檳榔芋脫毒試管芋的誘導及種苗繁育研究

摘 要：為解決檳榔芋組培脫毒苗育苗成活率低、周期長、成本高、栽培后植株生長緩慢、子芋數量過多等問題，以炭步檳榔芋組培繼代增殖8代的試管苗為材料，開展試管芋誘導、育苗基質和育苗時間，以及在高糖無激素培養基中進行不同周期培養對內源激素含量及生產影響的研究。結果表明，廣東炭步檳榔芋單株試管苗在無激素培養基中，誘導試管芋的最佳蔗糖質量濃度為60 g·L-1；育苗基質以紅壤土、泥炭土、珍珠巖/椰糠/蛭石體積比2∶1∶1為最佳，成活率可達100%；試管芋的最佳育苗時間為11月份，此時可以最大程度地保證種苗的大小，降低生產成本，且能避免冬季低溫影響種苗成活率。試管苗在高糖無激素培養基中，隨著培養周期的延長，試管芋隨之增大，脫落酸（ABA）含量升高，生長素（IAA）含量先升高后降低，細胞分裂素（CTK）含量先降低后升高再降低，在試管芋形成過程中起重要的調控作用。研究結果可為檳榔芋健康種苗繁育和規模化生產提供重要參考依據，也為芋球莖生長發育機制研究奠定基礎。

關鍵詞：檳榔芋；試管芋；誘導；種苗繁育

中圖分類號：S632.3 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）09-109-07

Study on induction and seedling breeding of virus-free in vitro taro of Binglang taro

HUANG Shaoli1， LUO Yanyu1， WEI Liguo1， MO Xiancheng2， LIN Rongshan2， LI Tianming3

（1. Guangzhou Academic279a58dbc5ca7fde4f9bd50641920a0c95ea5ded38ab9b673aa37707b3da2d5d of Agricultural Science， Guangzhou 510335， Guangdong， China; 2. Bureau of Agriculture and Rural Affairs of Hezhou City， Hezhou 542800， Guangxi， China; 3. Hezhou Seed and Planting Industry Workstation， Hezhou 542800， Guangxi， China）

Abstract： In order to solve the problems of low survival rate， long cycle， high cost， slow plant growth after cultivation， and excessive number of taro seeds in tissue culture virus-free seedlings of Binglang taro. This study used tissue culture and subculture of 8-generation in vitro seedlings of Binglang taro in Guangdong， Tanbu as experimental materials， in vitro taro induction， seedling substrate and seedling time were carried out. It also studied the endogenous hormone content and its impact on production after different transfer times in high sugar hormone free medium. The results showed that the optimal sucrose concentration for inducing in vitro taro in hormone free medium was 60 g·L-1. The optimal seedling substrate is red loam∶peat soil∶perlite/coconut bran/vermiculite =2∶1∶1， and the survival rate can reach 100%. The best time for cultivating in vitro taro seedlings is in November， which can maximize the size of the seedlings， reduce production costs， and avoid the impact of low temperatures in winter on the survival of seedlings. In high sugar hormone free culture medium， as the number of transfers increases， the size of in vitro taro， the content of ABA increases， the content of IAA first increases and then decreases， and the content of CTK first decreases and then increases and then decreases. They play an important regulatory role in the formation process of test tube tubers. These results can provide important reference for the healthy seedling breeding and large-scale production of the Binglang taro， and lay a foundation for the study of the growth and development mechanism of the taro bulb.

Key words： Binglang taro; In vitro taro; Induction; Seedling breeding

收稿日期：2024-04-19；修回日期：2024-05-30

基金項目：廣州市基礎研究計劃項目（202201010065）；廣西科技計劃項目（桂科AB23049007）；廣州市科技計劃項目（2023B03J1274）

作者簡介：黃紹力，男，推廣研究員，研究方向為特色蔬菜新品種選育、栽培與示范推廣。E-mail：1009845770@qq.com

通信作者：羅燕羽，女，農藝師，研究方向為植物新品種選育、栽培與示范推廣。E-mail：874940453@qq.com

檳榔芋[Colocasia esculenta （L.） Schoot var. Binglang]為天南星科芋屬芋種魁芋類型[1]，母芋為主要食用器官，芋肉帶紫紅色檳榔花紋，煮食時，香味四溢，口感酥松、粉嫩、香醇[2]。芋頭為無性繁殖作物，一般以子芋或孫芋作為繁殖體，長期反復留種易造成種性退化、產量下降和病蟲害發生嚴重等問題[3]。目前較有效的解決方式是種植組培脫毒種苗，李火金[4]和闕玉林[5]的研究表明，利用芋頭脫毒種苗栽培可以減少病蟲害的發生、提高芋頭的產量和品質，在相同的栽培管理條件下脫毒芋產量比未脫毒芋高出20%～30%。盡管組培脫毒苗優勢明顯，但由于組培脫毒苗育苗周期長、育苗成活率低、成本高[6]，且栽培出的芋頭子芋過多[7]，影響母芋的生長。

