光谱与光密度影响马铃薯试管薯诱导发育的研究进展.pdf

南 京 农 业 大 学 学 报 2018,412195-202 http//J o u r n a l o f N a n j i n g A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y DOI10.7685/jnau.201704022收 稿 日 期 2017-04-14 基 金 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目11674174; 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目2017YFB0403903 作 者 简 介 徐 志 刚, 教 授, 主 要 从 事 植 物 光 生 物 学 与 植 物 光 环 境 生 理 研 究,E-。 ∗ 通 信 作 者。 徐 志 刚, 李 瑞 宁, 黄 文 文. 光 谱 与 光 密 度 影 响 马 铃 薯 试 管 薯 诱 导 发 育 的 研 究 进 展[J]. 南 京 农 业 大 学 学 报,2018,412195-202. 光 谱 与 光 密 度 影 响 马 铃 薯 试 管 薯 诱 导 发 育 的 研 究 进 展 徐 志 刚 ∗ , 李 瑞 宁, 黄 文 文 南 京 农 业 大 学 农 学 院, 江 苏 南 京210095 摘 要 马 铃 薯 试 管 薯 诱 导 是 构 建 种 薯 工 厂 化 生 产 的 现 代 繁 种 工 业 体 系 的 关 键 技 术 之 一, 但 该 技 术 正 受 制 于 试 管 薯 诱 导 率 低 及 个 体 质 量 小 的 问 题。 试 管 薯 的 生 育 进 程 包 括 试 管 苗 壮 苗、 试 管 薯 诱 导 和 膨 大, 并 受 基 因、 物 理 环 境 和 外 源 激 素 等 因 素 的 影 响。 作 为 物 理 环 境 因 子, 光 驱 动 植 物 的 生 命 活 动, 光 密 度 与 光 谱 对 试 管 薯 的 诱 导、 膨 大 期 物 质 积 累 以 及 光 合 产 物 的 转 运 具 有 重 要 调 节 作 用。 近 年 来, 人 们 逐 渐 意 识 到 光 环 境 因 子 优 化 是 提 高 马 铃 薯 脱 毒 试 管 薯 产 量 和 质 量 的 可 行 途 径 之 一。 试 管 薯 是 植 物 储 藏 器 官, 探 索 光 密 度 和 光 谱 影 响 其 生 育 进 程 的 机 制, 将 有 助 于 从 物 理 光 谱 角 度, 更 精 细 地 获 取 光 谱 调 控 植 物 储 藏 器 官 发 育 的 知 识, 有 助 于 试 管 薯 产 量 与 质 量 的 提 升。 关 键 词 马 铃 薯; 试 管 薯; 光 密 度; 光 谱 中 图 分 类 号 S532 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号 1000-2030 2018 02-0195-08 Studyonthegrowthanddevelopmentofpotatomicrotuber bylightintensityandlightquality XUZhigang ∗ ,LIRuining,HUANGWenwen CollegeofAgriculture,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China AbstractPotatomirco-tuberizationisakeytechnologyappliedinbuildingmodernseedindustryofvirus-freeseedpotatoesfactory production.However,thetechnologyissubjectedtothelowqualityofmicrotuberinductionandthesmall individual quality. The developmentof i n v i t r