续完善试验设计方案，丰富试验处理因素，增加液体培养，在本试验的基础上减去琼脂，人工光源中增加LED光源，增加蒸馏水与自来水、不同光源及液体培养对马铃薯试管苗生长的影响。按照科学的统计分析方法，得出更为科学严谨的试验结果用于指导试管苗的扩繁。

6 试验创新点

马铃薯脱毒试管苗的低成本研究结果有效地促进了马铃薯产业的发展。本试验采取的培养基成分减量化，配合自然光照培养室，进行开放环境下的培养，研究手段简单易行，可用于偏远山区马铃薯的脱毒繁育，具有一定的创新性。