試管芋是在脫毒苗基礎上誘導形成的微型芋，前人研究結果表明，通過誘導離體微器官，可為無性繁殖作物的種質保存、交換以及無毒微型塊莖的生產和運輸提供一條便利的途徑[8]。劉玉平等[9]對不同類型芋的試管芋誘導基本條件進行了探索，劉星月等[10]研究了鉛山紅芽芋的試管芋誘導條件，韓曉勇等[11]研究了靖江香沙芋的試管芋誘導條件。目前已經有不少關于試管芋的研究報道，但關于檳榔芋脫毒試管苗誘導及其種苗繁育方面的研究尚未見報道。筆者以廣東炭步文岡檳榔芋為研究對象，通過開展蔗糖誘導試管芋研究，篩選出試管芋誘導最適蔗糖濃度，并對試管芋的育苗基質和育苗時間進行研究，以期提高育苗成活率、縮短育苗周期、降低生產成本；同時進一步開展試管苗在高糖無激素培養基中不同周期培養對內源激素含量及生產影響的研究，以解決脫毒苗栽培后生長慢、子芋數量多的問題，以期為檳榔芋的種苗繁育及規模化生產提供重要的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗所用品種為炭步文岡檳榔芋，由廣州市花都區炭步鎮文岡香芋合作社提供；所用的組培脫毒試管苗為已經繼代增殖8代，株高不低于2 cm的單株試管苗，由廣州市農業科學研究院生物技術研究所提供。

1.2 方法

試驗于2021年3月至2023年11月進行。試管芋的誘導試驗在廣州市農業科學研究院花都基地組培實驗室進行，育苗試驗在廣州市農業科學研究院花都基地大棚進行，種植栽培試驗在廣州市花都區炭步鎮文岡香芋合作社芋頭種植基地進行，前茬均為水稻。試驗按照隨機區組設計。

1.2.1 試管芋的誘導 將炭步文岡檳榔芋試管苗接種于不同蔗糖質量濃度（20、30、40、50、60、70、80、90和100 g·L-1）的MS無激素培養基中，卡拉膠質量濃度為6 g·L-1。培養條件為：光照度2000 lx，光照12 h·d-1，溫度（28±2）℃，濕度65%。每個處理接種30瓶，每瓶接種10株，3次重復。每周對試管芋生長情況觀察記錄，培養60 d后利用游標卡尺和分析天平測量試管芋球莖的橫徑、縱徑和鮮質量，每個處理組隨機抽取20株測量。

1.2.2 育苗基質的篩選 為提高試管芋的育苗成活率，取蔗糖質量濃度為60 g·L-1的試管芋移栽育苗，按表1基質的體積配比，共5個處理，每個處理50株，3次重復，以普通試管生根苗的紅壤土育苗為對照（CK1）。培養條件為25 ℃，光照度4000 lx，70% RH（空氣相對濕度），移栽30 d后統計成活率。成活率/%=成活株數/育苗總數×100。

1.2.3 育苗時間研究 將蔗糖質量濃度為60 g·L-1試管芋分別于9、10、11、12月份的月初進行穴盤育苗，穴盤大小為50 mm×50 mm，共4個處理，每個處理育苗150株，3個重復。育苗1個月后全部移栽于育苗杯（100 mm）中繼續培育，參照黃新芳等[12]的方法，待第2年3月初利用鋼尺測定種苗高、基部直徑、葉片的長度和寬度，每個處理隨機抽取20株測量。測定完成后將不同月份培育的種苗下地栽培，株距25 cm，行距50～60 cm，種植100株，至10月底采收時統計母芋大小，每個處理隨機抽取20株測量，3次重復，管理方式參考鐘建勇等[13]的方法，以單球莖鮮質量100 g左右的子芋為對照（CK2），以此篩選出最佳的芋頭脫毒種苗育苗時間。

