甘蔗光合自養(yǎng)生根假植苗生長與日疊加氣溫的關系研究

廖韋衛(wèi)，唐利球，陳海生，何為中，韋海球，羅晟昇，謝君鋒*

(1廣西南亞熱帶農業(yè)科學研究所，廣西龍州532400；2廣西壯族自治區(qū)農業(yè)科學院甘蔗研究所，廣西南寧530007)

0 引言

植物組織培養(yǎng)是20世紀植物生理學上一項重大突破，利用細胞全能性原理，通過對植物細胞的再生繁殖，達到擴大植物生長規(guī)模的目的。甘蔗的植物組織培養(yǎng)技術是一項較為成熟的快速繁殖技術，該技術現(xiàn)已廣泛應用于甘蔗新品種的快速繁殖、脫毒健康種苗生產和轉基因相關研究等方面[1]，目前該項技術已在國內外甘蔗生產區(qū)廣泛使用。常見的甘蔗組織培養(yǎng)技術包含以下4個階段：外植體的建立(初代誘導)、分化后的繼代增殖、無根體系的生根培養(yǎng)和生根苗的苗圃移栽[1]。苗圃移栽前的3個階段都在人工可控環(huán)境的室內進行，技術要求高，步驟操作繁瑣、設備要求苛刻，且工作量大、成本高，這就導致了植物試管組培苗生產成本過高[2]。

試管苗瓶外生根技術是近年研究較多，且技術較為成功的一項先進的組培生根技術，是植物試管苗簡化生產技術的重要組成部分。該技術的主要特征是將植物組織培養(yǎng)過程中的組培繼代增殖苗進行處理后在溫室自養(yǎng)條件下直接進行自養(yǎng)生根，其主要特點是將試管苗生根階段中的生根和馴化結合起來，使傳統(tǒng)的培養(yǎng)室條件下的異養(yǎng)生根轉變?yōu)闇厥覘l件下的自養(yǎng)生根，省去了復雜的、成本極高的試管苗瓶內生根傳統(tǒng)程序。該技術的應用不僅減少了一次無菌操作步驟，節(jié)約了培養(yǎng)室空間，又簡化了健康種苗生產程序，降低了生產成本，提高了生產效率。試管苗瓶外生根可使試管苗的生產成本降低35%～75%[3-5]。

甘蔗試管苗光合自養(yǎng)生根技術是在甘蔗試管苗瓶外生根技術基礎研制而來，它是將無根生殖試管苗噴施植物生長調節(jié)劑后，在日光溫室環(huán)境下先煉苗24～48 h，然后按常規(guī)方法種植于普通日光溫室進行光合自養(yǎng)生根[3]。降低生產成本在50%以上，對促進甘蔗健康種苗大規(guī)模生產應用有積極作用[6]。甘蔗光合自養(yǎng)生根技術是一種新型的試管苗生根方法，其核心內容是添加激素及其他抗菌抑制劑等，使試管苗根的再生可以在有菌的沙土基質栽培和日光溫室條件下完成[7]，而不需要在無菌的MS生根培養(yǎng)基和培養(yǎng)室中進行生根。甘蔗試管苗光合自養(yǎng)生根技術比傳統(tǒng)試管苗培養(yǎng)基生根技術擁有更多優(yōu)勢，其優(yōu)點是操作簡單、程序簡化、省工、節(jié)省能源和生產成本、效率高[8-11]。

溫度對甘蔗的影響較大，1983年研究發(fā)現(xiàn)在印度勒克瑙甘蔗研究所的農場中，甘蔗在生長期中，平均溫度在30～33℃幅度時，氣溫上升1℃，產量可增加13 t/hm2[12]。

本文在前人的基礎上，通過對甘蔗試管苗的光合自養(yǎng)生根的濃度微調，記錄時間內生根變化，輔以氣象信息，排除因氣候變化引起的不定效果，確定有效的濃度微調效果。

1 材料與方法

1.1 參試材料

所用甘蔗品種試管苗由廣西南亞熱帶農業(yè)科學研究所提供，是通過培養(yǎng)基MS+6-BA+NAA連續(xù)多次繼代培養(yǎng)而成。品種為桂南亞08-336，移栽時間為2018年6月7日上午。

1.2 試驗設計與方法

1.2.1 試驗設計

采用不同濃度的IBA與NAA，添加蔗糖、脯氨酸、吐溫以及土菌消的瓶外生根處理方法對已進行煉苗的繼代試管苗進行處理，詳見表1。煉苗時間為24 h，生根處理2 h。

表1 各處理生根配方表

移栽基質：移栽基質為消毒過的河沙。

移栽處理：將生長一致的繼代培養(yǎng)苗，煉苗24 h，按處理浸泡30 min，置入60孔秧盤進行移栽，每個處理共栽種2400株。

1.2.2 氣象信息處理

統(tǒng)計2018年6月10～17日廣西南亞熱帶農業(yè)科學研究所微型氣象站相關氣象數(shù)據(jù)用于輔助計算。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

測定指標：發(fā)根率，無根試管苗移栽3天后每處理隨機調查60株，3次重復，記錄不同基質發(fā)根 率。

移栽后3～9天，每天固定時間抽取不同處理不同重復各10穴，統(tǒng)計每穴生根數(shù)，并做好記錄。使用SPSS及Excel對原始數(shù)據(jù)進行方差、相關性及線性回歸分析，獲得不同處理生根率-時間模型，并在生根率-時間模型基礎上添加加權氣象輔助因子。

