滲透壓對馬鈴薯種質試管保存的影響效應

齊恩芳，王一航，李高峰，賈小霞，文國宏

（甘肅省農科院馬鈴薯研究所，蘭州，730070）

馬鈴薯是無性繁殖作物，其實生種子性狀高度分離不宜作為種質保存，而以塊莖方式 “春種，秋收，冬窖藏”經大田繼代繁殖保存要花費大量的人力、物力和財力，并占用一定面積的土地，而且由于連年田間種植和冬貯，導致各種病害不斷侵染和病毒積累，造成種質資源退化、混雜或遺失，同時，也不便于種質的管理、交換與發放。利用組織培養技術保存可避免田間病蟲害的侵害，減少種質資源流失，又具有占用空間小，便于交流等優點。但常規組織培養保存繼代時間短（30 d左右），多次繼代可能造成交叉污染，消耗人力物力，且易引發遺傳變異。

添加有高滲化合物的培養基常用于植物材料的長期保存。這類化合物提高了培養基的滲透勢負值，造成水分逆境，降低細胞膨壓，使細胞吸水困難，新陳代謝活動減弱，從而延緩細胞生長。不同的高滲化合物適于不同的植物種類，50～90 g/L高濃度蔗糖延長了百合試管苗的保存時間[1]，櫻桃、柿和君遷子的試管苗在添加甘露醇的培養基中延長保存效果較好，而高濃度甘露醇取代蔗糖不利于柑橘種質離體保存[2～4]。本研究以馬鈴薯試管苗為試材，探討蔗糖和甘露醇不同濃度配比對延緩試管苗生長的效應，以期為馬鈴薯試管苗種質保存提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為菲多利馬鈴薯試管苗。

1.2 試驗方法

以MS為基本培養基，添加不同濃度的蔗糖與甘露醇（MNT），形成蔗糖與甘露醇不同濃度配比的組合13個 （表1）。培養基中瓊脂粉0.45%，pH值5.8，分裝于 100 mL三角瓶中，每瓶 40 mL，121℃，1.06 kg/cm2滅菌20 min。每瓶接種5個帶腋芽的無菌試管苗莖段，每處理18瓶，在自然光照培養室培養，溫度變化范圍5～30℃。每3個月統計1次試管苗的成活率（植株開始萎蔫或葉片開始發黃脫落記為死亡），保存3個月時測定試管苗的株高、結薯數。文中數據采用SPSS軟件統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度蔗糖對試管苗保存的影響

表1 蔗糖與甘露醇不同濃度配比組合

隨培養基蔗糖濃度增加，試管苗生長減緩，由于滲透壓增大，水分蒸發較少，蔗糖濃度較高時，后期培養基剩余較多。生長3個月時，3種蔗糖濃度對試管苗的生長影響差異顯著，蔗糖濃度越高，試管苗生長就越緩慢（圖1），80 g/L蔗糖的處理效果顯著。

蔗糖濃度對試管苗存活率的影響見圖2，隨著保存時間的持續，蔗糖濃度越高，試管苗保存時間越長。不加蔗糖和添加30 g/L蔗糖的CK，試管苗前期生長良好，植株健壯。不加蔗糖的試管苗在1個月后生長減緩，長勢變弱，植株基部部分葉片逐漸失綠白化，隨后由于養分缺失，3個月時全部死亡；而CK植株因過度生長逐漸衰老，基部葉片干枯，莖段中部長滿氣生根，只有植株頂梢部分可用，3個月時有部分死亡，在6個月時全部死亡。添加60 g/L蔗糖的處理4和80 g/L蔗糖的處理8，試管苗前期生長較好，3個月后存活率為100%，有試管薯形成，但葉片呈黃綠色；保存6個月時，處理4有22.2%死亡，處理8全部成活；至9個月時，處理4成活率為33.3%，平均結薯0.44個，處理8成活率為55.6%，平均結薯1.06個。試驗結果表明，提高培養基中的蔗糖濃度具有減緩馬鈴薯試管苗生長，延長保存時間的作用，60～80 g/L的蔗糖可使馬鈴薯試管苗比對照延長存活3～6個月，可用于其短期（如越夏）保存。

2.2 不同甘露醇濃度對試管苗保存的影響

甘露醇能夠提高培養基滲透壓，從而抑制試管苗的生長[5]。在蔗糖濃度為30 g/L的培養基中加入不同濃度的甘露醇，馬鈴薯試管苗的生長受到不同程度的抑制，試管苗保存時間得到不同程度的延長（圖3）。沒有添加甘露醇處理的試管苗在培養3個月時株高達11.24 cm，加入甘露醇后因水分和養分吸收受阻，植株生長減慢，株高受到抑制，且甘露醇對莖高的抑制作用與甘露醇濃度呈正相關。當甘露醇濃度為10 g/L時，試管苗生長比對照慢，但經方差分析其差異不顯著，當甘露醇濃度達到20 g/L以上時，其抑制生長的效果與其他處理差異達到顯著水平。

不同甘露醇濃度處理除對試管苗生長存在抑制作用外，對試管苗的存活率也有較大影響（圖4）。沒有添加甘露醇處理的試管苗保存到3個月時開始出現死亡現象，培養基中添加甘露醇的處理試管苗存活率則高達100%，當保存時間延長至6個月時，沒有添加甘露醇的處理試管苗全部死亡，而培養基中添加甘露醇的處理1～3的存活率則分別為77.8%，94.4%，72.2%，說明甘露醇對于提高試管苗的存活率十分有效。