1.2.4 試管芋形成過程中激素含量的測定 通過1.2.1篩選出炭步檳榔芋試管芋誘導的最適蔗糖質量濃度，在該蔗糖質量濃度條件下采用無激素的MS培養基分別進行1、2和3個周期的轉接培養，共3個處理，每個處理接種20瓶，每瓶10株，3個重復。轉接時去掉根部和黃葉，1個培養周期為45 d，培養條件同1.2.1，以繼代增殖8代的試管苗（0）為對照（CK3）。取每個周期培養完成后的試管芋球莖（植株基部）為樣品，隨機選取5個球莖為1個樣品，3個重復，用液氮速凍后送至南京瑞源生物技術有限公司采用酶聯免疫法（ELISA）測定生長素（IAA）、細胞分裂素（CTK）、脫落酸（ABA）、赤霉素（GA）、茉莉酸甲酯（ME-JA）和油菜素內酯（BR）的含量。

1.2.5 試管芋培養周期對芋頭生產的影響 將1.2.4中不同周期培養后的試管芋用清水清洗掉附著的培養基，然后按照1.2.2中最優的育苗基質配比育苗，每個培養周期的試管芋育苗150株，3次重復。育苗完成后按照1.2.3中的方法種植和栽培管理，每個培養周期種植100株，3個重復，以100 g子芋常規栽培為對照（CK4），至10月底采收時利用電子秤測量母芋鮮質量，并計數子芋數量，每個處理測量20株。

1.3 數據分析

采用Microsoft Excel 2010進行數據的統計與作圖，采用SPSS17.0進行Ducan’s顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同蔗糖質量濃度對試管芋誘導的影響

由表2和圖1可以看出，隨著蔗糖質量濃度的升高，試管芋球莖的橫徑、縱徑和鮮質量均呈上升趨勢，蔗糖質量濃度在30～60 g·L-1的范圍內，試管芋球莖大小增長最明顯，在60 g·L-1之后試管芋球莖大小的增長放緩，相鄰各濃度之間的差異不顯著。在蔗糖質量濃度為20和30 g·L-1時，組培苗植株基部不發生膨大，生長45 d左右葉片開始黃化；在蔗糖質量濃度為40 g·L-1時，組培苗植株基部膨大明顯，葉片黃化時間延遲，生長50 d左右葉片開始黃化；在質量濃度為50 g·L-1時，組培苗開始出現紫色根系，基部進一步膨大，葉片在生長50 d左右開始黃化；在質量濃度為60 g·L-1時，葉片黃化時間進一步延遲，生長60 d左右葉片才開始出現黃化；在質量濃度達到70 g·L-1時，組培苗開始出現內生菌，葉片在50 d左右開始出現黃化；隨著蔗糖質量濃度的進一步升高，內生菌生長更明顯，且葉片出現黃化的時間也更早，當蔗糖質量濃度在80～100 g·L-1時，各處理組之間組培苗基部膨大變化不明顯，橫徑、縱徑和鮮質量均不存在顯著差異。基于上述結果，最適的蔗糖質量濃度為60 g·L-1，此時不僅組培苗基部膨大明顯，橫徑和鮮質量與其他各處理之間均呈顯著差異，而且葉片出現黃化時間遲，也未發現有內生菌生長，對試管芋球莖橫切，發現試管芋同成品檳榔芋一樣有檳榔花紋（圖2）。

2.2 育苗基質對試管芋移栽成活率的影響

將長勢一致的試管芋清洗掉根部培養基，移栽到不同的基質中，生長30 d后統計試管芋的成活率。由表3可知，通過誘導試管芋進行育苗移栽可有效提高成活率，以純紅壤土作為移栽基質，試管芋移栽的成活率顯著高于普通試管生根苗；試管芋在不同的育苗基質中總體成活率高，不同育苗基質之間差異不顯著，在紅壤土中適當添加泥炭土等基質，移栽成活率可達100%。

2.3 育苗時間對芋頭生產的影響

由表4可以看出，在不同月份進行育苗對假植苗的高度和葉片大小影響顯著，育苗時間越早假植苗越高，葉片越大。9月份開始育苗至第2年2月底，苗高可達43.29 cm，植株基部直徑2.79 cm，葉片寬度為16.81 cm，葉片長度20.67 cm。育苗時間越推后，假植苗越小，12月份開始育苗至第2年3月初，苗高僅有19.77 cm，基部直徑1.68 cm，葉片寬度為7.42 cm，葉片長度10.74 cm，均顯著低于其他月份。但是育苗時間對栽培后母芋的質量影響不顯著，在試驗的時間范圍內育苗，經8個月栽培后母芋質量在2.5 kg左右。與對照相比，盡管利用試管芋生產出來的芋頭母芋偏小，但差異并不顯著。