omicrotuberincludesthethreestagesofstrongplantletscultureinrooting,microtuberinductionandexpansion, andiscontrolledbythefactorssuchasgenetype,physicalenvironmentandexogenoushormonesandsoon.Asphysicalenvironmental factors,lightdrivesplantlifeactivity,lightintensityandlightspectralplayavitalroleinregulatingthemicrotuberinduction,matter accumulationofexpansionandphotosynthatetranslocation.Inrecentyears,peoplehaverealizedthattheoptimizationoflightenviron- mentalfactorsisoneofthefeasiblewaystoimprovetheyieldandqualityofmicrotubers.Microtuberwhichisthestorageorganofplant isusedasamodeorgantoprobetheregulationmechanismofspectraldistributiononthedevelopmentprocessofstorageorgan.This researchisbeneficialtounderstandingtheknowledgeofspectraldistributionontheregulatingthedevelopmentprocessofthestorage organandwillbehelpfulinincreasingtheyieldandqualityofmicrotubers. Keywordspotato;microtuber;lightintensity;lightspectral 马 铃 薯 S o l an um t ub e r o s u mL. 为 茄 科Solanaceae 一 年 生 双 子 叶 草 本 植 物 [1] , 其 单 产 水 平 是 谷 类 作 物 的24 倍, 水 分 利 用 效 率 比 谷 类 作 物 高7 倍http//cipotato.org/potato/facts。 我 国 小 麦、 玉 米 主 产 区 正 遭 受 水 资 源 短 缺 困 境, 马 铃 薯 作 为 主 粮 可 持 续 增 产 的 战 略 替 代 作 物, 已 被 列 为 我 国 第 四 大 主 粮 作 物。 在 生 产 过 程 中, 由 于 病 毒 的 侵 染, 马 铃 薯 容 易 出 现 生 长 势 衰 退、 薯 块 变 小 或 畸 形 等 一 系 列 的 退 化 现 象, 导 致 其 产 量 及 质 量 的 下 降, 严 重 影 响 马 铃 薯 的 生 产。 可 靠 的 繁 种 技 术 是 确 保 马 铃 薯 高 产 优 质 的 基 础。 传 统 繁 种 技 术 使 病 毒 在 种 薯 中 世 代 积 累 和 传 递, 种 性 退 化, 造 成 马 铃 薯 减 产2050 [2] 。 脱 毒 试 管 薯 技 术 能 有 效 解 除 病 毒 侵 染 的 制 约, 以 该 技 术 为 核 心 构 建 种 薯 工 厂 化 生 产 的 现 代 繁 种 工 业 体 系, 能 实 现 周 年 稳 定 的 规 模 产 出, 为 种 植 业 提 供 优 质 脱 毒 种 薯。 此 外, 试 管 薯 也 是 研 究 马 铃 薯 碳 水 化 合 物 代 谢 的 一 个 适 宜 模 式, 同 时 它 还 是 进 行 遗 传 转 化 的 良 好 受 体 [3-6] 。 试 管 薯 的 诱 导 是 受“ 基 因 型- 环 境- 生 物 化 学 因 子” 相 互 作 用、 共 同 调 节 的 复 杂 过 程 [7-9] 。 