光暗條件下蔗糖和大量元素對蘭州百合鱗莖生長的影響

尹燕　楊道蘭　梁玉文　馮煒弘　牛慧婷　李愛兵

摘要：為了探究蘭州百合試管鱗莖膨大培養基最佳配方和培養條件，解決試管苗移栽成活率低的問題，以蘭州百合鱗片誘導形成的小鱗莖為試驗材料，研究光暗不同培養條件下蔗糖和大量元素對蘭州百合試管鱗莖生長和膨大的影響。在光照（12 h/d光照）和黑暗（24 h/d黑暗）條件下，設置不同質量濃度蔗糖（90 g/L、120 g/L、150 g/L）和不同濃度的大量元素（MS、2MS、3MS）組合處理，培養60 d后測定其鱗莖直徑、鮮重、葉長等相關指標。結果表明，蔗糖和大量元素均對蘭州百合試管鱗莖生長和膨大有顯著的影響，且兩者存在顯著的交互作用，光照條件下鱗莖生長指數和鱗莖鮮重百分比均大于黑暗條件。根據生產實際，推薦適合蘭州百合鱗莖膨大的組合為2MS+蔗糖120 g/L+NAA 0.2 mg/L，培養條件為1 500～2 000 lx下光照12 h/d。

關鍵詞：蘭州百合；試管鱗莖；膨大；蔗糖；大量元素；光周期

中圖分類號：S644.1? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2097-2172（2023）03-0254-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.03.012

Abstract： In order to explore the optimal medium formula and conditions for Lanzhou Lily （Lilium davidii var. unicolor） bulb enlargement in vitro， and to address theissue of low survival rate of tube seedling transplantation， the effects of sucrose and macro elements on bulb growth and enlargement of Lanzhou Lily in vitro were researched under different cultural conditions and the bulblets of Lanzhou Lily induced by scales were selected as experimental materials. The experiments were conducted using three different concentrations of sucrose（90 g/L， 120 g/L， 150 g/L） and different concentrations of macro element（MS， 2MS， 3MS） under the conditions of light （12 h/d light） and dark（24 h/d dark） and morphological indexes such as diameter， fresh weight， length of bulblets were measured after 60 d of culture. The results showed that sucrose and macro elements had significant effects on the growth and enlargement of in vitro bulblets， furthermore， there was a significant interaction between them. The growth index and percentage of bulb fresh weight under light condition were higher than those under dark condition. According to the actual production situation， the suitable combination for bulb enlargement of Lanzhou Lily was 2MS plus 120 g/L sucrose plus 0.2 mg/L NAA， and the illumination intensity was 1 500 to 2 000 lx for 12 h/d.

Key words：? Lilium davidii var. unicolor; Bulblet in vitro; Enlargement; Sucrose; Macro element; Photoperiod

蘭州百合（Lilium davidii var. unicolor）為百合科百合屬球根植物，是川百合的一個變種［1 ］，因其高的含糖量、獨特的風味，成為我國三大主栽食用百合品系中的佼佼者［2 - 3 ］，先后被認定為我國地理標志產品和甘肅省名優特產［4 - 5 ］。近年來，隨著百合產業的高速發展，種植面積逐步擴大，進而對百合種球的需求量和質量也提出了新的要求［6 ］。在實際生產中，蘭州百合仍采用傳統的農戶自留種繁育方法，存在繁殖系數低、易感染病毒、病毒逐年積累等一系列問題［7 ］，進而導致產量低、品種退化嚴重、千字頭多、黃化嚴重等一系列種性退化現象的發生。通過組織培養技術可大大地提高繁殖系數和加快品種培育，但在生產中也存在試管苗長勢弱、移栽成活率低等問題［8 ］。通過對培養條件的改善，不斷使其鱗莖膨大，可有效地起到壯苗和提高移栽成活率的作用［9 - 10? ］。

研究表明，一定質量濃度的蔗糖和大量元素均可促進百合鱗莖的膨大［8，11 ］。在蘭州百合方面也有相關報道，秦新惠等［7 ］研究了蔗糖、活性炭等單因子或多因子組合對蘭州試管鱗莖膨大的影響，表明蔗糖等因子均對試管鱗莖膨大有一定的促進作用；牛慧婷等［12 ］研究發現，高濃度的大量元素和蔗糖均有利于促進蘭州百合試管鱗莖的膨大，但未對大量元素和蔗糖的組合處理進行研究。

光周期對百合試管鱗莖的誘導和膨大的影響在野生卷丹、瀘定百合及東方百合“Siberia” 等［13 - 15 ］已有相關研究，但關于光周期對蘭州百合試管鱗莖的生長和膨大未見相關報道。我們以蘭州百合鱗片誘導形成的百合小鱗莖為試驗材料，研究在不同的光照培養條件下大量元素與蔗糖組合處理對百合鱗莖生長和膨大的影響，旨在尋找蘭州百合試管鱗莖膨大的最佳配方和培養條件，解決試管苗移栽成活率低的問題，為生產優質蘭州百合種球提供技術支持。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗材料

