山藥微塊莖研究進展

向發云　張慶華　曾祥國　桂寶川　過聰　關偉　陳豐瀅　陳錫洋　韓永超

摘要：山藥微塊莖是獲得山藥脫毒良種種芋的主要途徑。介紹了山藥微塊莖的國內外研究進展，包括山藥的地方品種、微塊莖研究的意義、影響微塊莖生產效率的因素、微塊莖移栽注意事項、微塊莖的田間長勢和微塊莖生產存在的問題，同時展望了山藥微塊莖在生產上的應用前景。

關鍵詞：山藥;微塊莖;研究進展

中圖分類號：S632.1? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）03-0017-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.03.003

Research progress on Chinese yam micro tuber

XIANG Fa-yun，ZHANG Qing-hua，ZENG Xiang-guo，GUI Bao-chuan，GUO Cong，

GUAN Wei，CHEN Feng-ying，CHEN Xi-yang，HAN Yong-chao

（Industrial Crops Institute，Hubei Academy of Agricultural Sciences，Wuhan 430064，China）

Abstract： Chinese yam micro tuber is the main way to obtain the good Chinese yam virus-free varieties. The research progress of Chinese yam micro tuber at home and abroad was introduced， including the local varieties of Chinese yam， the significance of micro tuber research， the factors affecting the production efficiency of micro tuber， the precautions for micro tuber transplanting， the field growth of micro tuber， the problems existing in micro tuber production， and the prospect of application of micro tuber in production.

Key words： Chinese yam; micro tuber; research progress

山藥是薯蕷科（Dioscoreaceae）薯蕷屬（Dioscorea L.）薯蕷（Dioscorea opposita Thunb.）及其近緣種植物地下塊莖的總稱，為1年生或多年生的單子葉纏繞性藤本植物[1]。山藥原產于溫帶，食用歷史悠長。中國是山藥的原產地之一，早在2000多年前，《山海經》就有記錄“景山，北望少澤，其草多薯蕷”。山藥塊莖富含淀粉、多糖、黏液蛋白、游離氨基酸、礦物質、多種維生素、微量元素等營養物質，是一種食、藥兼用的經濟作物[2]，且高營養、低熱量，是延年益壽的食材。中國、英國、日本、美國等國家都將山藥列入藥典。山藥氣味平和，是中醫常用的一味健脾補氣良藥，其藥理作用主要體現在抗氧化、抗衰老、降血糖、肝損傷保護、免疫調節等方面[1]。

山藥經濟價值較高，是部分地區的特色產業、致富產業。但多年來生產上單一的營養繁殖導致山藥主產區病害積累、產量下降、品質退化，挫傷了農民種植山藥的積極性，給山藥種植業帶來了嚴重的挑戰。通過組織培養獲得脫毒山藥微塊莖是解決這一問題的有效途徑。關于山藥的組織培養與脫毒快繁等，國內外均有相關學者進行了一些研究[3-11]。本文綜述了山藥的地方品種、微塊莖研究的意義、影響微塊莖生產效率的因素、微塊莖移栽注意事項、微塊莖的田間長勢、微塊莖生產存在的問題，同時展望了山藥微塊莖在生產上的應用前景。

1? 山藥的典型地方品種

中國河南、安徽、山東、湖北、江西、湖南、貴州、云南北部、四川、甘肅東部和陜西南部等地均有山藥種植[12-15]。典型地方品種有鐵棍山藥、細毛山藥、河北麻山藥、大和長芋、佛手山藥等。①鐵棍山藥。品質好、長山藥，宜受消費者認可，河南種植較多。②細毛山藥。細毛山藥是山東濟寧地區的一個地方性品種，細長，只在它的主產區有市場。③河北麻山藥。根毛比較密，表皮不光滑，吃起來口感帶一點點麻。④大和長芋。日本品種，單產比較高， 抗病性強， 不結山藥豆，含水量超過86%，含淀粉量少。⑤佛手山藥。相傳公元620年，禪修于鄂東的禪宗四祖司馬道信將野山藥引種到寺廟的菜園里馴化種植，形成了湖北的佛手山藥。佛手山藥外形不規則，以分支形的掌狀為主，也有馬蹄狀、條狀、扁平化的板狀。佛手山藥品質好、風味佳，深受當地百姓喜愛。

