全 文 ：. . . . . .
申甸琅 学通报 第 1 2卷 第 1期 以犯 5年 1月
b tP
: l:面 th .。恤呵口口刀妞 1 .毗 .c n 1 35
优质魔芋组培快繁技术研究进展
林 蓉 , 谢春梅 ,谢世清
(云南农业大学魔芋研究所 ,云南昆明 650 20 1)
摘 要 :论迷 了魔芋细胞组织培养研究方面 所取得的成果与进展 , 如 芽在 sM + N A A O一0 .s mg L/生根的培养基 , 生根率达到 10 %等 , 并针对 当前在魔芋组织培养中存在 的突出 问题如 由于多盼氧化
物的氧化 而产生的细胞的 揭变现象以及组培苗的玻瑞化等现象做出 了分析 : 知开始时里 于暗处培养
可 以防止或减少揭变现 象 ,加入 G A 3 等徽1 元素于培养基中可以减少组培苗的玻瑞化的发生 。 这些
均为下 一步魔芋组培快繁技术应用 于生产提供理论依据 。
关艘词 : 魔芋 ;组培快繁 ;进展
P『Og r e S S ot tS u d y O n t h e 节s s u e C u lt u er of A砌甲扣平瓜以此 肠娜面
U
n
OR飞 , iX e Ch umen i
, 儿 e his 中n g
(A m呷h o Ph al u s e o nj ac er s e二h isn it ut e , Y uan A幼
e u l tur .al U垃
vesr
iyt 6 502 0 1 )
bA
s tar c t : Th e 翻 rt icle d i
s e u s s es ht e lat es t er s ul st an d esr eacr
h lP or g陀 s s es on ht e it s su e e ul tuer of
Amo 印h o p hal l u s e onj ac
, s u e h as al ht
e er 罗 n e art e d p lan d e t s o edt er iad ly o n M S + N A A 0
.
3一 0 . 5m创L
an d 目旧w iin o e o m lP e et lP ant s
,
hw i
e h aer bas ed
o n ht e er s ul et of P lan t it
s su e e ul t u r e in 面 s if eld . k
an吻 s e s ht e m ia n Por b l e ms of ht e e u二nt s ut 勿 o n it s s u e e ul t u er Of Amo , 入叩知心忍。 e o可ac , s uc h as het
b功w n ign of m e id a for ht e 而 d iat on of 卯 lyp h e oln 丽ds an d ve t ir if c iat on . h 15 be t t e r ht at ht e mat ier 山 。
e u lt uer d i
n ht e d aJ 玉en s s for het b功w in n g Of m ed i a an d i t e an d e e~
e v e t对五e iat on 江 ht er i s u冠 c e
e l eme
n t s u e h as G A
3 i n t h e e u l tu r e me d i
u m
.
l 诫1 be n e if t for 几 rt h e r er s~ h
o n P加 l i fe ar it on for
p找刁u e it o n Pacr t i e e
.
Ky6 W o dr s : Amo , 入叩 hal us e o nj iac , T i s s u e e ul uetr
a
dn var id p or p ag at
e , P Or 脚。
魔芋 (A onI , h op h` lus 。 口勺配 )是天南星科魔芋属
多年生草本植物 , 也是重要经济作物之一 。 中国主要
分布于四川 、 云南 、 江苏等长江流域 , 且以花魔芋分
布最广 l] 。 魔芋产品器官是球茎 , 富含的葡甘露聚糖
是 目前公认最好的膳食纤维之一 z1[ 。 但在生产种植
中 , 魔芋的用种量大 , 这样不仅耗费大量的种芋 , 而
且其表皮极易损伤 , 易感病和种芋腐烂 。 另外 , 魔芋
由于长期采用无性繁殖 , 种芋常带病毒 、 种性退化 ,
通过茎尖的脱毒培养可获得无病毒种苗 。 为逐步实
现魔芋生产良种化的目标 , 从根本上解决魔芋良种
退化 , 品种繁殖系数低等问题 , 利用细胞组织培养技
术进行快速繁殖 , 生产出优质种苗 , 是解决魔芋规模
化 , 规范化栽培种苗问题的有效方法 。 虽然针对魔芋
组织培养技术的研究在国内外己经有一些报道 1肠呱
l4]
, 但是魔芋组培中仍然存在组培苗成苗率低 , 培养
周期长 , 培养过程中细胞的褐变 , 组培苗玻璃化现象
等突出问题 。 本文对魔芋组培快繁过程中存在的问
题及解决方法作了深入的分析论述 , 为解决魔芋组
织培养过程中的技术难题 , 快速魔芋种芋繁育速度
提供了相关理论依据 。
1 魔芋无菌无性系的趁立
选择云南省魔芋生产上广泛栽培的优质高产 、 抗
逆性强的魔芋优良品种的健康球茎或根状茎 。 切取球
茎 、根状茎的主芽 、侧芽 、 皮上芽胞及皮下组织等营养
器官进行组织培养获得再生植株 , 具体步骤如下 :
1
.
