馬鈴薯植物組織培養(yǎng)技術(shù)

摘要 植物組織培養(yǎng)技術(shù)在離體快速繁殖、脫毒種苗、人工種子培育、遺傳資源保護(hù)和交換中取得了良好的應(yīng)用效果。將植物組織培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用到馬鈴薯工廠化育苗中，能夠?qū)崿F(xiàn)馬鈴薯新型培育方式的推廣。本文綜述了馬鈴薯植物組織培養(yǎng)技術(shù)的推廣現(xiàn)狀、馬鈴薯組織培養(yǎng)技術(shù)和植物組織培養(yǎng)在脫毒栽培中的應(yīng)用及其存在的問(wèn)題，為馬鈴薯組培技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞 馬鈴薯；組織培養(yǎng)；推廣；脫毒技術(shù)

中圖分類號(hào) S359" "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1007-7731（2023）21-0030-04

植物組織培養(yǎng)技術(shù)又叫離體培養(yǎng)或試管培養(yǎng)。具有以下特點(diǎn)：一是外植體遺傳背景一致性高；二是培養(yǎng)材料來(lái)源廣泛，經(jīng)濟(jì)方便，還能帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益；三是不受外界環(huán)境條件的影響，不受時(shí)間限制，可以人為控制培養(yǎng)條件；四是生長(zhǎng)周期短，繁殖速度快；五是不受空間的限制，可以周年規(guī)模化生產(chǎn)[1]。

馬鈴薯喜冷涼，有較強(qiáng)的適應(yīng)性，具有短暫的繁殖期，營(yíng)養(yǎng)豐富，是世界上重要的糧食作物之一，也是工業(yè)原料和蔬菜作物[2-3]。近年來(lái)，馬鈴薯在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的份額有所增加，市場(chǎng)需求也迅速增加[4-5]。傳統(tǒng)的馬鈴薯生產(chǎn)以無(wú)性繁殖為主，生長(zhǎng)周期很長(zhǎng)，容易出現(xiàn)病毒積累現(xiàn)象，帶來(lái)馬鈴薯種薯口感變差、產(chǎn)量降低和品質(zhì)下降等一系列問(wèn)題。防治病毒病的有效措施是脫毒苗培養(yǎng)，其具有有效去除病毒、提升品質(zhì)等特點(diǎn)，還能大幅度降低成本。目前，部分地區(qū)已實(shí)現(xiàn)馬鈴薯脫毒苗的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)范化生產(chǎn)。

1 馬鈴薯植物組織培養(yǎng)技術(shù)的原理及優(yōu)勢(shì)

利用病毒在馬鈴薯體內(nèi)分布不均勻的特點(diǎn)，可以通過(guò)馬鈴薯的組織培養(yǎng)技術(shù)，在莖頂端的分生組織中分離出外植體，作為組織培養(yǎng)材料[6]。與傳統(tǒng)塊莖育種技術(shù)比較，馬鈴薯組織培養(yǎng)技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)，馬鈴薯組織培養(yǎng)技術(shù)可以保護(hù)馬鈴薯品種的優(yōu)良性，延緩品種的變質(zhì)退化，為馬鈴薯種植者提供技術(shù)支持[7-8]。組織培養(yǎng)技術(shù)可以為種植戶節(jié)省大量生產(chǎn)成本，是保存馬鈴薯材料和防止其在種植過(guò)程中被病毒入侵破壞的重要技術(shù)。

2 馬鈴薯植物組織培養(yǎng)技術(shù)的推廣現(xiàn)狀

馬鈴薯在大部分地區(qū)都有種植，生產(chǎn)范圍比較廣，在傳統(tǒng)的種植模式下，由于缺乏有效的種薯塊莖病毒的脫毒處理方法，馬鈴薯生產(chǎn)效率大大降低[9]。通過(guò)應(yīng)用馬鈴薯脫毒技術(shù)，在一定程度上解決了制備脫毒種薯的問(wèn)題，實(shí)踐中由于缺乏大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)，脫毒馬鈴薯的種植受到很大的約束，全面推行比較困難。

