紫外線輻照對馬鈴薯莖段愈傷組織及其再生植株的影響

陳愛芹，艾辛

（1.山西臨汾市汾西縣植保站，031500；2.湖南農業大學園藝園林學院）

紫外線輻照對馬鈴薯莖段愈傷組織及其再生植株的影響

陳愛芹1，艾辛2

（1.山西臨汾市汾西縣植保站，031500；2.湖南農業大學園藝園林學院）

用紫外線和低溫處理馬鈴薯試管苗莖段，然后觀察其再生過程，記載試管苗的生長速度、生長形態等及棚栽苗和扦插苗的生長特點并測定其生理指標，研究紫外線和4℃低溫對大西洋馬鈴薯莖段組織的影響。結果表明，紫外線和4℃低溫能夠滲入生長點細胞；顯著降低愈傷組織的生長勢，誘導再生植株及其組織器官發生變異；證實紫外線照射4 min以上或紫外線照射3 min+4℃處理1個月對馬鈴薯具有明顯的誘變效應。

大西洋馬鈴薯；莖段；紫外線；物理誘變

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）屬茄科茄屬雙子葉一年生草本塊莖植物，是重要的糧菜兼用作物和工業原料。在南方早春，時常會發生倒春寒天氣，而此時冬閑田種植的馬鈴薯正進入地上部快速生長期，倒春寒會使幼苗受到不同程度的凍害，影響馬鈴薯的生長，從而降低后期馬鈴薯的產量和品質。在我國北方倒春寒同樣使正值出苗期的馬鈴薯遭受嚴重凍害，為此亟待培育一些抗寒性強的馬鈴薯品種。本研究通過紫外線或紫外線+低溫處理馬鈴薯的莖段愈傷組織，探討其對馬鈴薯誘變的效果，以期為今后馬鈴薯育種提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為由湖南農業大學馬鈴薯課題組提供的馬鈴薯品種大西洋的脫毒試管苗。試驗于2006年10月至2008年4月分別在湖南農業大學細胞工程實驗室和園藝園林學院實驗室完成。

試管苗擴繁：將試管苗切成約1 cm長、帶有1～2個腋芽的莖段，在廣口瓶內培養擴繁，繼代3次，待試管苗擴繁至約600株，苗長至6～8片葉時切取莖段用于誘變處理。試管苗擴繁條件：培養基為MS+3%食用白糖+0.7%瓊脂，pH值5.8，培養溫度25℃，光照14 h/d，光強2 000 lx，繼代時間2～3周。

莖段愈傷組織誘導：取試管苗莖基部不帶芽的莖段，在MS+6-BA 1.0 mg/L+2，4-D 0.8 mg/L+蔗糖3%+瓊脂0.7%培養基上誘導，pH值5.8。

1.2 試驗處理

①紫外線輻照 在超凈工作臺上，將新鮮、嫩綠的愈傷組織切成0.5 cm×0.5 cm的小塊，放在無菌培養皿中，使之形成一薄層，在超凈工作臺的紫外燈（220 V，25 W）下垂直距離43 cm處進行照射試驗。 試驗設 7個處理， 即分別用紫外線輻照0，2，3，4，5，6，7 min（注：在進行輻照處理前，紫外燈須提前30 min打開，以確保光譜穩定），然后立即將其移入培養基MS+6-BA 1.0 mg/L+KT 0.25 mg/L+ 2，4-D 0.8 mg/L+NAA 0.1 mg/L+蔗糖 3%+瓊脂0.7%上進行暗培養，大約14 d后再轉入分化培養基MS+6-BA 5.0 mg/L+GA310 mg/L+蔗糖3%+瓊脂0.7%上進行培養。

②紫外線輻照+4℃低溫處理 紫外線輻照及暗培養方法同①，經過暗培養14 d后，將其再次轉入新鮮的增殖培養基上，然后放入4℃的低溫培養箱中，保存一個月，之后再轉入分化培養基MS+6-BA 5.0 mg/L+GA310 mg/L+蔗糖3%+瓊脂0.7%上進行培養。

③再生苗擴繁移栽 紫外線輻照或紫外線輻照+4℃低溫處理后的再生試管苗，在MS+蔗糖3%+瓊脂0.7%培養基上擴繁3代，經煉苗后于2007年11月23日移栽于湖南農業大學蔬菜基地大棚，后又轉移到湖南農業大學智能溫室。生長期間對其進行日常管理，如定時澆水、施肥、除雜草等。