2? 山藥微塊莖研究的意義

山藥是地下塊莖作物，主要通過塊莖無性繁殖留種。主產區常年種植山藥，導致該產業面臨一些嚴重的問題[16]。①種芋退化，山藥種芋存在品種混雜、種性退化的現象。②種植重茬問題嚴重。③種芋帶線蟲，傳到下一個生產周期。④種芋帶病菌，部分種芋帶炭疽病、根腐病等病菌，導致生產上病害經常發生。⑤種芋帶病毒，病毒的傳播導致生產減產嚴重。

針對這些問題，從土壤來考慮，主要采用水旱輪作或土壤殺菌處理的措施。從種芋來考慮，主要是提供健康的種芋。部分山藥品種可以在莖上產生大量零余子，通過單獨種植可用作下一年的種芋。但像佛手山藥等山藥品種自然產生的零余子很少，生產上主要采用上一年的塊莖切塊作為下一年的種芋，容易發生種芋病蟲危害生產的現象。通過植物組織培養進行山藥莖尖脫毒、植株再生來規模化生產試管微塊莖，進而形成山藥良種種芋，是解決這一問題的有效途徑。

3? 影響山藥微塊莖生產效率的因素

3.1? 山藥微塊莖形成的外植體來源

不同來源的外植體形成的山藥微塊莖生產效率差異較大。在國外，Hamadina[6]從顯微結構初步解析了山藥莖尖、藤莖、貯藏根、塊莖等組織器官的初起源問題及對后續植株再生的影響。在國內，胡選萍等[3]針對山藥病毒頻發給山藥種植和產品開發帶來的負效應，初步建立了山藥離體脫毒的策略體系;王紅娟等[17]以懷山藥莖蔓、零余子、塊莖為外植體，研究不同生長調節因子配比對懷山藥不同外植體誘導不定芽的影響;劉金英等[4]對佛手山藥進行了初步的組織培養研究。總體而言，在不同類型的外植體中，莖尖是最易獲得脫毒植株的。而在從脫毒植株到試管微塊莖這一步，各外植體來源的材料沒有表現出明顯差異。

3.2? 植物生長調節劑

在植物生長調節劑對山藥微塊莖生產效率的影響方面，Hamadina等[5]研究認為，ABA和GA等植物生長調節劑對山藥試管微塊莖的形成與休眠具有重要影響。李明軍等[18]詳細研究了基因型、外植體、植物生長調節因子和光暗等因子對山藥愈傷組織誘導的影響，認為葉片、莖段、零余子的最佳生長調節因子配比均為6-BA 2 mg/L+NAA 2 mg/L。向發云等[1]認為在不同植物生長調節劑配比對蘄山藥誘導不定芽分化的影響中，MS+6-BA 0.5 mg/L+NAA 0.1 mg/L或MS+ZT 0.2 mg/L+NAA 0.2 mg/L對蘄山藥不定芽分化較好，形成不定芽頻率分別達到81.33%、82.67%;MS+6-BA 0.2 mg/L+NAA 0.02 mg/L對蘄山藥不定芽增殖效果最好，增殖系數高達4.7;MS+NAA 0.02 mg/L適合蘄山藥不定芽生根，生根率高達96.32%。在山藥微塊莖試驗中，植物生長調節劑的使用種類和濃度因山藥基因型而異，但以6-BA和NAA 2種植物生長調節劑的配比居多。

3.3? 光照與溫度

光照和溫度對山藥微塊莖的生長影響明顯。李明軍等[18]認為暗培養有利于零余子的誘導，光培養有利于葉片的誘導。向發云等[1]試驗研究表明光照在山藥微塊莖形成的不同階段作用不一樣。在山藥莖尖脫毒階段，光照易導致莖尖褐化，該階段暗培養有利于莖尖的成活和生長;在后期的植株再生、微塊莖生長階段，光照時間12～16 h/d、光照度1 500～? 2 000 lx有利于植株的生長。無論是暗培養還是光照培養，均以25～30 ℃為宜。

3.4? 褐化

褐化是影響山藥組織培養效率的一個重要因素。在山藥莖尖培養、誘導愈傷或分化時，外植體組織內酚類物質的外溢導致不同程度的褐變現象，其基部培養基顏色呈黑褐色。褐化是影響山藥組培再生的一大難題，嚴重時甚至導致植物材料完全枯死。向發云等[1]研究表明，與維生素C比較，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）對蘄山藥組織培養中褐化現象的抑制效果較好，可以減輕褐化現象。其中PVP濃度為150 mg/L時效果最好，褐化程度明顯減輕，對蘄山藥微塊莖正常生長起到重要作用。