基 因 型 的 差 异 是 影 响 试 管 薯 诱 导 的 主 要 因 素 之 一。 在 相 同 的 诱 导 条 件 下, 早 熟 品 种 的 试 管 苗 结 薯 能 力 强 于 晚 熟 品 种 [10] 。 温 度 对 试 管 薯 的 诱 导 有 一 定 的 影 响, 昼 夜 变 温 环 境 条 件 下, 试 管 薯 诱 导 率 较 高 [11] 。 外 源 激 素 能 显 南 京 农 业 大 学 学 报 第41 卷 著 提 高 试 管 薯 的 产 量, 缩 短 生 产 周 期, 但 受 制 于 薯 块 畸 形 率 高、 方 法 繁 琐 等 缺 点 [12-15] 。 光 为 植 物 光 合 作 用 提 供 能 源, 对 植 物 的 生 长、 发 育 有 重 要 的 调 节 作 用。 由 于 组 培 容 器 透 光, 且 试 管 薯 可 在 试 管 苗 的 任 何 腋 芽 处 形 成, 所 以 马 铃 薯 组 培 苗 的 光 合 作 用、 形 态 建 成、 物 质 代 谢, 以 及 后 续 试 管 薯 的 诱 导 形 成、 膨 大 等 生 育 进 程 势 必 会 受 到 光 的 影 响。 关 于 试 管 薯 诱 导 的 研 究 已 取 得 了 长 足 进 展, 目 前 主 要 集 中 在 培 养 基 类 型、 外 源 激 素、 光 周 期 等 方 面。 吴 秋 云 等 [16] 发 现 相 较 于 固 体 培 养 基, 在 液 体 培 养 基 中, 试 管 薯 诱 导 率 较 高;Abbott 等 [17] 发 现 培 养 基 中 添 加6-BA 有 利 于 试 管 薯 的 形 成;Perl 等 [18] 认 为 短 日 照 有 利 于 试 管 薯 的 形 成, 长 日 照 利 于 试 管 薯 的 发 育。 而 关 于 光 密 度 与 光 谱 分 布 影 响 试 管 薯 诱 导 与 膨 大 的 研 究, 不 同 的 试 验 结 果 间 存 在 差 异 与 争 议, 甚 至 相 互 矛 盾。 有 研 究 认 为 全 黑 暗 条 件 下, 试 管 薯 诱 导 率 较 高 [5] , 也 有 研 究 认 为 弱 散 射 光 下 的 试 管 薯 诱 导 率 比 全 黑 暗 及 强 散 射 光 条 件 下 的 高, 且 大 薯 较 多 [19] ; 有 研 究 认 为 白 光 下 诱 导 的 试 管 薯 多 且 大 [20] , 也 有 研 究 表 明 蓝 光 条 件 下 能 形 成 优 质 试 管 薯 [21] 。 马 铃 薯 试 管 苗 产 生 的 光 合 产 物 既 要 向 试 管 薯 中 转 运, 也 要 供 给 自 身 的 生 长 发 育。 然 而, 光 密 度 与 光 谱 是 否 影 响 以 及 如 何 调 控 马 铃 薯 组 培 苗 的 形 态 建 成 和 物 质 代 谢, 进 而 如 何 影 响 试 管 薯 的 形 成 与 膨 大, 相 关 的 系 统 性 研 究 有 待 完 善。 在 组 织 培 养 条 件 下, 马 铃 薯 试 管 薯 的 形 成 受 到 多 种 环 境 因 素 的 调 控, 光 照、 温 度 以 及 培 养 基 类 型 等 都 会 影 响 试 管 薯 的 形 成 及 发 育。 光 不 仅 作 为 光 合 作 用 的 能 量 来 源, 而 且 还 作 为 一 种 重 要 的 信 号 源, 调 节 基 因 的 表 达、 影 响 酶 活 性 以 及 形 态 建 成 等, 以 促 使 植 物 更 好 地 适 应 外 界 环 境 [22-23] 。 光 密 度 直 接 影 响 植 物 光 合 作 用 的 强 弱。 光 密 度 过 高 时, 会 破 坏 原 生 质 引 起 叶 绿 素 分 解, 或 者 使 细 胞 失 水 过 多 而 使 气 孔 关 闭, 造 成 光 合 作 用 减 弱, 出 现 光 抑 制 现 象。 当 光 密 度 低 于 光 补 偿 点 时, 光 合 作 用 制 造 的 有 机 物 质 少 于 呼 吸 消 耗, 植 物 不 能 正 常 生 长 发 育。 