活性炭与白砂糖互作对褐苞薯蓣试管薯诱导的影响

李丽红，华树妹，陈芝华，李 清，邓才生，黄哲鸿

（三明市农业科学研究院，福建 沙县 365051）

褐苞薯蓣（Dioscorea persimilis）为薯蓣科薯蓣属植物，我国南方各地均有栽培，俗称“薯仔”“小薯”等。褐苞薯蓣在广西、福建、海南等地被作为山药地区习用品，药用与食用由来已久[1]，早在宋代的《图经本草》就有记载。福建及广西已将褐苞薯蓣收入地方药材标准，在国内外广泛使用[2-3]。褐苞薯蓣营养丰富，富含淀粉、蛋白质、氨基酸、多种矿质元素及膳食纤维，具有健脾养胃、补肺气、益肾精、滋补强壮的功能。近年来，一些学者就其化学成分及药理活性成分进行了研究[4]，进一步揭示了其作为山药食用和药用的依据。因此，褐苞薯蓣的需求量进一步增加，与其相关的研究也越来越受到重视。

褐苞薯蓣为无性繁殖植物，长期无性繁殖导致一些优良品种严重退化，迫切需要对其进行改良。目前，山药生产中主要通过零余子繁殖复壮技术保存山药品种，但褐苞薯蓣类型山药具有不结实零余子的特性，无法通过此方法复壮。笔者所在团队多年来一直致力于褐苞薯蓣类型山药品种的改良和复壮研究，且前期研究表明，组培的方法可以有效改善褐苞薯蓣的品质并提高产量[5]。但由于组培苗出瓶受季节限制，移栽还需要一定的设施和技术，且栽植过程繁琐、时间长、运输不便，这些因素大大限制了组培复壮技术在生产上的应用与推广。离体培养试管薯，将试管薯作为营养繁殖器官直接提供给农户，可能是解决这一问题的有效方法。自1988 年，Vander Zaay 第一次明确试管薯的定义后，试管薯已逐步应用于马铃薯种质资源保存、交换，无毒种薯的生产、运输以及基因工程研究中基因转移的受体等[6]，但国内关于山药试管薯诱导形成的研究起步较晚。2000 年，以李明军为首的科研团队首次报道了怀山药微型块茎的离体诱导方法[7]，并相继研究了2,4-D、NAA、PP333、KT、6-BA 以及碳源、氮源和光质等因素对怀山药微型块茎诱导形成的影响。之后也有学者针对脚板薯微型块茎[8]和山薯试管零余子[9-10]开展诱导研究，但对褐苞薯蓣试管薯的研究较少。在试管薯诱导研究中，也未见关于糖与活性炭互作对山药试管薯诱导影响的相关报道，而在马铃薯[11]和怀山药[12]试管薯诱导过程中均有研究表明，作为碳源的蔗糖与白砂糖诱导效果差异不显著，用白砂糖取代蔗糖，可以降低生产成本，更有利于微型块茎繁殖技术的普及和推广。因此，笔者以清流雪薯和明溪淮山2个褐苞薯蓣类型山药品种为试验材料，研究活性炭与白砂糖互作对试管薯诱导的影响，以期获得最佳的白砂糖与活性炭用量，为下一步研究工作提供依据，也为优良山药品种的改良及试管薯的推广应用提供理论支撑。

1 材料与方法

以三明市农业科学研究院旱作研究所继代培养的清流雪薯和明溪淮山组培试管苗为材料。选取整齐度一致、生长健壮的瓶苗，在无菌条件下，从距试管苗顶部3 cm 处切下，一般为2 叶一心，将其直接接种到试管薯诱导培养基中进行培养。诱导培养基以MS+KT 2.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L 为基本培养基，分别添加不同量的白砂糖（40、50、60、70、80 g/L）及活性炭（0.5、1.0 g/L），琼脂4.5 g/L，pH 值5.8～6.0，在121℃条件下高压灭菌20 min。每瓶接种8 株组培试管苗，每个处理接种3 瓶，重复3 次；培养室温度为（25±2）℃，光照时间为14 h/d。培养120 d，统计每株结薯数量、试管薯诱导率（即：试管薯的个数/接种茎段的个数×100%）、单薯重（重量＜0.1 g 的忽略不计）、不同等级试管薯数量（Ⅰ级：重量＞1.0 g；Ⅱ级：0.5～1.0 g；Ⅲ级：0.3～0.5 g；Ⅳ级：＜0.3 g）。