④試管苗扦插 分別選取對照及不同處理生長3～4片葉的植株，于500 mg/L的生根劑溶液中浸泡30 min，然后扦插在土盆里，其基質的配比為：珍珠巖∶沙子∶菌渣∶泥土=2∶1∶2∶0.5，每個盆種植3株，盆栽材料移置于湖南農業大學人工氣候室，室內溫度設為18～25℃，濕度80%，光照時間14 h/d，光強為地面上是1.3萬lx，燈下1 m是2.7萬lx。待植株成活后，施加少量復合肥。

1.3 調查項目與方法

試管苗觀察：觀察記載不同時期試管苗生長速度、株型、葉色等的變化特征。

棚栽苗及扦插苗的觀察：觀察植株有無匍匐莖、花蕾、腋芽等。

葉片脯氨酸、可溶性糖含量的測定：脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮法；可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法。

2 結果與分析

2.1 紫外線照射時間對莖段愈傷組織存活量及存活率的影響

愈傷組織經過紫外線處理后，生長受到明顯的抑制，表1列出了不同處理時間對愈傷組織存活率和生長勢的影響。

由表1可以看出，莖段愈傷組織對紫外線照射比較敏感，總體表現出隨著照射時間的增加，愈傷組織受損程度加重，褐變程度加大，存活率降低。當紫外線照射2 min時，愈傷組織的外觀出現微小的變化，顏色與對照相比變淡，為淡綠色，2周后觀察到有部分材料死亡。當處理時間大于2 min時，處理時間越長，愈傷組織的反應越明顯，表現為存活量明顯降低，顏色由淡綠色轉為褐綠色，甚至褐色，存活率大大下降。

當處理時間為3 min時，莖段愈傷組織存活率和存活量大幅下降，其中存活率下降了30%；處理時間為4 min以上時，莖段愈傷組織存活率不超過50%，因此，3～4 min可能是紫外線加低溫誘導大西洋馬鈴薯莖段愈傷組織變異的最適宜時間。

2.2 紫外線照射和紫外線+低溫處理對莖段愈傷組織分化率的影響

愈傷組織的分化能力是衡量愈傷活力的重要參考依據，愈傷材料經過紫外線和紫外線+低溫處理后，接種于最優的分化培養基上進行分化培養，以沒有經過處理的愈傷組織作為對照，發現愈傷組織的分化能力也受到了影響，表2、表3分別為紫外線和紫外線+低溫處理對愈傷組織進行不同時間處理后的分化率。

①由表2的統計結果表明，隨著紫外線處理時間的增加，愈傷組織的分化能力呈下降趨勢，當照射時間為4 min，愈傷組織的分化率為48.9%，3周后觀察，沒有經過處理的大西洋馬鈴薯愈傷組織開始分化，5周后觀察，2 min處理的愈傷組織開始分化，6周后觀察，3，4 min處理的愈傷組織有不定芽形成，隨著紫外線處理時間的增加，不定芽的形成時間也隨之延長，分化率也隨之降低。

②由表3的統計結果表明，經過紫外線和1個月4℃的低溫共同作用，大西洋馬鈴薯愈傷組織的分化能力比單獨經過紫外線處理的分化能力明顯降低。由此表明，4℃的低溫處理對大西洋馬鈴薯愈傷組織的分化能力有一定的抑制作用。對照的愈傷組織分化能力由原來的98.5%降至為86.4%，開始分化時間由原來的3周延遲到5周。當照射時間為3 min，愈傷組織的分化率由原來的53.7%降至為47.8%，不定芽的形成時間由原來的第6周推遲到第9周。當照射時間為4 min，愈傷組織的分化率由原來的48.9%降至為43.2%，愈傷組織不定芽的形成時間也隨之延遲。隨著低溫和紫外線處理時間的增加，分化率也隨之降低，不定芽的形成時間也隨之延長。

表1 莖段愈傷組織對紫外線照射不同時間的反應

總之，根據輻照和輻照+低溫處理后愈傷組織的分化能力，認為以誘變為目的的紫外線輻照的適宜時間為3～4 min。

表2 紫外線不同處理時間對愈傷組織分化率的影響

表3 紫外線+4℃溫度處理對愈傷組織分化率的影響

2.3 紫外線誘變再生植株的鑒定

①再生植株后代的形態變異 處理后的再生植株早期表現生長減慢或停止，節間變短，株高普遍小于正常植株。繼代數次后逐漸觀察到莖色變綠、不定根生長異常等變異現象。進入盆栽和扦插苗階段仍發現新的性狀變異，如腋葉變異、匍匐莖變異、花期變異等。