而 在 光 形 态 建 成 过 程 中, 光 谱 作 为 信 号, 植 物 通 过 光 受 体 感 应 这 种 信 息 后, 通 过 信 号 传 导 途 径 而 引 导 相 关 基 因 的 表 达 与 调 控, 从 而 激 活 一 系 列 生 理 生 化 代 谢 过 程 [24] , 最 终 导 致 马 铃 薯 试 管 苗 形 态 结 构 特 征 的 建 成, 以 便 更 好 地 完 成 试 管 薯 的 生 长 发 育。 因 此 组 织 培 养 条 件 下, 光 密 度 以 及 光 谱 可 以 被 用 来 调 控 马 铃 薯 组 织 或 器 官 的 生 长 发 育 [25] 。 1 光 密 度 与 光 谱 对 马 铃 薯 试 管 苗 壮 苗 的 影 响 试 管 苗 的 状 况 直 接 影 响 试 管 薯 的 形 成 和 产 量, 试 管 薯 的 结 薯 率 及 大 薯 率 均 与 试 管 苗 有 密 切 的 联 系 [19] 。 只 有 在 试 管 薯 诱 导 前 期, 培 养 出 叶 色 浓 绿、 茎 粗 壮、 根 系 发 达、 较 高 生 物 量 和 干 物 质 的 试 管 苗, 才 有 可 能 诱 导 出 高 产 优 质 的 试 管 薯 [26] 。 试 管 薯 的 诱 导 分 为 两 个 阶 段, 即 壮 苗 阶 段 和 试 管 薯 诱 导 阶 段。 在 试 管 薯 诱 导 之 前, 需 先 经 过 一 段 时 间 的 壮 苗 培 养, 再 进 行 试 管 薯 诱 导。 高 效 率 地 培 养 试 管 苗 壮 苗, 是 试 管 薯 繁 种 技 术 得 以 运 用 和 推 广 的 关 键。 形 成 马 铃 薯 试 管 薯 的 物 质, 部 分 来 自 于 试 管 苗 光 合 作 用 所 合 成 的 碳 水 化 合 物, 碳 水 化 合 物 的 形 成 与 马 铃 薯 试 管 苗 光 合 作 用 有 着 密 切 联 系。 因 此, 有 必 要 了 解 光 密 度 和 光 谱 对 马 铃 薯 试 管 苗 壮 苗 培 养 的 影 响, 探 索 光 合 产 物 的 形 成 及 转 运。 1.1 光 密 度 对 马 铃 薯 试 管 苗 壮 苗 的 影 响 一 般 来 说, 植 物 中 的 干 物 质 有9095 是 来 自 光 合 作 用, 在 光 饱 和 点 以 下, 光 合 强 度 随 光 密 度 的 增 加 而 增 加 [24] 。 在 试 管 苗 壮 苗 培 养 的 不 同 试 验 中, 所 采 用 的 光 密 度 差 异 较 大,Wang 等 [27] 、Forti 等 [28] 、 卢 娟 [29] 、 金 建 钧 [30] 分 别 采 用2000lx、3000lx、4000lx 进 行 试 管 苗 培 养;Ahn 等 [31] 也 分 别 以3000lx 和 300lx 进 行 试 管 苗 的 培 养, 发 现 在 高 光 密 度 下, 试 管 苗 长 势 好, 其 鲜 样 质 量 和 干 物 质 均 高 于 低 光 密 度 处 理。 孔 繁 春 等 [32] 研 究 了 不 同 培 养 方 式 和 光 密 度 对 马 铃 薯 脱 毒 试 管 苗 微 繁 的 影 响, 发 现3000lx 光 照 下 的 植 株 生 长 最 好, 其 次 是 自 然 光,1000lx 和2000lx 处 理 与3000lx 处 理 相 比, 差 异 不 明 显, 这 与 陈 凯 等 [33] 的 研 究 结 果 一 致。 在 实 际 应 用 中, 目 前 多 参 考 使 用20002500lx 的 光 密 度, 用 以 培 养 马 铃 薯 试 管 苗 [34-36] 。 陈 兆 贵 等 [37] 的 研 究 表 明60μmol·m -2 ·s -1 的 光 密 度 适 宜 于 培 育 马 铃 薯 组 培 苗; 柳 红 [38] 和Ma 等 [39] 采 用LEDlight-emittingdiode 光 源 开 展 试 验, 分 别 发 现65μmol·m -2 ·s -1 和72μmol·m -2 ·s -1 的 光 密 度 均 适 宜 于 马 铃 薯 试 管 苗 生 长。 Ma 等 [39] 认 为 较 高 的 光 密 度 有 利 于 培 养 马 铃 薯 试 管 苗 壮 苗。 