2.4 不同培養周期對試管芋生長的影響

由表5可知，隨著培養周期的延長，試管芋也隨之增大，培養3個周期的試管芋球莖橫徑為0.83 cm，縱徑為2.59 cm，平均質量可達1.39 g。在不同培養周期之間，試管芋球莖的橫徑、縱徑和平均質量均呈顯著差異。

2.5 不同培養周期試管芋激素含量的變化

由圖3-A可知，隨著培養周期的延長，IAA含量呈先升高后降低的趨勢，但均高于對照；培養1個周期的IAA含量（w，后同）最高，為479.934 ng·g-1，對照組的IAA含量最低，為239.312 ng·g-1。隨著試管芋的生長，CTK含量呈先下降后升高再下降的趨勢，不同培養周期之間存在極顯著差異，未進行高糖無激素培養的對照組CTK含量最高，為2 511.349 ng·g-1，培養3個周期的CTK含量最低，為1 090.113 ng·g-1。ABA含量在試管芋生長過程中呈上升的趨勢，未進行高糖無激素培養的對照組最低，為682.298 ng·g-1，培養3個周期時最高，為772.729 ng·g-1。由圖3-B可知，GA含量呈先上升后下降的趨勢，對照組含量最低，為2.024 ng·g-1，培養1個周期的含量最高，為4.435 ng·g-1。ME-JA含量在試管芋生長過程中呈先上升后下降再上升的趨勢，對照組的含量最低，為0.486 ng·g-1，培養1個周期的含量最高，為1.051 ng·g-1。BR含量也呈先上升后下降再上升的趨勢，培養2個周期的含量最低，為1.834 ng·g-1，培養3個周期的含量最高，為3.310 ng·g-1。

2.6 不同培養周期試管芋對芋頭生產的影響

由表6可知，隨著在高糖無激素培養基中培養周期的延長，生產出來的芋頭母芋質量呈先增大后減小的變化趨勢，子芋數量逐漸減少。同常規子芋栽培的芋頭相比，未進行高糖無激素培養的試管苗生產出來的母芋質量顯著降低，子芋數量顯著增加；試管芋培養1個周期后生產出來的母芋質量和子芋數量與常規子芋栽培呈顯著差異，但母芋質量與培養2個周期差異不顯著；在高糖無激素培養基中培養2個周期或3個周期，生產出來的芋頭母芋質量和子芋數量與常規子芋栽培相比，無顯著差異。

3 討論與結論

前人研究結果表明，離體誘導的微器官具有體積小、易移栽、耐貯存等優點，在生產中可替代試管苗，應用潛力巨大[14]。在試管微型器官的誘導研究中，蔗糖濃度是影響最顯著的因素之一[15]，適當的提高蔗糖濃度有利于微型器官的形成[16]。筆者在前人研究的基礎上，利用不同的蔗糖質量濃度對廣東炭步文岡檳榔芋進行試管芋的誘導，發現在無植物激素的MS培養基中最佳的蔗糖質量濃度為60 g·L-1，質量濃度過低影響試管芋的膨大，過高則易引發內生菌，影響試管芋生長。劉星月等[10]的研究表明，80 g·L-1的蔗糖濃度最佳，韓曉勇等[11]研究表明，50 g·L-1的蔗糖濃度最佳，這可能與基因型、試管苗的選擇和激素的添加有關，筆者選用的是炭步文岡檳榔芋，采用的是可生根的單株苗進行無激素培養，與劉星月等[10]和韓曉勇等[11]的均不同。

前人研究結果表明，離體誘導的微塊莖具有體積小、易移栽、耐貯存和繁殖系數高等優點[17]，在生產中可替代試管苗，解決育苗移栽成活率低的問題。前期研究結果表明，廣東炭步芋頭試管苗用園土育苗移栽的成活率在80%左右[3]，為提高移栽成活率與幼苗質量，筆者通過誘導試管芋，利用試管芋育苗，在紅壤土中成活率可達98.3%，再在紅壤土中適當添加疏松透氣的基質，成活率可達100%。

為縮短育苗周期，降低生產成本，筆者開展了不同育苗時間對假植苗大小和芋頭生產影響的試驗，研究結果表明，盡管不同月份進行種苗培育對假植苗的大小影響顯著，但對栽培后生長出的母芋大小無顯著影響。芋頭一般都是用子芋或孫芋進行無性栽培的[5，18]，但其主要作用是為芽的萌發和前期生長提供營養，后期便會萎縮或者腐爛，并沒有在原球莖上膨大。盡管芋脫毒假植苗前期生長較常規子芋苗慢，但其假植苗根系生長旺盛，定植緩苗一段時間后根系便可以很好地吸收土壤中的養分而生長，且檳榔芋球莖的主要膨大期在7－9月，只要在芋頭的整個生長過程中保證水肥供應，同樣可以生長出大芋頭。因此，為最大程度地縮短育苗時間，降低生產成本，又要避免低溫的影響，最合適的育苗時間為11月份。