1 材料处理 和外植体灭 菌 魔芋任何部位的组织
均可作为培养材料 。 曾昭初 、 高翔等在对白魔芋的研
究中表明 : 接种的最佳外植体为底块心 l4] 。 精心挑选
无病 、 表而光滑 、长形 、 芽窝深的块茎 , 然后将优选的
若 t 项目 :云南省科技攻关项目资助 。 第一作者筒介 :林蓉 ,女 , 19 79 年出生 ,2 0 3级作物栽培学与耕作学专业在读硕士 。 通信地址 : 云南农业大学 61 号信
箱 . E . m画 l:址Uy l 54 @ s恤 .~
。 通讯作密 :谢世滴 。 收藕日期 : 2以M -0 吞 lS ,修回日期 : 2以抖刁 7刁 3 .
1 5 4
C i hn e se Ar g ic ulo tra l S e ienc
e B ulle t in V o l
.
Z I No
.
l 2 0 0 5」an a ury
b P t:刀zn t h. c b n iaj o j m ua l . n e t. c n . . . . .
魔芋块茎充分洗干净后晾干 , 在净化工作台内去皮 ,
切成较大的组织块 , 用 70 % 乙醇擦拭大组织块的表
面或放在 70 % 乙醇中浸泡 15~2 s0 后 , 转入盛有 0 . 1%
H gC I
: 的烧杯中表面消毒 8一 1m0 in , 用 无菌水洗涤小 5 次 , 在无菌培养皿中将大组织块切成 0 . s cm 见方
(约 0 . 1司 . 2 9) 的小块 (外植体 ) , 待接种用 。 同时魔芋块
茎的大组织块在表面消毒前切勿接触水分 , 否则 , 块
茎内含有的魔芋葡甘聚糖遇水溶涨 , 包裹病菌 , 引起
接种后大量污染 .
1
.
2 培养基的选择 不 同的植物种类 、 培养部位和培
养目的应选择不同的培养基 。 只有根据各自的特殊
要求并尽量给予满足 , 才可能顺利地生长发育 。 经过
前人的研究 ,得到魔芋培养基的营养组成成分 , 愈伤
组 织 诱 导 培 养 基 为 : M S 基 本 培 养 基 + N A A
0
.
3一 0 . s m g/ L + B A 0
.
5刁 . s m留L ; 不定芽增殖培养基
为 : M S 基 本 培 养 基 十 N A A .0 05 刁 . l m叭 十 B A
1
.