3.5? 培養基

Araki等[7]研究表明，將MS培養基中的N元素含量降為1/10，利于中國山藥不定芽分化成苗;Nagasawa等[8]研究認為，采用附加2，4-D的MS液體培養基懸浮培養，可以獲得基于胚性細胞的山藥植株再生體系;Kadota等[9]研究認為，液體培養基振蕩培養比固體培養基更利于不定芽的增殖，增殖系數為固體培養基的3倍左右;Kohmura等[10]研究認為，山藥嫩葉在MS附加8.9 μmol/L BA的培養基上生長2～3個月后，會形成大量2～3 mm的簇生不定芽;Das等[11]從山藥外植體類型、基本培養基、植物生長調節劑等方面進行了綜述，總結了影響山藥再生與擴繁、微塊莖形成的相關因素。總的來說，山藥微塊莖的培養一般以MS固體培養基居多。

3.6? 碳源

不同碳源的種類和濃度對山藥微塊莖生長膨大的速度影響明顯。向發云等[1]研究發現，在MS+ BA 0.5 mg/L+NAA 0.05 mg/L的基礎上添加不同的碳源，經過一段時間的培養可以形成試管微塊莖。從不同碳源類型來看，蔗糖比葡萄糖更適合于蘄山藥試管微塊莖的形成與生長，在微塊莖形成率、每株形成的微塊莖數量、60 d微塊莖大小、60 d微塊莖質量、120 d微塊莖大小、120 d微塊莖質量等方面均有明顯優勢。60 g/L蔗糖的微塊莖形成率最高，達到了97.50%;45 g/L蔗糖的每株形成的微塊莖數量最多，平均達到了1.80個;90 g/L蔗糖最有利于蘄山藥試管微塊莖的生長。綜合各指標分析，60 g/L蔗糖最有利于蘄山藥試管微塊莖的形成與生長。

4? 山藥微塊莖移栽注意事項

雖然脫毒微塊莖可以進行周年生產，但如何讓生產出的脫毒微型塊莖在播種季節統一高效地萌發，是規模化生產中需要解決的關鍵問題之一[19]。山藥試管微塊莖對移栽的溫度、濕度、土壤環境等條件的要求比山藥試管苗要相對寬松，但也要注意適當的低溫處理、遮陽與保濕處理[20-24]。

4.1? 低溫處理

山藥微塊莖移栽一般有2種方式[24，25]。一種是帶苗微塊莖移栽，對溫度有一定的要求，氣溫過高或過低都不利于微塊莖的成活與生長，比較適合春秋季移栽。另一種是無苗微塊莖移栽，在溫室大棚內一年四季均可以移栽，但需要有一定的低溫需冷量來提前解除休眠，一般4 ℃低溫處理30～60 d即可直接播種移栽。

4.2? 遮陽與保濕處理

是否需要遮陽處理與微塊莖的移栽方式密切相關[19]。帶苗微塊莖移栽，需要遮陽網進行遮陽處理，一般用70%的遮陽網遮陽10～15 d即可;無苗微塊莖移栽可以不需要遮陽處理。帶苗微塊莖移栽需要蓋膜保濕10～15 d，濕度80%左右為宜;無苗微塊莖移栽不需要蓋膜，只需要保持廂面濕潤即可。

5? 微塊莖的山藥田間長勢

微塊莖是山藥的繁殖材料，尤其是利用脫毒苗獲得的脫毒微塊莖更是山藥優質種苗的重要來源[26]。微塊莖在山藥種芋規模化生產中一般分為原原種、原種、良種三級。微塊莖原原種一般在溫室大棚種植，微塊莖原種和微塊莖良種則直接在原種圃、良種圃大田種植。研究表明，微塊莖田間生長優勢表現為：①田間萌發出芽早、單個微塊莖萌發多個芽，比農民自留種早萌發，可以快速形成莖葉冠層結構，便于塊莖的早期膨大。②山藥試管微塊莖葉片平展率高于農民自留種，便于山藥的光合作用。③山藥試管微塊莖收獲的種芋皮色以黃亮為主，外觀商品性好于農民自留種。

6? 山藥微塊莖規模化生產存在的問題

6.1? 污染問題

植物組織中普遍存在內生菌， 常規的表面殺菌方法并不能完全殺死這些微生物，植物組織培養中一般會有不同程度的污染，對組培苗產生不同程度的危害[27，28]。內生細菌污染是普遍的，如金線蓮、仙客來塊莖組織的組培中經常發生內生細菌污染。山藥微塊莖規模化生產中也存在一種黃色的內生細菌污染，影響規模化生產的效益。