蘭州百合采自蘭州市七里河區西果園鎮堡子村。以蘭州百合鱗片作為外植體，將經過叢芽誘導、叢芽增殖的叢芽體接種于MS+NAA 0.2 mg/L+蔗糖90 g/L +瓊脂5 g/L的培養基中誘導形成的小鱗莖（平均直徑4 mm左右，平均鮮重0.2 g左右）為供試材料。

1.2? ?試驗方法

1.2.1? ? 試驗設計? ? 采用雙因素試驗設計。因素1為大量元素濃度，設MS、2MS、3MS 3個處理，分別記為A1、A2、A3；因素2為蔗糖濃度，設90、120、150 g/L 3個處理，分別記為B1、B2、B3。

將誘導形成的小鱗莖在無菌條件下分割成單獨的小鱗莖，切取上部的葉和下部的根后接種在均含NAA 0.2 mg/L的9種培養基上（表1），分別置于光照12 h/d、黑暗24 h/d，光照強度為1 500～? 2 000 lx，溫度（25±2）℃條件下進行試管鱗莖的膨大培養。每處理30瓶，每瓶接種6個小鱗莖。

1.2.2? ? 指標測定? ? 培養60 d后，從培養瓶中取出組培苗，在自來水下沖去培養基，瀝干水分后稱其總鮮重，同時測量葉長、根長、根粗及根數。再去除葉和根后測定鱗莖鮮重、鱗莖直徑。每水平觀測10株，重復3次，求平均值，計算生長指數［14 ］、鱗莖鮮重百分比［13 ］。

生長指數（%）=［（鱗莖鮮重-鱗莖初始鮮重）/鱗莖初始鮮重］×100%

鱗莖鮮重百分比（%）=（鱗莖鮮重/試管苗總鮮重）×100%

1.2.3? ? 試驗數據統計分析? ? 試驗數據利用Excel 2010和SPSS16.0進行統計分析，采用塔姆黑尼法進行分析比較。

2? ?結果與分析

2.1? ?光照條件下蔗糖和大量元素組合處理對百合鱗莖生長和膨大的影響

由表2和圖1可知，在光照條件下，蔗糖和大量元素組合處理對蘭州百合試管鱗莖的生長和膨大有顯著影響。

隨著大量元素濃度的增加，鱗莖生長指數顯著提高，其中3MS和2MS處理分別比MS處理提高了59.91%、75.34%；鱗莖鮮重百分比顯著提高，3MS和2MS處理分別比MS處理提高了97.90%、22.92%；鱗莖鮮重、鱗莖直徑均呈明顯上升趨勢，大量元素濃度為3MS時鱗莖鮮重及直徑分別達到了最大值；根長、根粗、根數顯著下降，均未觀察到生根現象的發生；葉長表現為降低的趨勢，MS和2MS處理時，葉長無顯著差異，而大量元素濃度增至3MS時葉長減小至MS的74.20%。

隨著蔗糖質量濃度的不斷增加，鱗莖生長指數顯著提高，但150 g/L和120 g/L蔗糖處理間差異不顯著，分別比90 g/L蔗糖處理提高了49.73%和55.98%。鱗莖鮮重百分比顯著提高，150 g/L和120 g/L蔗糖處理分別比90 g/L蔗糖處理提高了76.37%和57.12%。鱗莖鮮重、鱗莖直徑均呈明顯上升趨勢，150 g/L蔗糖處理下鱗莖鮮重及直徑分別比90 g/L蔗糖處理提高了50.93%和37.18%。根長逐漸下降，90 g/L蔗糖和120 g/L蔗糖處理間差異不顯著；根粗表現為先增加后降低的趨勢，90g/L蔗糖和150 g/L蔗糖處理間差異不顯著。根數逐步下降，90 g/L和120 g/L蔗糖處理間差異不顯著。

由主效應和交互作用方差分析（表3）可知，在光照培養條件下蔗糖濃度和大量元素濃度存在顯著的交互作用，更多地表現為協同作用。綜合考慮生產實際，將A2B2處理作為光照條件下蘭州百合試管鱗莖膨大的最佳組合。

2.2? ?黑暗條件下蔗糖和大量元素組合處理對百合鱗莖生長和膨大的影響

由表4和圖2可知，在黑暗條件下，蔗糖和大量元素組合處理對蘭州百合試管鱗莖的生長和膨大影響顯著。

隨著大量元素濃度的增加，鱗莖生長指數顯著提高，其中3MS和2MS處理分別比MS處理提高了141.63%、89.15%；鱗莖鮮重百分比逐步提高， MS和2MS處理間差異不顯著，當大量元素濃度為3MS時達到了最大值，比MS處理提高了114.85%；鱗莖直徑呈明顯上升趨勢，MS和2MS處理間差異不顯著，大量元素濃度為3MS時鱗莖直徑達到了最大值，比MS處理提高了22.04%；根長、根數、根粗均呈現下降趨勢，大量元素濃度達到3MS時均未觀察到生根現象的發生；葉長先升高后降低，在大量元素濃度為2MS時，葉長達到最大值。