5m叭 ; 生根培养基为 : M s 基本培养基 十 N A A
.0 3一.0 sm gI L 十 KT .0 05 m叭51[ 。 培养基的 PH 值一般
为 5 . 8 。
1 3 培养条件 利用植物组织培养技术大量繁殖魔
芋脱毒苗在各个阶段培养条件 (如光照 强度 、 光照时
间 、温度 、湿度等 )又有所不同 。 愈伤组织的诱导分化
阶段 : 光照强度 巧 o lx , 光照时间 礴扮 d , 培养温度
20 ℃ ; 胚 状 体 增 殖 (从 苗 ) 阶 段 : 光 照 强 度
1 5 0 0一2 0O0 lx , 光照时间 8 h/ d , 培养温度 2于 25 ℃ ; 生
根成苗阶段 : 光照 强度 2 0 0 0~ 3 0 0 0玩 , 光照时间 10
U d
, 培养温度 20 一 30 ℃ 5[] 。 组织培养室空气应尽量干
燥 , 但需用水分散失慢的封 口材料如聚丙烯膜 , 这不
至于使培养基丧失过多的水分 , 从而影响试管苗的
生长 。 吴毅明在对植物组织培养的环境条件研究中
表明 l6j : 用通透性好的化学纤维 、 纸卷 、 蛙石 、 沙子等
代替琼脂作培养基 , 可改善根际环境 , 促进植物体生
根 。 在建造或 改造培养室时 , 应考虑多采用 自然光
照 , 从而减少使用 日光灯 , 达到节约用电降低生产成
本的目的 。
2 魔芋组织的增殖培养
2
.
1 初代培养 植物组织培养中 , 从最初接种的外植
体上产生的组织 、器官 、 植株等 , 称为初代培养 。
2
.
1
.
1 菌类污染 菌类污染是植物组织培养过程中常
见的而且必须给予高度重视的问题 。 一般而言 , 污染
率应控制在 8% 以内 , 但在实际生产 中污染率达
20 %
, 有时高达 50 % , 甚至 10 % 闭 。 王利民 、周毅等研
究表明植物组织培养中的污染来源可分成 3 大类 :
第一类是材料带菌 , 选用的外值体因较大等原因本
身带有较多病菌 , 因此 , 初代接种时应使用大小适宜
的外植体 。 第二类是接种污染 。 它是 由于在接种过程
中病菌污染培养材料而造成的 。 所以操作时应细心 ,
接种用 的镊子不要与酒精灯 、 台面等接触 , 一旦接触
立即进行消毒处理 , 同时各瓶材料接种完时对镊子
进行消毒就可克服 。 第三类是培养过程感染 。 在培养
的过程中 , 如果环境中病菌多 、湿度大 、 温度高 , 同样
会使培养的材料污染 。 彭昌操在对花魔芋的愈伤组
织诱导研究中报道 18 : 不同外植体在不 同种类的表面
灭菌剂及处理时间作用下其污染率有明显差异 。 所
以 , 对于不同的外植体的表面 ,应根据具体情况选择
灭菌剂和灭菌的时间 。
2
.
1
,
2 褐变现象 褐变现象是初代培养中的一个最重
要的问题 。 它是指在魔芋的组织培养过程中 , 由外植
体伤 口或幼嫩组织分泌的多酚化合物 , 被氧化后变
成褐色的对培养物有害的酮类物质 , 严重时通过扩
散使整个培养基变成褐色 , 也称酚污染 。 对于外植体
本身来讲 , 酚类物质从外植体切 口 向外溢出是一种
自我保护反应 , 可诱导植保素或物理屏障的形成 , 以
防止微生物浸染组织 。 为防止或减少魔芋组织培养
中褐变现象的产生可以在培养基中加入抗氧化剂 、
活性炭 (A C ) , 或开始时把培养物置 于暗处 , 也可以在
刚发现时就进行连续转接 , 勤换新鲜培养基等 。
.2 2 继代培养 在继代培养中所获得的芽 、 苗 、 胚状
体或原球茎等数量不 多 , 也难以直接种植到栽培介
质中去 , 这些培养材料需要进一步增殖培养 , 使之数
量扩大 。 继代培养就是在初代培养的基础上 ,通过逐
步培养扩大初代培养物的过程 。 在对魔芋的继代培
养过程中 , 遗传稳定性问题和玻璃化问题应引起注
意和重视 。
.2 2
.