2 結果與分析

2.1 瓶外生根劑對試管苗生根率的影響

經過連續(xù)9天的觀察記錄后，獲得7天內的根系生長情況，結果見表2。不同處理條件下，甘蔗假植苗生根生長情況如圖1所示。使用SPSS對表2進行線性回歸方差分析后，得出表3，整個測定期內，甘蔗假植苗根系生長變化是顯著的，并呈現(xiàn)出線性關系。時間越久，生根率越高。通過對各處理進行線性建模分析(表4)，斜率結果顯示處理3＞處理2＞處理1＞CK，斜率變化表示了不同處理間的生根能力，可以得出處理3效果最佳。

表2 試管苗生根率統(tǒng)計表 單位：%

表4 時間模型

圖1 甘蔗生根率變化曲線

表3 處理-生根率線性方差

2.2 氣象信息記錄

廣西南亞熱帶農業(yè)科學研究所微型氣象站每30 min自動記錄1次移栽棚內溫度信息，并對溫度進行疊加記錄。信息記錄如表5所示，但是6月7～9日，氣溫較高，有效積溫分別達到1404.5、1467.7、1444.6，隨后氣溫趨于平穩(wěn)并呈現(xiàn)下降波動趨勢。總體而言，2018年6月7～16日氣象條件較為穩(wěn)定。

表5 2018年6月日疊加氣溫及平均氣溫信息

2.3 處理-日疊加氣溫-生根率分析

使用SPSS對處理(IBA、NAA混合濃度)-日疊加氣溫-生根率進行了皮爾遜相關分析(表6)，得出生根率與日疊加氣溫相關性為正相關，相關度為0.733，說明日疊加氣溫的變化與各個處理的生根率變化具有一定的相關性，日疊加氣溫是甘蔗假植苗生根的重要因素之一，由此可以對日疊加氣溫-處理-生根進行數(shù)學模型的構建。以生根率作為因變量，以IBA、NAA混合濃度及日疊加氣溫作為自變量，使用SPSS 22.0進行線性回歸分析，并獲得線性系數(shù)及方程Y=-0.065857x+0.000069z-0.247371，其中，Y為生根率，x為處理，z為日疊加氣溫。通過線性模型方程，可以得知，甘蔗自養(yǎng)生根假植苗生根率與IBA、NAA混合濃度呈負相關，與日疊加氣溫呈正相關。

表6 皮爾遜相關性

3 結論與討論

使用甘蔗光合自養(yǎng)生根技術處理過的甘蔗試管苗具有較好的瓶外生根能力，后期生根率普遍達到70%以上，最高可達80%，而CK僅有23%的生根率，差異顯著。在統(tǒng)計生根率的基礎上，通過氣象數(shù)據(jù)與假植苗生根率的相關性分析發(fā)現(xiàn)，日疊加氣溫對各處理的生根率相關度達到了0.733，相關性較強。因此可以對處理-日疊加氣溫-生根率進行分析，得出了方程為Y=-0.065857x+ 0.000069z-0.247371。

甘蔗屬于熱帶喜溫作物，溫度的有效疊加對于甘蔗光合自養(yǎng)生根技術試管苗具有較強的促進作用，劉子凡等人[12]2003年從甘蔗質量的糖分、產量等指標出發(fā)，簡述了環(huán)境因子光照、溫度等對甘蔗產量及質量的影響。而本文從日疊加氣溫的角度去找出了溫度與甘蔗光合自養(yǎng)生根技術中瓶外生根的數(shù)量質量的關系，這層關系中除了植物激素的影響，溫度的積累也屬于促進生根的因素。

甘蔗光合自養(yǎng)生根技術處理過的甘蔗試管苗具有較好的瓶外生根能力，對比未處理的試管苗，具有明顯的生根能力提升，同時不同濃度的NAA處理對甘蔗試管苗的生根能力也有一定影響，總體來說，NAA濃度越高，生根能力越強。但是植物激素對作物生長具有較大的促進作用，然而本實驗并未涉及到NAA濃度梯度下降點。因此本試驗僅對濃度內作用有效，僅具有一定的指導意義。氣象互作主要體現(xiàn)在積溫上，甘蔗屬于熱帶喜溫作物，積溫對于甘蔗光合自養(yǎng)生根技術試管苗具有較強的促進作用，2018年6月7～16日近9日內，氣溫對甘蔗試管苗的影響較為平穩(wěn)，但是有小幅波動，而波動體現(xiàn)在了甘蔗生根能力波動上，進而能得出較為合適的數(shù)學模型，對將來類似互作模型具有較強的指導意義。但在試驗得出的模型方程中，日疊加氣溫的模型系數(shù)較小，究其原因發(fā)現(xiàn)，日疊加氣溫雖然累積數(shù)值較大，對將來類似互作模型具有較強的指導意義。目前僅僅揭示了二者的關系，下一步對日疊加氣溫及激素互作的關系進行轉錄組學研究，才能進一步揭示日疊加氣溫與植物激素影響甘蔗假植苗生根的分子路徑。