但 过 高 的 光 密 度 会 对 植 物 的 光 系 统 造 成 伤 害, 出 现 光 抑 制 现 象。 有 研 究 发 现 马 铃 薯 试 管 苗 在 高 光 密 度 下 生 长 不 旺 盛, 并 且 发 现 24h 连 续 光 照 下, 马 铃 薯 组 培 苗 出 现 萎 黄 和 坏 死 斑 点 [40] , 但 是 温 变 周 期 能 够 缓 解 高 光 密 度 对 马 铃 薯 组 培 苗 的 危 害 [41] 。 由 于 品 种 和 环 境 的 差 异, 适 宜 于 马 铃 薯 试 管 苗 壮 苗 光 密 度 参 数 的 研 究 仍 有 待 系 统 性 实 施, 目 前 的 研 究 积 累 还 不 足 以 担 当 起 向 实 际 生 产 提 供 适 宜 光 密 度 推 荐 值 的 重 任。 6 9 1 第2 期 徐 志 刚, 等 光 谱 与 光 密 度 影 响 马 铃 薯 试 管 薯 诱 导 发 育 的 研 究 进 展 1.2 光 谱 对 马 铃 薯 试 管 苗 壮 苗 的 影 响 植 物 光 形 态 建 成 所 需 要 的 光, 主 要 集 中 在 光 谱 的 近 紫 外 光 区300380nm、 蓝 光 区430490nm、 红 光 区640700nm 以 及 远 红 光 区700760nm [24] 。 光 谱 是 指 能 被 植 物 光 受 体 感 知 并 被 吸 收 的 各 波 长 光 的 组 合 [25] 。 采 用LED 补 充 红 光 或 远 红 光 的 光 密 度 来 重 构 光 谱, 能 控 制 马 铃 薯 组 培 苗 的 茎 长 与 生 长 状 况 [42] , 光 谱 中 红 光 比 例 的 增 加 可 以 促 进 马 铃 薯 试 管 苗 叶 面 积 的 增 加 [43] 。 Seabrook 等 [44] 研 究 了 黄 色 树 脂 滤 膜 对 马 铃 薯 试 管 苗 生 长 的 影 响, 发 现 去 除 光 谱 中 的 蓝 光 可 以 增 加 试 管 苗 的 株 高。 常 宏 等 [45] 研 究 了 不 同 光 谱 白 光、 红 光、 蓝 光 对 马 铃 薯 试 管 苗 生 长 和 试 管 薯 形 成 的 影 响, 发 现 在 红 光 下 试 管 苗 叶 片 的 净 光 合 速 率、 可 溶 性 糖 含 量 和 生 物 量 最 多; 蓝 光 有 利 于 试 管 苗 干 物 质 含 量 的 提 高, 而 在 白 光 条 件 下, 试 管 苗 净 光 合 速 率 和 干 物 质 含 量 最 低。 采 用 高 频 闪 烁 的 红、 蓝 光LED 培 养 马 铃 薯 组 培 苗, 在 不 提 高 耗 电 成 本 下, 能 提 高 马 铃 薯 组 培 苗 的 生 长 速 率 [46-47] ; 但 又 有 研 究 指 出 马 铃 薯 组 培 苗 的 生 长 速 率 在 无 闪 烁 的 红、 蓝 光LED 光 照 下 最 高 [48-49] 。 陈 兆 贵 等 [37] 选 择6 个LED 光 谱 组 合 处 理, 分 别 是RL 红 光∶BL 蓝 光∶GL 绿 光20∶20∶20、RL∶BL∶GL20∶ 25∶15、RL∶BL∶GL20∶30∶10、RL∶BL∶GL10∶30∶20、RL∶BL∶GL10∶40∶10 以 及 白 炽 灯 光 密 度 均 为60 μmol·m -2 ·s -1 ,30d 培 养 后 的 结 果 表 明 在RL∶BL∶GL10∶30∶20 处 理 下, 马 铃 薯 试 管 苗 的 形 态 指 标、 可 溶 性 蛋 白 和 氨 基 酸 含 量 等 高 于 其 他 光 谱 组 合 处 理;RL∶BL∶GL20∶30∶10 处 理 各 项 指 标 次 之。 随 着 蓝 光 比 例 的 增 加, 马 铃 薯 试 管 苗 的 鲜 样 质 量 和 干 样 质 量 均 增 加, 说 明 了 蓝 光 光 谱 有 利 于 光 合 产 物 的 运 转 和 积 累。 总 的 来 说, 蓝 光 光 谱 比 例 较 高 的 光 谱 组 合RL∶BL∶GL10∶30∶20 较 有 利 于 马 铃 薯 试 管 苗 的 生 长。 