对甘薯快繁体系的优化

任清铭，王 喆，2，赵 娟，王育选，张 彬，2，3

（1.山西农业大学农学院，山西太谷030801；2.山西农业大学生物工程研究所，山西太谷030801；3.杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室，山西太原030031）

甘薯是我国四大主要粮食作物之一，也是饲料和轻工业的重要原料。但甘薯是无性繁殖作物，在种植过程中极易感染病毒，目前，在甘薯上主要通过茎尖分生组织培养来脱离病毒，因此，甘薯的脱毒和快速繁殖成为甘薯产业发展的一个必不可少的环节[1-3]。

自20 世纪末期NIELSEN[4]报道用甘薯茎尖分生组织培育出无病毒植株后，国内外掀起了甘薯病毒病防治和甘薯组培快繁研究的热潮[1-3，5-6]。一种合理的快速繁殖方式不仅可以节约大量的成本，同时还能大幅缩减脱毒甘薯种苗投入到实际生产中所需要的时间，但是相关研究目前都未达到理想的效果[1-2，7-9]。

本研究通过探索各种外源激素作用于甘薯的不同部位时对其各生长阶段的影响，旨在优化甘薯脱毒苗的快繁体系，为甘薯的工厂化快速繁殖提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为红东和秦薯5 号的脱毒苗。

1.2 试验方法

表1 培养基配方 mg/L

先将培养基中的种苗在MS 培养基上继代培养，然后选择生长状况良好的试管苗，分别切取它的茎尖、主茎（主茎的切取分2 种方式，一种为双叶茎段，一种为单叶茎段），长度为1.5～2.0 cm。在MS基本培养基上分别添加不同质量浓度的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 基础培养基作为对照，琼脂用量5 g/L，蔗糖用量30 g/L，pH 值为5.8。

将接种后的培养基置于光照强度为2 000～3 000 lx、光照时间为14 h/d、温度为25 ℃且相对湿度在70%的日光培养室中。每个处理接种20 个材料，重复3 次，结果取平均值，并以各阶段的显著特征来表示其生长状况。前7 d 每天观察并记录其在细微处的变化，之后每5 d 记录一次它们的详细变化，直到它们最后一株有能力分化成完整植株的植株分化完成为止。记录数据并对其结果进行整理分析。

1.3 测定项目及方法

试验分别测定不同品种不同处理的生根时间、成苗时间和成苗率，并计算其繁殖系数。其中，成苗标准为拥有完整植株体系且具有5 片及5 片以上展开的叶片；成苗时间为每次试验最后一株可分化成完整植株的植株达到标准的平均时间；生根时间为每次试验可以达到成苗标准的植株里面最晚发根的植株生根所需时间的平均值。

1.4 数据处理

采用Excel 2016 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同外源激素对秦薯5 号快速繁殖的影响

从表2，3，4 可以看出，在对秦薯5 号不同接种部位进行不同激素处理后，其双叶茎段的成苗时间和生根时间最短，成苗率最高，但由于是以甘薯的双叶茎段作为继代的材料，所以其繁殖系数较低；单叶茎段的成苗时间与茎尖比较接近，但其生根时间要略短于茎尖，虽然其成苗率略低于双叶茎段，但是其繁殖系数最高。茎尖的生根时间是所选部位中最长的，同时其成苗率也是最低的，在前期生长过程中底部容易膨大生成愈伤组织，从而影响其后期的生长发育。

表2 不同激素对秦薯5 号茎尖快速繁殖的影响

表3 不同激素对秦薯5 号双叶茎段快速繁殖的影响

表4 不同激素对秦薯5 号单叶茎段快速繁殖的影响

一定浓度的IAA 对秦薯5 号的成苗时间、生根时间、成苗率和繁殖系数都有所促进作用，其中，以0.2 mg/L 处理效果最佳，随着IAA 质量浓度的递增促进效果减弱，当IAA 质量浓度达到0.6 mg/L 时开始呈现出抑制的效果。6-BA 对茎尖的生根时间影响最为明显，严重抑制了茎尖前期的生根，同时茎尖底部会先膨大生成愈伤组织（图1，2），严重影响了茎尖的成苗效果；当6-BA 质量浓度达到0.8 mg/L 时各部位的繁殖系数最低，严重影响了甘薯的继代培养。NAA 对秦薯5 号各部位继代培养的效果最差，基本上都起抑制作用，当NAA 质量浓度到达0.8 mg/L时秦薯5 号的成苗时间和生根时间均最长。

因此，IAA 对秦薯5 号的快速繁殖效果最为明显，结合生长素的特性（生长素浓度较低时可促进植物生长，浓度相对较高时会抑制生长，同一植株不同部位的细胞对生长素的敏感度不同）可以判断，当IAA 质量浓度低于0.6 mg/L 时，MS＋IAA 培养基对秦薯5 号的快速繁殖具有促进作用。本试验中，0.2 mg/L 的IAA 处理双叶茎段的生长速度最快，但从生产角度来讲，以0.2 mg/L 的IAA 来处理单叶茎段，其繁殖速度最快，同时其经济效益也最好。

2.2 不同外源激素对红东快速繁殖的影响

由表5，6，7 可知，在对红东的不同接种部位进行不同激素处理后，红东双叶茎段的成苗时间和生根时间上的优势与秦薯5 号相同，繁殖系数同样较低，无法实现生产上的快速繁殖。而且红东的单叶茎段快繁和茎尖在各方面都出现了问题，不过单叶 茎段的繁殖系数依然最高。