3 馬鈴薯進(jìn)行組織培養(yǎng)的意義

馬鈴薯在栽培過(guò)程中容易受到病毒病的影響，在適當(dāng)?shù)臈l件下，病毒可以在馬鈴薯中迅速繁殖。連續(xù)種植后，植株會(huì)變矮，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)葉片扭曲和多葉。可以觀察到葉脈壞死癥狀，嚴(yán)重情況下，葉子會(huì)枯萎，從莖上垂下來(lái)，但不脫落。在馬鈴薯的種植過(guò)程中，會(huì)發(fā)生植株長(zhǎng)勢(shì)衰弱，產(chǎn)量和質(zhì)量下降等問(wèn)題，這些都是種質(zhì)種退化的體現(xiàn)[10-11]。退化后的馬鈴薯不適合繼續(xù)當(dāng)作種薯，否則會(huì)使來(lái)年的產(chǎn)量嚴(yán)重下降，使用優(yōu)質(zhì)的馬鈴薯作為種薯，可以提高馬鈴薯的產(chǎn)量，同時(shí)也會(huì)使農(nóng)戶的種植成本大大提高。通過(guò)組織培養(yǎng)生產(chǎn)馬鈴薯脫毒種薯，可以有效防止馬鈴薯退化，進(jìn)而提高馬鈴薯的產(chǎn)量。

4 組織培養(yǎng)技術(shù)在馬鈴薯上的應(yīng)用

馬鈴薯是一種無(wú)性繁殖的植物，通過(guò)組培技術(shù)生產(chǎn)脫毒種薯，能夠快速方便地緩解馬鈴薯品種發(fā)生退化而導(dǎo)致馬鈴薯質(zhì)量下降的問(wèn)題，進(jìn)而形成馬鈴薯的脫毒生產(chǎn)技術(shù)。

4.1 熱處理法

4.1.1 熱處理的原理" 馬鈴薯熱處理的原理主要是使植物病毒蛋白質(zhì)外殼受熱變性，抑制病毒復(fù)制，同時(shí)不使植物組織受到損傷。植物組織中的許多病毒會(huì)因?yàn)楹侠淼母邷睾吞幚頃r(shí)間而完全遲鈍以控制其活性，并且對(duì)宿主組織的傷害極低，有的甚至不會(huì)對(duì)寄主組織造成傷害[12]，從而讓植物細(xì)胞的生長(zhǎng)和遺傳不受病毒的影響，達(dá)到脫毒的目的。

4.1.2 熱處理的方法" 熱處理的方法有恒溫處理和變溫處理[13]，具體可以使用熱水浸泡或者在具有濕熱空氣的條件下進(jìn)行處理。熱水浸泡有利于休眠芽的生長(zhǎng)，濕熱空氣對(duì)莖尖的處理效果好，這2種方式不僅能消除馬鈴薯攜帶的病毒，而且不會(huì)對(duì)寄主造成大的傷害。

4.1.3 熱處理的局限性" 熱處理在去除病毒方面有一定的局限性，首先，只對(duì)圓形、線狀病毒有效，而對(duì)桿狀病毒無(wú)效。其次，有的植物耐熱能力差，極其容易在熱處理過(guò)程中因?yàn)闇囟冗^(guò)高導(dǎo)致大部分植株枯萎死亡，只有小部分植株可以存活下來(lái)[14]。最后，在鈍化病毒的同時(shí)，植物的一些抗性因子也有可能發(fā)生鈍化而降低脫毒效果。

4.2 莖尖分生組織培養(yǎng)法

4.2.1 莖尖分生組織培養(yǎng)技術(shù)原理" 馬鈴薯無(wú)性繁殖過(guò)程中病毒會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯品質(zhì)退化，然而，馬鈴薯莖尖細(xì)胞的特點(diǎn)是分裂速度非常快速，莖尖細(xì)胞的分裂速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)侵染病毒的增長(zhǎng)速度，二者的發(fā)育速度不同，莖尖端病毒含量極低。利用這種現(xiàn)象，切除莖的末端，并通過(guò)組織培養(yǎng)技術(shù)對(duì)其培育，可生產(chǎn)出沒(méi)有病毒的植株。同時(shí)，新陳代謝旺盛是莖尖的特點(diǎn)之一，病毒復(fù)制自身的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于莖尖生長(zhǎng)的速度。此外，在一定的環(huán)境下進(jìn)行培養(yǎng)也可以防止病毒在種苗上進(jìn)行復(fù)制[15]。因此，如果想要得到無(wú)病毒侵染的馬鈴薯種苗，可以利用莖尖的組織培養(yǎng)技術(shù)獲得。