柳 红 [38] 的 研 究 发 现, 红 蓝 紫 光 谱 下 马 铃 薯 茎 粗、 根 数 和 株 高 等 生 长 指 标 较 好, 生 理 指 标 适 中, 是 较 适 宜 的 光 谱。 Ma 等 [39] 研 究 认 为, 红 蓝 绿 是 适 合 于 马 铃 薯 试 管 苗 培 育 的 光 谱。 基 于 迄 今 为 止 的 研 究 结 果, 我 们 试 图 得 出 如 下 的 阶 段 性 认 识, 即 红 光 可 以 促 进 马 铃 薯 试 管 苗 株 高 和 叶 面 积 的 增 加, 并 且 叶 片 的 净 光 合 速 率、 可 溶 性 糖 含 量 和 生 物 量 较 多; 蓝 光 下 生 长 的 试 管 苗 矮 小 健 壮, 叶 片 较 大, 干 物 质 含 量 较 高; 白 光 下 生 长 的 试 管 苗 净 光 合 速 率 和 干 物 质 含 量 较 低。 红、 蓝 光 是 马 铃 薯 试 管 苗 壮 苗 所 必 需 的 光 谱, 红 蓝 紫 和 红 蓝 绿 组 合 光 是 马 铃 薯 试 管 苗 生 长 的 较 适 宜 的 光 谱, 但 是, 在 红 蓝 背 景 光 谱 下, 添 加 其 他 不 同 的 光 谱 对 马 铃 薯 组 培 苗 的 生 长 发 育 和 形 态 建 成 的 研 究 还 不 够 全 面, 需 要 进 一 步 完 善。 2 光 密 度 与 光 谱 对 马 铃 薯 试 管 薯 诱 导 的 影 响 试 管 薯 诱 导 率 能 直 接 反 映 马 铃 薯 组 培 苗 的 结 薯 能 力 [20] , 是 试 管 薯 产 量 形 成 的 重 要 指 标 之 一, 在 保 证 大 小 符 合 要 求 的 情 况 下, 生 产 较 多 数 量 的 试 管 薯, 提 高 试 管 薯 诱 导 率, 是 马 铃 薯 脱 毒 技 术 能 够 大 面 积 应 用 的 前 提。 已 有 的 研 究 表 明, 短 日 照 有 利 于 试 管 薯 的 形 成。 每 天8h 光 照、16h 黑 暗 的 光 周 期 处 理 可 以 增 加 结 薯 数 [50] 。 若 每 天 光 照 时 间 超 过15h, 则 马 铃 薯 茎 叶 与 匍 匐 茎 生 长 旺 盛, 而 块 茎 的 形 成 却 延 迟 发 生, 以 致 产 量 下 降, 而 短 日 照 条 件 则 会 使 块 茎 的 形 成 提 前 [51] 。 对 生 长4 周 的 试 管 苗 黑 暗 处 理2d, 再 进 行 短 日 照 诱 导, 与 直 接 在 短 日 照 条 件 下 诱 导 的 处 理 比 较, 前 者 单 株 试 管 薯 形 成 数 量 显 著 增 多 [52] 。 2.1 光 密 度 对 马 铃 薯 试 管 薯 诱 导 的 影 响 常 规 的 试 管 薯 诱 导 多 在 全 黑 暗 条 件 下 进 行。 贾 长 盛 等 [53] 开 展 了 散 射 光 诱 导 结 薯 的 试 验, 张 颙 等 [54] 开 展 了 大 范 围 光 密 度03000lx 处 理 的 结 薯 试 验, 均 发 现 结 薯 数 随 光 密 度 的 减 弱 而 增 加, 从 弱 光 到 黑 暗 的 低 光 密 度 处 理, 结 薯 效 果 较 好, 从 自 然 光 到 强 光 的 高 光 密 度 处 理, 结 薯 效 果 较 差。 虽 然 黑 暗 处 理 有 利 于 试 管 薯 的 形 成 [55-58] , 但 长 时 间 的 黑 暗 处 理 易 导 致 试 管 苗 黄 化、 枯 死, 对 马 铃 薯 试 管 苗 的 继 续 生 长 发 育 极 为 不 利, 进 而 会 降 低 试 管 苗 的 结 薯 率 [59] 。 因 此, 在 试 管 薯 诱 导 阶 段, 每 天 保 持 适 当 时 间 的 光 照 是 非 常 有 必 要 的。 Dobránszki 等 [60] 指 出, 短 时 间 的 高 光 密 度 处 理 有 利 于 试 管 薯 提 早。 