表5 不同外源激素对红东茎尖快速繁殖的影响

表6 不同外源激素对红东双叶茎段快速繁殖的影响

表7 不同外源激素对红东单叶茎段快速繁殖的影响

与秦薯5 号相反，对于红东快速繁殖效果最好的是NAA，所有添加了NAA 的处理，其成苗时间、生根时间都有所缩短，且成苗率都有一定幅度的提升。在NAA 质量浓度为0.4 mg/L 时，效果最为显著，特别是对于茎尖继代，其生根时间、成苗率、成苗时间基本都达到本试验的最优值。IAA 只有在最低质量浓度（0.2 mg/L）时对双叶茎段有促进作用，其余浓度处理都对红东的继代培养产生了抑制作用，使成苗时间和生根时间延长，成苗率和繁殖系数降低。6-BA 对红东的效果与秦薯5 号相差不大，都是低质量浓度（0.2 mg/L）时促进，然后随着质量浓度的增加促进效果减弱，在到达一定质量浓度（0.4 mg/L）时呈现为抑制作用，不过抑制效果要低于IAA。

从生长状况来讲，红东双叶茎段在MS＋0.4 mg/L NAA 的培养基上效果最好，但从生产的角度来讲，红东单叶茎段在MS＋0.2 mg/L NAA 的培养基上快速繁殖效果最佳。虽然高浓度的6-BA 抑制了植株的生根和成苗，但是它在继代以后可以促进芽的生长，不过容易生成愈伤组织，最后会成为底部带有部分愈伤的成苗（图3，4），因此，可以考虑用低浓度的6-BA 搭配其他激素使用。

3 结论与讨论

甘薯的快速繁殖一般以无激素的MS 基本培养基为主，周期一般为30 d 左右[8-10]，而且现在甘薯的组织培养已经发展得较为成熟，可以从茎、叶柄、叶片、花药、子房以及块根等部位进行培养[11-12]，只是芽的分化率和植株再生频率都比较低，如果在甘薯快速繁殖的过程中加入合适的生长素类似物，会在一定程度上促进植株的生根和成苗，但由于植物不同品种对生长素类似物的敏感程度不同，所以需要提前对其进行筛选，找到合适的外源激素浓度配比培养基来适应甘薯外植体全能性的表达，从而提升甘薯芽的分化率和植株再生频率[10]。孟令文[13]研究表明，激素促进外植体快速生长的机制可能是因为加入了生长素类物质后加速了甘薯的生根，而根的形成又促进了植株对营养物质的吸收，从而优化了植株的生长。

根据秦梅等[11]和谢颖[14]的研究，在MS 培养基内加入6-BA 后会使茎段下部形成愈伤组织，减少生根数，延长生根时间，导致植株生长缓慢、成苗率降低。本次试验在MS 基础培养基中添加6-BA 后虽然生根缓慢，生长前期底部会先形成愈伤组织，但却有利于腋芽的萌发，若此培养基加入抑制愈伤组织形成的激素可能会效果更好。从生产的角度来讲，追求操作简单、成本低廉，多种激素的配合使用固然会效果显著，可是其违背了生产的原则，所以暂时不作考虑。

张宝红等[15]研究表明，在块根植物组织培养过程中发现添加细胞分裂素类物质（KT、ZT、6-BA等），可以在促进根形成的同时抑制芽的生成。朱爱科等[16]研究表明，高浓度的6-BA 抑制了根的发生，也未能促进芽的分化，提高细胞分裂素浓度也未有芽的形成。可是本试发现，微量细胞分裂素类物质不仅可以促进根的形成，同时还能促进芽的生成。可能是因为选择的品种存在差异，因此结果不同。

本试验中，IAA 和NAA 在不同的品种中表现出不同的优势，而孙榕[10]和蒋明权[17]曾研究得出过这2 种激素对甘薯的促进作用的结论。虽然这2 种激素对试验中这2 个品种的敏感度不同，但都起到了促进作用，结合生长素的特性可以推断出，秦薯5 号对NAA 比较敏感，红东对IAA 比较敏感，可能是因为生长素类似物NAA 是由人工合成、功能与生长素相似的化合物，其与生长素的作用过程有一定的差异。根据生长素的酸生长学说和基因表达学说[22]，其中有生长素与受体结合的过程，可能是在此过程中生长素和生长素类似物与受体的结合存在一定的差异性，从而导致不同品种对NAA 和IAA的敏感度不同。

徐飞等[18]研究表明，在使用外源激素时，其效果受植物内源激素的种类、分布及浓度的影响。而甘薯品种和继代的部位不同，也就意味着其内源激素的种类、浓度及分布存在着差异，这也可以作为2 个品种在面对同一种外源激素时表现出不同的现象的依据。

本研究结果表明，对于秦薯5 号来说，以MS＋0.2 mg/L 的IAA 作为单叶茎段培养基，其繁殖速度最快，与MS 培养基相比，繁殖系数增长了7.0%，成苗时间缩短了6.3%，生根时间缩短了46.5%，成苗率增长了5.9%。而对于红东来说，单叶茎段在MS＋0.2 mg/L NAA 的培养基上快速繁殖效果最佳，繁殖系数增长了6.7%，成苗时间缩短了18.5%，生根时间缩短了27.0%，成苗率增长了5.6%。相比关崇梅[8]、谢颖[14]、周志林等[19]、赵秀芳[20]、孙光泽等[21]的研究结果，本研究在成苗时间、生根时间和成苗率等方面都有了显著的提升。