隨著蔗糖質量濃度增加，鱗莖生長指數顯著提高， 150、120 g/L蔗糖處理間差異不顯著，分別比90 g/L蔗糖處理提高了41.94%、34.78%；鱗莖鮮重百分比顯著提高，150、120 g/L蔗糖處理分別比90 g/L蔗糖處理提高了65.00%、29.15%；鱗莖直徑不斷增加， 150、120 g/L蔗糖處理間差異不顯著，分別比90 g/L蔗糖處理提高了8.35%、8.89%；根長和根粗均呈下降趨勢，90 g/L蔗糖和120 g/L蔗糖處理間差異不顯著；根數表現為各處理間間差異不顯著。

由主效應和交互作用方差分析（表5）可知，在暗培養下，蔗糖濃度和大量元素濃度存在顯著的交互作用，更多地表現為協同作用。從實際生產角度考慮，可將A2B2處理作為蘭州百合試管鱗莖膨大的最佳組合，因此，可將2MS與蔗糖120 g/L結合處理作為黑暗條件下蘭州百合試管鱗莖膨大的最佳組合。

2.3? ?光暗不同培養條件下蔗糖和大量元素組合處理對試管鱗莖膨大影響的比較

通過對前述試驗篩選出的最佳組合A2B2的鱗莖生長指數進行比較，由圖3可知，在光照條件下，鱗莖生長指數比黑暗條件下提高了31.73%。因此最終確定適合蘭州百合試管小鱗莖膨大的最佳條件為：2MS+蔗糖120 g/L +NAA 0.2 mg/L，培養條件為1 500～2 000 lx的下光照12 h/d。

3? ?討論與結論

蔗糖作為碳水化合物輸送最主要的形式，在植物組織培養中發揮著重要的作用［15 ］。本研究表明，無論在光照還是黑暗條件下，隨著蔗糖濃度的增加，鱗莖生長指數、鱗莖鮮重百分比均不斷提高。這與王愛勤等［11 ］、張潔等［16 ］的研究結果基本一致。但張延龍［8 ］和劉清波等［17 ］的研究表明，適當提高蔗糖濃度可促進百合鱗莖的增重，促進鱗莖的膨大，而較高濃度蔗糖則會產生一定的抑制作用。這些研究結果均表明高質量濃度的蔗糖有利于百合鱗莖膨大，但所需蔗糖濃度可能與試驗材料及培養條件有關。

研究表明，無論是在光照還是在黑暗條件下，隨著大量元素濃度的增加，鱗莖生長指數和鱗莖鮮重百分比都顯著增加，鱗莖直徑和鮮重也都不斷增加。這可能是由于隨著鱗莖的不斷膨大，高濃度的大量元素能為其提供生長所需的養分，從而促進了鱗莖的生長和膨大，這與張潔等［16 ］、張延龍等［8 ］的研究結果基本一致。但趙海濤［15 ］在研究東方百合“Siberia”試管鱗莖發育時，認為在黑暗條件下，2MS處理得鱗莖膨大效果好，但畸形現象嚴重；在光照條件下，鱗莖重量與大量元素濃度呈負相關的關系。造成這種差異的原因可能是試驗材料和培養條件不同所致。因此，在對不同的百合品種，甚至是同一品種在不同的條件下培養時所需大量元素有所差異，應通過多因素試驗選擇合適的培養基。

本研究表明，無論是在光照還是在黑暗條件下，隨著大量元素濃度的增加，根長、根數、根粗及葉長均呈下降趨勢，當大量元素濃度增加至3MS時，均未觀察到根發生的現象。造成這種現象的原因可能是隨著大量元素濃度的增加，培養基中氮素含量不斷增加，而當氮素濃度增加至一定程度時，對百合試管苗的根和葉產生了抑制作用。

本研究發現，光照條件下的鱗莖生長指數和鮮重百分比均高于黑暗條件。一方面可能是由于長時間的暗處理使光合作用受到阻礙，在一定程度上光合作用產物積累減少，進而不利于試管鱗莖的膨大［13 ］；另一方面，可能是在光照條件下鱗莖更能適應高質量濃度的蔗糖，因光合作用的緣故，使培養基中更多的蔗糖被鱗莖吸收轉化為淀粉和CO2［18 ］，促其鱗莖不斷膨大。Kumar［18 ］研究發現在黑暗條件下東方百合“Star Gazer”誘導產生的小鱗莖鮮重達到了最大；趙海濤［15 ］研究表明，光照和黑暗條件對東方百合“Siberia”試管鱗莖的數量、重量及直徑均未產生顯著性差異；周玲云［14 ］在對瀘定百合試管鱗莖的膨大進行研究時得出短日照（小于8 h/d）利于試管鱗莖的膨大。造成以上不同的研究結果的原因可能與所用試驗材料有關。

綜上，蔗糖和大量元素均對蘭州百合試管鱗莖生長和膨大有顯著的影響，且兩者存在顯著的交互作用。光照條件下的鱗莖生長指數和鮮重百分比均大于黑暗條件。根據生產實際，優化出的適合蘭州百合鱗莖膨大的最佳組合為2MS+蔗糖120 g/L +NAA 0.2 mg/L，培養條件為1 500～2 000 lx光照12 h/d。

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