4.2.2 莖尖分生組織技術(shù)影響因素" 莖尖大小是影響馬鈴薯莖尖脫毒是否能夠成功的最重要因素。莖尖小，攜帶的病毒量非常少，幾乎不受病毒侵染，因此使用莖尖進(jìn)行脫毒的效率較高，且效果比其他組織好。但是莖尖如果太小會(huì)導(dǎo)致成活率比較低，不容易長(zhǎng)成大苗。因此脫毒過(guò)程中一般取帶2個(gè)葉原基的莖尖，以提高成活率。

溫度高低是影響馬鈴薯莖尖脫毒是否能夠成功的第二大因素。莖尖經(jīng)冷熱處理后可提高脫毒的效果。脫毒前莖尖結(jié)合化學(xué)（如赤霉素浸種）或光照等預(yù)處理效果會(huì)更佳。

激素和添加劑是影響馬鈴薯莖尖脫毒成功的重要因素。通過(guò)外源激素調(diào)節(jié)苗的分化和生長(zhǎng)可使試管苗的根莖增粗和葉片增大等。不同品種的馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的類型也不相同，通過(guò)控制生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的濃度可以使馬鈴薯莖尖的成活率提高[16-17]。

4.3 抗病毒藥劑法

4.3.1 基本情況" 抗病毒藥劑法即利用抗病毒藥劑影響病毒RNA的復(fù)制，使病毒不能正常生長(zhǎng)，從而去除病毒。實(shí)踐中，把抗病毒藥劑加到培養(yǎng)基上，也可以直接注射到帶病植株上，同時(shí)結(jié)合莖尖培養(yǎng)。經(jīng)過(guò)處理的莖尖再進(jìn)行組織培養(yǎng)會(huì)提高脫毒率以及成活率[18-19]。這種方法相對(duì)來(lái)說(shuō)取材不是特別嚴(yán)格，選取莖尖可以大于1 mm，容易成活。

4.3.2 抗病毒藥劑法的原理" 抗病毒藥劑法的主要作用原理是通過(guò)使用抗病毒藥劑在三磷酸狀態(tài)下阻止病毒RNA帽子結(jié)構(gòu)的形成，從而達(dá)到去病毒的效果。

5 馬鈴薯組織培養(yǎng)中的污染源及解決措施

5.1 主要污染來(lái)源

馬鈴薯組織培養(yǎng)中常見(jiàn)的污染來(lái)源有以下幾種。一是在操作過(guò)程中產(chǎn)生的污染，如沒(méi)有徹底清潔培養(yǎng)容器（如試管、玻璃瓶和培養(yǎng)瓶等），引起真菌或細(xì)菌的污染，使整個(gè)培養(yǎng)失敗。二是對(duì)培養(yǎng)基的滅菌不夠徹底，在使用高壓滅菌鍋進(jìn)行培養(yǎng)基滅菌時(shí)，沒(méi)有按照規(guī)定設(shè)置溫度、時(shí)間和壓力等，或者沒(méi)有及時(shí)更換已經(jīng)老化的高壓滅菌鍋密封圈，出現(xiàn)滅菌漏氣現(xiàn)象，導(dǎo)致培養(yǎng)基被污染，同時(shí)也有安全隱患。三是操作人員在培養(yǎng)過(guò)程中不夠嚴(yán)謹(jǐn)，沒(méi)有按照無(wú)菌操作規(guī)程操作，使用的接種工具消毒不徹底，在操作過(guò)程中的動(dòng)作不規(guī)范以及培養(yǎng)材料處理不規(guī)范等，也會(huì)導(dǎo)致試管苗被污染。四是培養(yǎng)過(guò)程中的環(huán)境不夠潔凈，雖然培養(yǎng)瓶有密封蓋，但是如果培養(yǎng)室的空氣污濁、環(huán)境臟亂，也可能會(huì)出現(xiàn)污染。如果馬鈴薯組培苗在培養(yǎng)室培養(yǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，就會(huì)容易被污染，所以要及時(shí)進(jìn)行下一步擴(kuò)繁[20-21]。