植物塊莖的形成是一個極為復雜的過程，與內源激素的調控有著密切的聯系。在離體培養條件下誘導試管微器官，是研究塊根發生發育和形成機制的一個重要途徑[19]。本研究中隨著培養周期的延長，IAA含量呈先上升后下降的趨勢，在高糖無激素培養基中培養1個周期時，IAA含量升高，隨著培養周期的延長試管芋球莖進一步膨大，IAA含量隨之降低。可見，較高水平的IAA可誘導試管芋塊莖形成，水平下降可促進塊莖膨大，這與李玲玲[20]對菊芋試管塊莖的研究結果一致，但與盛瑋等[21]對半夏試管塊莖的研究結果相反。一般認為細胞分裂素類物質既可促進植株的延伸，又可促進塊莖的膨大，盛潔悅[22]和Sarkar等[23]的研究結果表明，低濃度的CTK可促進塊莖的發育，而高濃度則抑制發育。本研究結果表明，芋試管苗在高糖濃度中培養1個周期后CTK含量下降，培養2個周期時略有上升，培養3個周期時又下降，但總體呈下降趨勢，說明低濃度的CTK含量確實有助于試管芋的發育。李明軍等[24]研究表明，ABA含量的升高可促進懷山藥試管塊莖膨大，與筆者的研究結果一致。在本研究中，隨著試管芋球莖的不斷膨大，ABA含量呈上升趨勢，球莖越大，ABA的含量越高。但也有研究表明，ABA是通過調控赤霉素的含量來影響塊莖發育的[25]，本研究中ABA與GA并未直接表現出相關性，且GA含量始終處于一個較低的水平。研究表明，油菜素內酯可以促進植物細胞伸長與分裂[26]，茉莉酸甲酯及其衍生物可刺激塊莖形成和生長。在本研究中，BR和ME-JA含量在不同培養周期之間有波動，培養1個周期時升高，培養2個周期時降低，3個周期時又升高，沒有表現出明顯的促進或抑制作用，且其含量與GA一樣，在培養0～3周期整個過程中始終處于一個較低水平，推測GA、ME-JA和BR可能沒有參與炭步文岡檳榔芋試管芋的發育。

檳榔芋的主要食用器官為母芋，在生產過程中子芋數量過多會爭奪母芋的營養，且在收獲時會增加母芋的傷口，不利于母芋的貯藏。前人研究表明，試管苗植株在繼代過程中會發生激素的積累，且在試管苗移栽后，會出現植株生長緩慢、容易形成叢生苗、無法形成地下球莖的問題[10，27]。植物激素是植物組培快繁必不可少的物質，但外源施用植物激素會改變內源激素的水平[28]，肖關麗等[29]的研究表明，外源6-BA的添加對內源CTK產生了促進作用。筆者在本研究中的結果表明，試管苗在高糖無激素的培養基中經過多個培養周期后，CTK含量總體呈下降趨勢，在培養3個周期時降低超過56%。而試管苗在經過2個周期的高糖無激素培養之后，生產出來的芋頭母芋質量和子芋數量與常規子芋栽培相比，差異不顯著，因此，為降低生產成本，最佳的高糖無激素培養周期為2個。由此可見，通過高糖無激素培養不僅可以提高脫毒苗的育苗移栽成活率，還可以解決組培過程中激素積累導致的生產后期植株生長緩慢、子芋數量過多的問題。

綜上所述，炭步文岡檳榔芋單株試管苗無激素培養的最佳蔗糖質量濃度為60 g·L-1；最佳育苗基質為紅壤土、泥炭土、珍珠巖/椰糠/蛭石體積比2∶1∶1，成活率可達100%；試管芋育苗的最佳時間為11月份，此時不僅可以最大程度地保證種苗的大小，降低生產成本，又能避免受冬季低溫影響。隨著在高糖無激素培養基中培養周期的延長，試管芋顯著膨大，ABA、IAA和CTK在試管芋形成過程中起著重要的調控作用；對試管苗進行2個周期的高糖無激素的轉接培養，有助于解決組培過程中激素積累導致的生產后期植株生長緩慢、子芋數量過多的問題。

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