腋葉變異，指腋葉出現的早晚和多少。處理2的植株腋葉出現的比對照植株早和多。由此可以看出，在生長條件相同的情況下，紫外線處理打破了植株苗期頂端優勢，有利于植株腋芽的形成，而低溫處理更可促進植株健壯生長，為后期馬鈴薯塊莖的形成奠定了基礎（圖1，2，3）。

圖1 對照組的扦插苗

圖2 紫外線處理的扦插苗

圖3 紫外線+低溫處理的扦插苗

匍匐莖變異，指在生長期間匍匐莖有無和多少。沒有經過處理的試管苗在苗期匍匐莖大量出現，發生概率為88.6%，處理1匍匐莖發生概率為43.2%，處理 2匍匐莖出現少，發生概率僅為12.4%。由此可以看出，愈傷階段的處理不利于試管苗在苗期形成匍匐莖。

開花期變異，指在幼苗生長期間花蕾形成的早晚和有無。在2008年3月9日發現處理2中編號為A14，A71的植株有花蕾形成；3月13日發現處理1編號為B1的植株有花蕾形成；3月19日處理1編號為B2，B4，B11的植株有花蕾形成，處理2有8棵植株有花蕾形成，其編號為A23，A24，A11，A49，A68，A64，A61，而在此期間對照未發現出現花蕾的植株。綜合計算，處理2有花蕾形成的植株占總數的7.1%，處理1有花蕾形成的植株占總數的4.0%。通過測定各處理植株葉片中游離脯氨酸和可溶性糖含量發現，花蕾形成早的植株其體內的游離脯氨酸和可溶性糖的含量都比較高，表明愈傷階段的處理不僅有利于植株開花期提前，大大縮短植株的生育期，而且還可以提高大西洋馬鈴薯植物組織內的脯氨酸和可溶性糖的含量，為大西洋馬鈴薯早熟品種的選育提供有利的幫助。

表4 群體植株葉片內游離脯氨酸測量結果

表5 群體植株葉片內可溶性糖測試結果

②葉片內游離脯氨酸含量的測定 將半致死劑量分化得到的再生植株煉苗后進行移栽，生長一段時間后，取一定數量的對照、處理1和處理2的植株，選取處于同一生長期的葉片，測定其游離脯氨酸含量。結果發現，處理1和處理2均有部分植株脯氨酸含量大于或小于對照，其中處理1有3株的葉片低于對照，變異率為3%（總株數為100）；脯氨酸含量高于對照的有9株，變異率為9%，88%的植株脯氨酸含量與對照相差不大。而處理2總的變異率為17%（其中低于對照的為1.4%，高于對照的為15.6%，總株數為140）。

測定其葉片內游離脯氨酸含量，計算平均值，結果見表4。經紫外線處理的再生植株葉片游離脯氨酸的平均含量是對照組的1.05倍；經紫外線和低溫共同處理的再生植株葉片內的游離脯氨酸平均含量是對照組的1.25倍，但2個處理間游離脯氨酸平均含量相差不大，因此認為紫外線或紫外線和低溫的共同誘變處理均能有效提高葉片內游離脯氨酸的含量。

表6 紫外線誘變后再生植株葉片內脯氨酸和糖的方差分析

表7 紫外線＋低溫處理后再生植株葉片內脯氨酸和糖的方差分析

③葉片內可溶性糖含量的測定 通過調查不同單株間的可溶性糖含量差異發現，與對照相比，處理1中可溶性糖含量低于對照的有3株（總株數100），變異率為3%，高于對照的有15株，變異率為15%；而處理2可溶性糖含量低于對照的有3株（總株數140），變異率為2.1%，高于對照的有24株，變異率為17.2%。

分析經處理后的再生植株和未經處理的再生植株體內可溶性糖的含量，得平均值，結果見表5，處理后的再生植株體內可溶性糖的平均含量都比對照高，且處理2的葉片可溶性糖含量高于處理1，這說明紫外線或紫外線和低溫的共同作用都可以提高組織內的可溶性糖的含量。