采用Microsoft Excel 2013 软件和DPS 7.05 数据分析软件整理和分析数据，采用LSD 判别法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同浓度活性炭与白砂糖互作对清流雪薯试管薯诱导的影响

从表1 可以看出，活性炭1.0 g/L、白砂糖40 g/L时，清流雪薯试管薯诱导率最高，达87.5%，效果最佳。当活性炭为0.5 g/L 时，随着白砂糖添加量的增加，清流雪薯试管薯诱导率未呈现明显变化规律，但Ⅰ级薯率和单薯重呈上升趋势，并在白砂糖70 g/L 时，单薯重达到最高，随后下降。活性炭添加量1.0 g/L 的各处理单薯重均高于活性炭0.5 g/L 的相应处理，Ⅳ级薯率也均低于活性炭0.5 g/L 的相应处理，说明用相同质量浓度的白砂糖为碳源，适当增加活性炭的用量可以促进试管薯的增大。

表1 不同浓度活性炭与白砂糖互作对清流雪薯试管薯诱导的影响

方差分析结果（表2）表明，不同浓度活性炭对清流雪薯单薯重的影响极显著（P＜0.01），对Ⅱ级薯率、Ⅳ级薯率影响显著（P＜0.05）；不同浓度的白砂糖仅对Ⅰ级薯率的影响显著。活性炭与白砂糖互作对清流雪薯试管薯的诱导率、单薯重、Ⅰ级薯率、Ⅱ级薯率、Ⅲ级薯率、Ⅳ级薯率的影响均达极显著水平（P＜0.01 或P＜0.001）。

表2 不同浓度活性炭与白砂糖互作对清流雪薯试管薯诱导影响的显著性测验

2.2 不同浓度活性炭与白砂糖互作对明溪淮山试管薯诱导的影响

从表3 中可以看出，活性炭添加量为 0.5 g/L 时，随着白砂糖添加量的增加，明溪淮山试管薯的诱导率呈先上升后下降的趋势。当活性炭添加量为1.0 g/L时，随着白砂糖添加量的增加，明溪淮山试管薯的诱导率无明显变化规律，单薯重在白砂糖添加量为40～70 g/L之间时，呈明显上升趋势，但当白砂糖添加量达到80 g/L 时，单薯重急剧下降，其原因是由于该处理在植株上部叶腋间形成许多圆球形的气生块茎，体积小、重量轻，大大降低了单薯重。明溪淮山在活性炭1.0 g/L、白砂糖80 g/L 时，试管薯诱导率最高，与活性炭0.5 g/L、白砂糖60 g/L 处理之间差异不显著，但活性炭0.5 g/L、白砂糖60 g/L 处理的单薯重显著重于活性炭1.0 g/L、白砂糖80 g/L 处理的，故明溪淮山在活性炭0.5g/L、白砂糖60 g/L 时效果最佳。

表3 不同浓度活性炭与白砂糖互作对明溪淮山试管薯诱导的影响

方差分析结果（表4）表明，不同浓度活性炭、不同浓度白砂糖对明溪淮山各结薯指标的影响均不显著，但活性炭与白砂糖互作对试管薯的单薯重、Ⅱ级薯率、Ⅲ级薯率、Ⅳ级薯率的影响均达极显著水平（P＜0.001）。