1 遗传 稳定性 问题 遗传稳定性问题就是保持原
有 良种性状的问题 。 与遗传稳定性有关的因素有培
养材料的基因型 、 试管苗的继代次数和离体器官的
发生方式 。 试管苗的继代次数和培养时间对遗传稳
定性的影响规律是 , 随继代次数和时间的增加 , 变异
率不断提高 。 在进行魔芋的组培快繁时 , 应尽量采用
不易发生体细胞变异的增殖途径 , 以减少或避免植
物个体或细胞发生变异 。 如采用魔芋的茎尖 、 幼嫩组
织可有效地减少变异 ; 缩短继代时间 , 限制继代次
数 , 每隔一定继代次数后 , 重新开始接种外植体进行
新的继代培养 ; 采用适当的生长调节物质种类和较
低的浓度 ; 减少或不使用培养基中容易引起诱变的
化学物质 。
.2 .2 2 玻璃化问题 在进行继代培养时 , 经常会发现
. . . . . .
申回雇 学通报 第 2 1卷 第 l 期 2以万年 l 月
h仰:角口出 . 。恤词 。口厄目 .朋 t . n c 5 5 1
试管苗生长异常 , 表现为试管苗叶片 、嫩稍如水浸一
般 , 呈水晶状透明或半透明 ;整株矮小肿胀 、 失绿 ; 叶
片皱缩成纵向卷曲 , 脆弱易碎 。 这种试管苗生长异常
的现象称为 “ 玻璃化 ” (又叫超度含水态 ) 19 , 它是植物
组培过程中所特有的一种生理失调或生理病变 , 这
种玻璃化现象严重影响到继代增殖率的提高 。 尽管
对玻璃化苗中许多酶及微量元素在其发育中的作用
及变化等进行了大量的研究 , 但到 目前未止尚未得
出一致的结论 。 一般来说 , 相对于正常苗及叶片而
言 , 这种苗及叶片中 , 本质素 、 纤维素 、 叶绿素和蛋白
质等的含量低 , 各种各样酶的活性及含量等也有变
化 . 从其形态特点上也可推知 , 玻璃化苗含水量高
而干重少 [ , 0, 川 。
但是根据研究表明 , 控制玻璃化要从培养的环境
和培养材料本身的生理生化状态等方面入手 , 具体措
施如下 : ( l) 利用固体培养方法 , 增加琼脂浓度和蔗糖
含量 , 降低培养基的衬质势 ,造成细胞吸水阻遏 。 (2) 采
用透气性好的封口材料 , 降低培养容器内部环境的相
对湿度 。 (3 )适当低温处理 , 避免过高的培养温度 ,在昼
夜变温交替的情况下比恒温好 。 减少人工光照比例 , 增
加 自然光照强度和时间 。 (4) 在培养基中添加一些物
质 。 如 G A 3 的存在与否 。 培养基中无机盐的种类及组
成 , 某些微量元素含量过高等均与超度含水态截玻璃
化苗)的发生及发育有关凹 。 (5) 注意提高培养物对逆境
的耐受能力。 (6) 注意碳源浓度的选择 。
3 魔芋的生根培养与植株再生
外植体通过大量增殖后 , 多数情况下形成无根的
芽苗 , 有些容易生根的芽苗经过壮苗培养后 , 获得生
长一致的带根小苗 , 便可以考虑炼苗和移栽 , 省去诱
导生根培养阶段 , 但多数植物的芽苗需要诱导生根
才能移栽 。 魔芋离体繁殖产生的芽 、 嫩稍、 原茎 (部分
直接生根 )只有进一步诱导生根 , 才能得到完整的植
株 。 N A A 是根生长的最适生长素 , 加入微量的 K T 利
于促进不定根的形成 。 通过增殖培养阶段产生魔芋
丛苗经切成单株后接入到生根培养基中生根成苗 。
单株苗转到 M s + N A A o~ o . s m g 飞 生根培养基上都
能生根 , 但有一定的差异 , 根据苏承刚 、 张兴国等的
研 究 表 明 : 最 佳 生 根 培 养 基 是 M S + N A A
0
.