6.2? 褐化問題

多酚氧化酶可以誘發山藥外植體或愈傷組織褐變，此類物質會抑制其他酶類活性，并隨著培養的進行而不斷擴散，對外植體或愈傷組織產生毒害，影響細胞的正常代謝[29，30]。影響山藥褐化的因素較多，如基因型、取材部位、外植體生理狀態、培養溫度、光照強弱等，均會引起褐化差異。現有研究表明，一般山藥莖尖相對于其他部位褐化程度較輕，20～25 ℃的培養溫度褐化較輕，培養初期進行一段時間的暗培養褐化較輕。

6.3? 脫毒是否徹底的問題

山藥已知存在馬鈴薯A病毒、M病毒、卷葉病毒、S病毒、X病毒和Y病毒等多種病毒[31-33]。現有山藥品種均不同程度地感染病毒，其感染的病毒種類和病毒感染程度在不同山藥品種間差異明顯。而病毒對山藥的生長和產量影響明顯。因此，山藥莖尖脫毒形成的微塊莖是否脫毒徹底，可采用反轉錄聚合酶鏈反應（RT-PCR）技術等方法進行檢測。

7? 山藥微塊莖生產應用展望

山藥是地方特色產業，政府重視;山藥種植比較效益高，農戶種植積極性高;山藥品質好，市場消費需求量大。隨著農機、農技、農產品加工的逐步跟上，給山藥這一歷史悠久的產業注入了現代科技的元素。從長遠看，以山藥微塊莖為主的脫毒良種種芋的規模化生產，將逐步在山藥生產上得到應用，這樣才能從種芋源頭上阻隔病菌、線蟲、病毒的侵染，保證山藥產業持續健康發展。

參考文獻：

[1] 向發云，曾祥國，韓永超，等.‘蘄山藥離體再生及試管微塊莖的形成[J].中國農學通報，2014，30（10）：111-117.

[2] 康? 薇，王本忠，周緒鵬.蘄山藥及其優質豐產栽培技術[J].黃石理工學院學報，2010，26（4）：30-31.

[3] 胡選萍，張曉娟.山藥離體脫毒技術探討[J].安徽農業科學，2008，36（34）：14896-14897.

[4] 劉金英，徐有明，李雙來，等.佛手山藥組織培養的研究[J].植物研究，2006，26（3）：323-328.

[5] HAMADINA E I，CRAUFURD P Q，BATTEY N H，et al. In vitro Micro-tuber initiation and dormancy in yam[J]. Annals of applied biology，2010，157：203-212.

[6] HAMADINA E I. Origin of vines，feeder roots and tubers in yam （Dioscorea Spp.）：The tuber head or the primary nodal complex？[J].Nigerian journal of agriculture， food and environment，2012，8（1）：67-72.

[7] ARAKI H，SHI L，YAKUWA T. Effects of auxin，cytokinin and nitrogen concentration on morphogenesis of tissue-cultured shoot apex of Chinese yam （Dioscorea opposita Thunb.）[J].J Japan Soc Hort Sci，1992，60（4）：851-857.

[8] NAGASAWA A，FINER J J. Plant regeneration from embryogenic suspension cultures of Chinese yam（Dioscorea opposita Thunb.）[J].Plant science，1989，60：263-271.

[9] KADOTA M，NIIMI Y. Improvement of micropropagation of Japanese yam using liquid and gelled medium culture[J].Scientia horticulturae，2004，102：461-466.

[10] KOHMURA H，ARAKI H，IMOTO M. Micropropagation of ‘Yamatoimo Chinese yam （Dioscorea opposita） from immature leaves[J].Plant cell，tissue and organ culture，1995，40：271-276.

[11] DAS S，CHOUDHURY M D，MAZUMDER P B. In Vitro Progation of genus dioscorea-A critical review[J].Asian J Pharm Clin Res，2013，6（3）：26-30.

[12] 景? 嫻，江? 海，杜歡歡，等.我國山藥研究進展[J].安徽農業科學，2016，44（15）：114-117.

[13] 王? 雪，苗澤蘭，孫志梅，等.冀中平原主栽山藥品種的生長發育和養分累積特征[J].植物營養與肥料學報，2019，25（3）：510-518.