表4 不同浓度活性炭与白砂糖互作对明溪淮山试管薯诱导影响的显著性测验

3 讨 论

前人研究表明，KT 和NAA 是诱导怀山药试管薯的最优组合，不但诱导率高，且单株数量也最多[7]。周志林等[13]的研究也证实了这一点，且进一步研究表明，在KT 浓度不变的情况下，随着生长素浓度的增加，试管薯体积增大且诱导率增高。但笔者的研究中，KT 和NAA 激素组合对试管薯诱导效果不佳，其主要原因可能是由于种间基因型差异造成的；这与试验中清流雪薯试管薯的诱导率明显高于明溪淮山试管薯诱导率的结论一致，也就是说不同种之间对同一诱导因素的反应不同，同种之间不同品系及品种的诱导条件也不尽相同。因此，关于激素对褐苞薯蓣试管薯诱导的影响还需进一步研究。

糖类作为碳源和能源，为试管苗的生长发育及微型块茎的诱导形成提供了碳架和能量[14]，无糖条件下无微块茎形成[12]，但不同种和品种的山药试管薯适宜诱导的糖浓度不同。李明军等[12]研究表明，无论碳源为白砂糖还是蔗糖，在微型块茎形成的过程中，碳源添加量为30、60 g/L 处理的微型块茎数量始终高于90、120 g/L 处理的，其中以60 g/L 的效果最佳，这与笔者研究中明溪淮山的最佳糖用量相一致。清流雪薯的最佳糖用量为40 g/L，与水山药“九斤黄”[13]的用量相当（50 g/L），而与山薯[15]的适宜用量相差较大（75 g/L），其原因除基因型外，还与试验采用的诱导培养基及培养方式有关。林红等[8]的研究表明，随着蔗糖浓度的升高，大薯微块茎诱导率呈先升高后降低的趋势。笔者的研究中白砂糖添加量与明溪淮山试管薯诱导率之间具有相同趋势，而白砂糖添加量与清流雪薯试管薯诱导率之间无明显相关关系，但2 个品种的单薯重均在一定范围内随白砂糖添加量的增加而呈明显上升趋势，这与韩晓勇等[16]的结论有相似之处。

不同品种对高糖的反应不一致，当活性炭为1.0 g/L、白砂糖达到50 g/L 时，在清流雪薯组培苗的基部形成一些类似愈伤的白色组织，并不形成试管薯，从而降低了试管薯诱导率，这说明高糖并不利于清流雪薯结薯，反而促进其基部愈伤组织的形成，其原因可能是KT 和高浓度糖共同作用的结果。前人有研究表明，在含相同浓度相同种类的生长素时，KT 有利于愈伤组织的诱导和分化[17]，另有研究表明蔗糖浓度的提高有利于愈伤组织的诱导[18]，这与该试验中发生的现象相吻合。当白砂糖达到80 g/L 时，明溪淮山腋芽点形成许多体积小、重量轻的芽球，其原因不明，还有待进一步研究。前人也曾有研究表明，高浓度蔗糖（80 g/L）有利于山薯试管零余子的发生和形成，低浓度蔗糖则有利于试管薯的诱导形成[9]，与该试验发生的现象相吻合。

活性炭对诱导马铃薯试管薯具有明显效果[19-20]，主要表现在增加了试管薯的薯重和数量。该试验中活性炭用量的增加对提高褐苞薯蓣试管薯的薯重有促进作用，但对增加试管薯数量无明显作用。其原因可能是由于活性炭的增加，促进了根系的生长，提高了植株对培养基营养成分的利用率，促进了植株体内蛋白质和糖分的合成。尤其对褐苞薯蓣来讲，组培过程中褐化现象严重，加入活性炭可以减轻褐化，减少有害物质的侵害，对改善诱导体系环境、促进植株生长发育有良好作用，但不同的活性炭含量在体系中的作用不一致，只有在某一特定的含量才能最有效发挥作用。该研究中，清流雪薯的活性炭适宜用量为1.0 g/L，明溪淮山的活性炭适宜用量为0.5 g/L。