虽 然 高 光 密 度 可 缩 短 试 管 薯 形 成 的 起 始 时 间, 但 这 种 影 响 与 光 周 期 和 试 管 薯 的 基 因 型 密 切 相 关, 诱 导 完 成 后, 高 光 密 度 对 试 管 薯 膨 大 的 影 响 不 大。 有 研 究 发 现, 在 强 散 射 光 条 件 下, 组 培 苗 徒 长 严 重, 分 枝 多, 苗 色 浅, 处 理14d 才 有 少 量 试 管 薯 形 成; 在 弱 散 射 光 环 境 下, 试 管 薯 结 薯 时 间 比 全 黑 暗 条 件 下 多1d, 但 茎 段 生 长 势 强, 既 形 成 了 许 多 匍 匐 茎, 又 形 成 了 许 多 均 一 的 试 管 薯, 结 薯 数 分 别 为 全 黑 暗 和 强 散 射 光 条 件 下 的1.4 和1.5 倍 [61] 。 金 明 石 等 [62] 也 提 出 了 相 同 观 点, 全 黑 暗 使 试 管 薯 发 生 提 前, 结 薯 集 中, 但 对 试 管 薯 质 量 增 加 不 利, 而 每 天8h 散 射 光 照 5001000lx 对 试 管 薯 诱 导 率 和 大 薯 率 都 有 所 提 高。 7 9 1 南 京 农 业 大 学 学 报 第41 卷 关 于 光 密 度 对 马 铃 薯 试 管 薯 诱 导 率 的 影 响, 已 有 的 试 验 只 是 以 弱 光 或 散 射 光 作 宽 泛 的 界 定, 并 没 有 给 出 一 个 确 切 的 光 密 度 或 者 光 密 度 范 围, 也 并 没 有 得 出 一 致 的 结 论。 因 此, 光 密 度 如 何 影 响 试 管 薯 诱 导 以 及 适 宜 于 试 管 薯 诱 导 的 光 密 度 范 围 的 界 定, 有 待 系 统、 深 入 的 探 究。 2.2 光 谱 对 马 铃 薯 试 管 薯 诱 导 的 影 响 光 谱 可 在 植 物 组 织 培 养 中 对 一 些 形 态 的 建 成 起 到 一 定 的 调 节 作 用 [63] 。 单 建 伟 [20] 以 白、 红、 蓝3 种 光 谱 开 展 试 验, 以 单 株 结 薯 数 作 为 考 察 指 标, 发 现 光 谱 在 基 础 苗 繁 殖 和 试 管 薯 诱 导 期 以 及 基 因 型 方 面 对 试 管 薯 形 成 有 显 著 影 响, 且 各 因 素 间 存 在 显 著 的 交 互 作 用; 白 光 光 谱 更 利 于 马 铃 薯 试 管 薯 的 形 成, 当 完 成 试 管 薯 形 态 建 成 后, 蓝 光 光 谱 更 利 于 试 管 薯 的 持 续 膨 大, 红 光 光 谱 对 试 管 薯 的 形 态 建 成 及 生 长 具 有 阻 碍 作 用。 常 宏 等 [45] 也 发 现, 在 红 光 下, 马 铃 薯 试 管 苗 叶 片 净 光 合 速 率、 可 溶 性 糖 含 量 和 生 物 量 均 高 于 蓝 光 处 理 和 白 光 处 理; 蓝 光 对 试 管 苗 的 干 物 质 含 量、 后 期 的 结 薯 数 以 及 结 薯 期 提 前 有 明 显 的 促 进 作 用。 据 此, 上 述 研 究 认 为 壮 苗 培 养 阶 段 采 用 红 光, 试 管 薯 诱 导 阶 段 采 用 蓝 光 有 利 于 提 高 试 管 薯 的 产 量。 而Fixen 等 [64] 得 出 了 不 一 致 的 研 究 结 果 蓝 光 对 日 中 性 马 铃 薯 试 管 薯 的 形 成 有 抑 制 作 用, 而 其 他 品 种 的 马 铃 薯 却 能 够 在 蓝 光 条 件 下 形 成 试 管 薯。 短 日 照 条 件 下, 黑 暗 期 短 暂 的 红 光 处 理 可 以 打 破 短 日 照 对 马 铃 薯 块 茎 的 诱 导 作 用, 而 在 红 光 处 理 后 立 即 用 远 红 光 处 理 则 可 以 恢 复 红 光 处 理 对 马 铃 薯 块 茎 的 抑 制 作 用 [65] 。 Aksenova 等 [66] 研 究 发 现, 组 织 培 养 条 件 下,IAA 和 红 光 对 栽 培 种Mirandasingle-nodecutting 存 在 协 同 影 响, 红 光 条 件 下,IAA 使 试 管 苗 的 茎 长 缩 短, 并 可 以 诱 导 试 管 薯 的 形 成; 蓝 光 条 件 下,Kinetin 对 马 铃 薯 试 管 薯 的 形 成 具 有 较 强 的 促 进 作 用。 