3司 . s m目1 , 生根率达到 10 0%阅 。
4 魔芋的瓶苗移栽
试管苗展叶并长出良好根系就可以移栽 。在瓶苗
移栽过程中 , 虽然小苗在移栽几天后就有新根长出 ,
但成活率不高 。郑文静 、 赵海岩等的研究结果表明 l3[ ,
造成组培苗成活率低及不稳定的可能原因很多 , 例
如苗嫩木质化程度 、 试管苗从培养瓶中取出后其周
围的温度 、 湿度和基质等因素都有影响 。 曾昭初 、 罗
鸿源等研究表明 l4[] : 快速繁殖的魔芋组培苗 , 在转入
田间栽培前 , 先将组培苗在 自然光下由闭口到开 口
培养 1d0 左右 , 再将幼苗移出 , 用水把培养基冲洗
净 , 并将组培苗浸入 0 . 1%的代森锌溶液 3~5 m in 后置
于带土的营养袋中 , 在室内锻炼 15 d 左右 , 便可移栽
于田间 。 移栽魔芋组培试管苗时 , 需卧式淹埋根部 ,
埋土至苗基部 , 不压根 , 浇透水 。 并注意遮阴 、 保湿 。
4币 月份移栽 , 其成活率为 o %左右 。 注意在取苗等
操作时尽量不要损伤苗的任何部位 , 否则 , 易病菌容
易浸染 。
参考文献
l 王平华 ,谢庆华 ,吴毅欲 ,等 . 白魔芋不同外植体组培分化条件研究 .西南
农业大学学报 , 2X() l ,2 3 ( l ): 6 3荀 5
2 吕世安 ,沈艳芬 ,黄元勋 ,等 .魔芋组织培养及快萦技术研究 .湖北民族学
院学报 ,2 X() 3夕 1( 2) :卜 8
3 谢世清 ,赵庆云 ,张发春 ,等 .云南高原魔芋综合配套高产技术 ,长江魂菜 ,
2创洲j , 6 ( 5 ): l卜 12
4 曾昭初 ,高翔 ,罗鸿派 ,等 . 白魔芋组织培养快挤技术的研究 .贵州农业科
学 , 19 7, 2 5(】):2卜 3 1
5 孙茂林 ,谢世清 ,何云昆 ,等 .云南薯类作物的研究和发展 .云南科技出版
社 , 2加3 . 2 49、 2 50
6 吴毅明 .植物组织培养的环境调节研究进展 .生态农业研究 ,2 0 3 , (3) :
7 3~ 7 5
7 王利民 ,周毅 ,陈龙友 ,等 .植物组织培养中消毒剂的运用 .贵州师范大学
学报(自然科学版 ) ,2 0() 2 , (2) :l 5一 17
8 彭昌操 .花魔芋愈伤组织诱导研究 .湖北民族学院学报 , 2以沁 ,( :8) 1刁
9 陶铭 .组织培养中畸形胚状体及超度含水态苗的研究 .西北植物学报 ,
2 0() 2
,
2 1( 5 ): 104 -8 1 05 8
10 D d ”吵 P , 人血匆切 . 0 川如e J , C o h en D , d al . R。 为朋 ld . 川匆。 of 触 t目n .
` v iitr if ca t i
o n , as u s de in 面 cor p or P a g iat on [J ]. P】an t 以U T IS . O r g ·
C山t . , 】9 9 2 , (3 0) : 13 5一 l 4()
1 G aS P ar T
,
K e v 日rS C , 氏味沙 P , et ia . V i幼五。 d加 , m呷 b川叼司 叨d
coe l
o ig ca l . p 民 ts [A I . ih : B o n g a J M , D u幻口口 D J , 司 . . Cd l an d T is u e
C u lot 伟 in F o心 try 〔C ] . D七吮如即狱 : 幻 u w er A汤de 面 e 卜翻 . 如b l . , 198 7 ,卜
15 2~ 16 6
12 苏承刚 ,张兴国 ,张盛林 ,等 .桂平魔芋组织培养研究 .西南农业大学学报 ,
2X() 1
,
2 3 ( 3 ): 2 2 8~ 22 9
13 郑文静 ,赵海岩 ,杨立国 ,等 .植物组织培养操作过程中的常见问题及其
解决方法 .辽宁农业科学 , 2X() 1 , ( 2) : 4 9~ 5 1
14 曾昭初 ,罗鸿源 ,葛芬华 ,等 .魔芋组织培养技术研究初报 .贵州农业科学 ,
19 4
,
( 5 ): 1 9心 l