[14] 尹明華，徐志堅，黃? 瑋，等.江西山藥種質資源遺傳多樣性及其組培苗遺傳穩定性的RAPD檢測[J].中草藥，2016，47（19）：3486-3493.

[15] 郭曉博，張曉麗，李俊華，等.山藥愈傷組織研究進展[J].北方園藝，2014（24）：183-186.

[16] 張海燕，解備濤，董順旭，等.藥劑處理對重茬山藥病害的防治效果[J].山東農業科學，2015，47（10）：79-82.

[17] 王紅娟，王天亮，白自偉，等.激素配比對懷山藥不同外植體誘導不定芽的影響[J].河南農業科學，2006（12）：73-74.

[18] 李明軍，薛建平，陳明霞，等.不同因子對山藥愈傷組織誘導的影響[J].廣西植物，2000，20（2）：l56-l60.

[19] 尹明華，王? 麗，徐玉琴，等.江西產山藥微型塊莖萌發苗耐鹽性隸屬函數及主成分分析[J].中草藥，2016，47（14）：2526-2533.

[20] 王耀琴，劉建平，南懷林，等.山藥種苗3種快繁技術比較研究[J].中國農學通報，2016，32（16）：34-39.

[21] OVONO P O，KEVERS C，DOMMES J. Effects of storage conditions on sprouting of microtubers of yam（Dioscorea cayenensis-D. rotundata）[J].C R Biologies，2010，333：28-34.

[22] CORNET D，SIERRAC J，TOURNEBIZEC R，et al. Yams （Dioscorea spp.） plant size hierarchy and yield variability：Emergence time is critical[J].European journal of agronomy，2014，55：100-107.

[23] 龔明霞，羅海玲，袁紅娟，等.外源赤霉素和多效唑對山藥塊莖膨大和零余子形成的影響[J].園藝學報，2015，42（6）：1175-1184.

[24] 王志敏.山藥（Dioscorea opposita）塊莖不同發育時期相關差異基因的cDNA-AFLP分析[D].內蒙古：內蒙古農業大學，2018.

[25] BALOGUN M O. Microtubers in yam germplasm conservation and propagation：The status，the prospects and the constraints[J].Biotechnology and molecular biology reviews，2009，4（1）：1-10.

[26] BEHERA K K，SAHOO S，PRUSTI A. Regeneration of plantlet of water yam（Dioscorea oppositifoliaa L.） through In Vitro culture from nodal segments[J].Not Bot Hort Agrobot Cluj，2009，37（1）：94-102.

[27] 劉? 元，文春南，劉? 淼，等.基于高通量測序技術的懷山藥與菜山藥內生細菌多樣性比較[J].浙江農業科學，2018，59（14）：2526-2533.

[28] 劉紹雄，王? 娟，王金華，等.一株引起馬來甜龍竹組培污染內生菌的分離與鑒定[J].微生物學通報，2012，39（8）：1112-1119.

[29] 蒙真鋮，蘇? 翠，楊? 曦，等.山藥組織培養研究進展[J].熱帶農業科學，2017，37（7）：85-88，94.

[30] 蔡建榮.山藥莖段愈傷組織褐變與外源藥物抑制效應的研究[J].浙江農業科學，2008（5）：523-525.

[31] B？魻MER M，RATHNAYAKE A I，VISENDI P，et al.Tissue culture and next-generation sequencing：A combined approach for detecting yam （Dioscorea spp.） viruses[J].Physiological and molecular plant pathology，2019，105：54-66.

[32] AFOLABI C G，OGUNSANYA O M，LAWAL O I. Evaluation of some African yam bean（Sphenostylis stenocarpa [Hochst. Ex A. Rich]） accessions for resistance to ower bud and pod rot diseases[J].Current plant biology，2019（20）：100-126.

[33] 曾? 軍，蘭志斌，張志勇，等.閩西山藥病毒種類的檢測初報[J].武夷科學，2003，19（1）：176-178.

收稿日期：2020-01-10

基金項目：湖北省農業科技創新中心資助項目（2019-620-000-001-08）;湖北省技術創新專項-重大項目（2018ABA071）;湖北省農業科學院領軍人才專項（L2018009）

作者簡介：向發云（1978-），男，湖北公安人，副研究員，碩士，主要從事植物生物技術相關研究，（電話）13407189629（電子信箱）?xfy323@sohu.com;通信作者，韓永超（1982-），男，湖北巴東人，副研究員，主要從事園藝植物病害研究，（電話）027-87380926?（電子信箱）hyc660@126.com。