④變異株體內游離脯氨酸和可溶性糖的關系由表6可以看出，各F值間的關系是脯氨酸大于可溶性糖，說明莖段愈傷組織經過紫外線誘變后，再生植株葉片內脯氨酸含量為主效因子，糖含量為次效因子。由此可以得出，經過紫外線誘變處理后，植物體內脯氨酸的含量可以作為一個首先考慮的生理生化測定指標。

由表7可以看出，各F值間的關系是脯氨酸大于可溶性糖，說明莖段愈傷組織經過紫外線誘變后，在經過4℃低溫保存一個月，再生植株葉片內脯氨酸的含量為主效因子，糖的含量為次效因子。由此可以得出，經過紫外線和低溫共同處理后，植物體內脯氨酸的含量可以作為一個首先考慮的生理生化測定指標。

3 小結與討論

紫外線作為一種誘變劑，具有操作方便、安全、無污染、無化學殘留、誘變力強等特點。目前研究大多集中在UV-B輻照對植物形態學和生理學方面的影響，而對UV-C輻射對植物方面研究的較少[1]。在誘導愈傷組織誘變上，秦改花[2]對紅地球葡萄的莖段離體培養及愈傷組織的紫外線照射試驗的研究結果表明，葉片愈傷組織小顆粒的紫外線照射適宜時間是1～2 min，莖段愈傷組織的紫外線照射的適宜時間是3～4 min，但未見到芽的分化。李波等[3]對紫外線誘變苜蓿愈傷組織抗旱性的研究結果表明，誘變處理的POD、可溶性蛋白、脯氨酸含量均比未處理的高。本試驗以大西洋馬鈴薯莖段愈傷組織為試驗材料，進行誘變研究。初步結論是：①紫外線或紫外線和4℃低溫能夠有效滲入生長點細胞。②誘變劑的處理使試管苗生長量顯著小于對照。③大西洋馬鈴薯在紫外線照射4 min或紫外線照射3 min和4℃低溫保存一個月后引起了可以肉眼看到和分析的變異，包括匍匐莖變異、花期變異、腋葉變異，葉片中脯氨酸、可溶性糖含量的變異，而且這些變異在同一棵植株上表現具有相關性。

本試驗初步證實，紫外線輻照或紫外線輻照和4℃低溫作用結合莖段組織培養是一條可以使大西洋馬鈴薯產生變異的誘變途徑。但這種變異是否能夠在后代中保持，仍需要進一步的研究。

[1]鄭有飛，顏景義，萬長健.紫外輻射增加對農作物的影響及其對策[J].中國農業氣象，1996，16（2）：15-19.

[2]秦改花.紅地球葡萄的莖段離體培養及愈傷組織的紫外線照射試驗[D].雅安：四川農業大學，2004.

[3]李波，賈秀峰，焦德志，等.紫外線誘變苜蓿愈傷組織抗旱性的研究[J].干旱地區農業研究，2005，26（6）：103-105.

Effects of Ultraviolet Radication on Potato Stem Callus and its Regeneration Plant

CHEN Aiqin1,AI Xin2
(1.Plant Protection Station of Linfen County,Shanxi 031500;2.College of Horticulture and Landscape, Hunan Agricultural University,Changsha 410128)

The stem segments of Atlantic potato treated with UV-C,and treatment effects of UV-C on tetraploid potato Atlantic were studied through investigation of plant regeneration process and morphology of the regenerated plantlets in vitro,plastic tunnel observation and physiological index of the plants grown in Artificial climate room.The UV-C and four temperature could penetrate into the cells of growing point.Growth increment of plantlets in vitro derived from the stem segments treated with UV-C or UV-C and four temperature was significantly lower than that of controls,and variations of the regenerated plants and their organs were observed.The experimental data indicated that UV-C or UV-C and four temperature treatment of stem segments in UV-C for 4 min or UV-C for 3 min and four temperature could produce obvious mutations,as the foundation work,has provided reference for further research in this field.

Atlantic potato;Stem segment;Ultraviolet;Physical mutagenesis

10.3865/j.issn.1001-3547.2010.22.004

陳愛芹（1981-），女，植保站干事，主要從事蔬菜抗性研究，電話：15935774033，E-mail：chenaiqin0101@163.com.cn

艾辛（1963-），男，通信作者，教授，主要從事蔬菜生物學技術研究，電話：15874245032，E-mail：caqgh2005@yahoo.com.cn

2010-06-11