圖1 不同濃度蔗糖對馬鈴薯試管苗株高和結薯數的影響

圖2 不同濃度蔗糖和保存時間對馬鈴薯試管苗存活率的影響

圖3 不同濃度甘露醇對馬鈴薯試管苗株高的影響

圖4 不同濃度甘露醇和保存時間對馬鈴薯試管苗存活率的影響

2.3 不同濃度蔗糖與甘露醇配比對試管苗保存的影響

由圖5可看出，低濃度（30 g/L）蔗糖添加不同濃度甘露醇后對試管苗的抑制作用均較弱，雖然6個月后存活率均在70%以上，但植株衰老，僅頂梢部分呈嫩綠色，且9個月后均無成活；中等濃度（60 g/L）蔗糖添加10，20 g/L甘露醇的試管苗保存9個月后仍有50%以上的存活率，但添加30 g/L甘露醇的處理7試管苗保存9個月時存活率僅為16.7%；高濃度（80 g/L）蔗糖對試管苗的抑制作用較為明顯，其中與30 g/L甘露醇組合的滲透脅迫最為強烈，試管苗接種20 d后基部葉片黃化，隨著培養時間的延長，萌發的腋芽也逐漸黃化死亡，9個月后全部死亡，而處理9，10試管苗保存9個月后分別保持了66.7%和83.3%的存活率。試驗結果表明，較低濃度的甘露醇（10 g/L和20 g/L）結合中高濃度的蔗糖有利于試管苗的保存，以20 g/L甘露醇+80 g/L蔗糖處理保存效果明顯。

處理5，6，9，10間試管苗株高差異顯著，其中處理5，6的試管苗顯著高于處理9，10的，說明蔗糖和甘露醇綜合濃度較高，即滲透壓較高時，馬鈴薯試管苗株高相對較低。高濃度蔗糖可誘導試管苗結薯，試管薯在保存3個月后形成，處理9，10的平均結薯數顯著高于處理5，6，達到1個/株左右，在保存后期植株死亡后，試管薯轉接至快繁培養基上可形成正常植株繼續生長。

圖5 不同配比蔗糖和甘露醇對馬鈴薯試管苗存活率的影響

圖6 不同配比蔗糖和甘露醇對馬鈴薯試管苗株高和結薯數的影響

3 小結與討論

通過提高培養基的滲透壓可延緩植物生長。常用滲透壓調節物質有甘露醇、蔗糖等[6～8]。相對于蔗糖，甘露醇不易被植物吸收，在種質保存應用中，甘露醇的作用是提高培養基滲透壓，從而抑制保存材料的生長。甘露醇對外植體生長的抑制作用持久，其作用機理是消除了細胞擴大生長所必需的膨壓，同時細胞壁酶活性也受到抑制，使細胞生長受阻，減少了養分消耗[9]。Withers等[10]和Ng等[11]使用濃度為4%甘露醇來保存種質，在8℃培養溫度下，可使繼代周期超過1 a。甘露醇雖然能夠延緩試管苗的生長，但是，濃度高于5%時，會造成植物生活力下降[12，13]。本試驗中，試管苗在無甘露醇的培養基中保存6個月時全部死亡，添加10～30 g/L的甘露醇后，存活率大大提高，均達到70%以上，能保存到9個月以上。

離體培養條件下,糖類物質是試管苗生存和生長的主要碳源，同時可維持培養基的滲透壓。本試驗的結果也充分證明了這一點，不加蔗糖的處理，因碳源不足試管苗生長緩慢，生長勢弱。若植株靠自身微弱的光合作用合成少量的碳水化合物來維持其生長發育，一般保存時間不超過3個月。隨著附加蔗糖濃度由30 g/L增加到80 g/L，蔗糖表現出明顯的由作為碳源向作為滲透物質的過渡。當蔗糖濃度為30 g/L時，碳源充足，植株長勢良好，即使附加10～30 g/L的甘露醇也不能有效地減緩其生長速度，保存到6個月時試管苗已嚴重衰老，死亡嚴重，9個月后全部枯死；而當蔗糖濃度增加到80 g/L，并配合20 g/L甘露醇時，試管苗生長極其緩慢，保存9個月后仍有83.3%的存活率。

本研究結果表明，馬鈴薯試管苗的離體保存完全可以達到短期保存的目的。在培養基中添加適宜濃度的蔗糖和甘露醇，利用蔗糖在培養基中的雙重作用及甘露醇的滲透調節作用，在添加80 g/L蔗糖和20 g/L甘露醇的培養基中取得了良好的保存效果，能最大程度地延緩馬鈴薯試管苗的生長，繼代周期在9個月以上。但為了種質安全，保存材料應適當增加備份，每2～3個月檢查1次，當存活苗顯著減少時，應及時恢復培養，使試管苗恢復生長活力，然后再進行下一周期的保存。另外種質離體保存除利用調節蔗糖濃度與添加甘露醇等措施外，還常與低溫處理等結合，因此，應深入開展將低溫處理、調節蔗糖濃度及添加甘露醇等結合對馬鈴薯離體保存影響的研究，以期進一步延長保存的時間、提高成活率。

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