5.2 相關(guān)措施

馬鈴薯組織培養(yǎng)過(guò)程中污染問(wèn)題的解決措施如下。一是認(rèn)真清洗容器。目前，有的馬鈴薯種苗公司選擇用機(jī)器清洗組培瓶，以達(dá)到降低成本的目的，建議先用0.1%的84消毒劑或潔爾滅對(duì)容器進(jìn)行浸泡消毒，效果較好。二是正確使用儀器設(shè)備。按照說(shuō)明正確操作，例如高壓滅菌鍋的密封圈如果出現(xiàn)老化，要及時(shí)更換。三是嚴(yán)格按照要求操作。使用75%體積濃度的酒精進(jìn)行相應(yīng)消毒，操作者在操作時(shí)盡量不要說(shuō)話、走動(dòng)，對(duì)剪子、鑷子等物件定期使用滅菌鍋消毒，注重操作細(xì)節(jié)。四是保持組培培養(yǎng)室的清潔，避免后期出現(xiàn)染菌現(xiàn)象，定期用紫外線燈對(duì)培養(yǎng)室進(jìn)行滅菌。此外，注意及時(shí)對(duì)馬鈴薯脫毒試管苗進(jìn)行繼代培養(yǎng)，以培養(yǎng)健康的試管苗。

6 馬鈴薯脫毒種薯的種植

馬鈴薯脫毒種薯的發(fā)病率比普通馬鈴薯種薯更低，但因其馬鈴薯脫毒種薯內(nèi)部還含有的少量病毒，故需要對(duì)馬鈴薯脫毒種薯的種植加以重視。

6.1 選擇合適的土壤

在脫毒馬鈴薯的種植過(guò)程中，選擇合適的土壤是很重要的，一般應(yīng)該選擇排水良好，結(jié)構(gòu)疏松，有機(jī)物豐富的土壤、砂質(zhì)土壤或雞糞土壤等。這類土壤對(duì)馬鈴薯脫毒苗種植后的萌發(fā)和生長(zhǎng)起著決定性作用。采用合適的土壤的同時(shí)，也應(yīng)該采取一定的措施進(jìn)行整地。如翻地覆土?xí)r應(yīng)該在考慮耕地性質(zhì)的情況下，采取合理的翻地深度。

6.2 重視種薯播種前的操作

種植者根據(jù)天氣、當(dāng)?shù)氐耐寥酪约暗赜驓夂虻茸匀灰蛩貋?lái)選擇合適的品種，選擇合適的品種后，需要對(duì)種薯進(jìn)行翻曬[16]。對(duì)翻曬后的種薯需要進(jìn)行分割，分割時(shí)需要使用消毒刀。將分割后的種薯同草木灰混合在一起后及時(shí)播種種植。

6.3 合理施肥

提高馬鈴薯產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素之一是合理施肥。在整個(gè)脫毒馬鈴薯種植管理過(guò)程中，要根據(jù)生長(zhǎng)狀態(tài)合理施肥。在施肥過(guò)程中，應(yīng)改善土壤施肥，控制肥料的用量，避免氮肥過(guò)量。

7 結(jié)語(yǔ)

馬鈴薯在糧食儲(chǔ)備、工業(yè)等方面都有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的作物之一，馬鈴薯的組織培養(yǎng)技術(shù)非常重要。在馬鈴薯脫毒苗的培育過(guò)程中，還存在許多問(wèn)題需要解決。如在馬鈴薯脫毒種薯的培育過(guò)程中，往往需要2種或者2種以上的組織培養(yǎng)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，不同技術(shù)結(jié)合得到的脫毒種薯比單獨(dú)一項(xiàng)技術(shù)獲得的脫毒種薯效果更好，安全性更高，脫毒的效率更快。脫毒馬鈴薯的種植具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，因此馬鈴薯的組織培養(yǎng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)馬鈴薯主糧化的重要技術(shù)手段之一。把握脫毒技術(shù)，利用好生物技術(shù)手段提高馬鈴薯的產(chǎn)量和質(zhì)量[16]，對(duì)實(shí)現(xiàn)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展具有重要作用。

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（責(zé)編：馬世堂）