单 色 光 谱 并 不 能 满 足 马 铃 薯 试 管 苗 的 正 常 生 长 发 育, 这 对 后 期 提 高 试 管 薯 诱 导 率 势 必 存 在 影 响, 因 此 在 单 色 光 谱 研 究 的 基 础 上, 不 同 光 谱 组 合 如 何 影 响 试 管 薯 诱 导 率 有 待 于 进 一 步 探 究。 3 光 密 度 与 光 谱 对 马 铃 薯 试 管 薯 膨 大 的 影 响 在 种 薯 生 产 中, 人 们 通 常 把 薯 质 量 大 于50mg 的 试 管 薯 定 义 为 有 效 薯, 大 薯 率 同 样 是 试 管 薯 诱 导 中 的 一 项 重 要 指 标。 太 小 的 试 管 薯 在 贮 藏 过 程 中 容 易 散 失 水 分、 瘪 缩, 造 成 发 芽 率 不 高 或 者 出 苗 不 整 齐; 较 大 的 试 管 薯, 其 发 育 能 力 和 出 芽 率 都 比 较 高, 能 够 获 得 整 齐 一 致 的 幼 苗, 有 利 于 下 一 代 的 繁 殖。 所 以, 在 试 管 薯 诱 导 过 程 中, 在 保 证 试 管 薯 较 高 诱 导 率 的 前 提 下, 如 何 增 加 大 小 薯 的 数 量 和 比 例, 是 试 管 薯 生 产 的 关 键 [67] 。 短 日 照 有 利 于 试 管 薯 的 形 成, 黑 暗 是 诱 导 试 管 薯 和 增 加 结 薯 数 的 必 要 条 件 [68] 。 但 是, 长 时 间 的 黑 暗 处 理 会 导 致 试 管 苗 黄 化, 以 致 枯 死, 试 管 苗 不 能 进 行 光 合 作 用, 没 有 光 合 产 物 的 形 成, 势 必 会 影 响 试 管 薯 的 膨 大。 所 以, 在 试 管 薯 诱 导 阶 段, 黑 暗 处 理 一 段 时 间 后 给 予 一 定 时 间 的 光 照, 使 试 管 苗 恢 复 光 合 作 用 是 很 有 必 要 的。 每 天8h 光 照、16h 黑 暗 处 理 可 以 增 加 单 薯 质 量 [50,69] 。 3.1 光 密 度 对 马 铃 薯 试 管 薯 膨 大 的 影 响 早 期 的 研 究 认 为 黑 暗 条 件 更 有 利 于 试 管 薯 的 诱 导 [55-58] , 但 有 学 者 经 过 后 续 试 验 提 出 了 不 同 的 观 点, 认 为 虽 然 全 黑 暗 的 环 境 下, 试 管 薯 结 薯 时 间 较 短, 但 茎 段 生 长 势 弱, 量 少, 小 薯 率 高; 强 散 射 光 条 件 下 的 试 管 薯 质 量 轻、 大 薯 率 低, 多 为 畸 形 薯; 在 弱 散 射 光 环 境 下, 茎 段 生 长 势 强, 既 形 成 了 许 多 匍 匐 茎, 又 形 成 了 许 多 均 一 的 试 管 薯, 大 薯 率 也 得 到 了 显 著 提 高 [59] 。 光 照 时 间 不 够 导 致 试 管 苗 过 于 纤 细 以 致 死 亡, 严 重 影 响 试 管 薯 的 产 量; 光 照 时 间 过 长 则 无 法 满 足 试 管 薯 形 成 对 黑 暗 的 需 求, 同 样 对 试 管 薯 造 成 负 面 影 响 [70] 。 而 光 照 时 间 的 长 短, 又 直 接 决 定 了 光 合 阶 段 的 光 密 度 累 积 量 的 多 少, 进 而 影 响 到 光 合 产 物 的 积 累 量。 马 铃 薯 品 种‘RedPontiac’ 和‘Shepody’ 在8h 光 照 下 产 生 的 试 管 薯 鲜 质 量 是 全 黑 暗 处 理 所 产 生 试 管 薯 鲜 质 量 的2 倍 以 上 [55] 。 史 俊 等 [57] 研 究 表 明, 每 天8h 光 照、16h 黑 暗 有 利 于 试 管 薯 的 形 成, 并 可 提 高 试 管 薯 的 产 量 和 大 薯 率。 在 试 管 薯 膨 大 期 给 试 管 苗 一 定 的 光 照, 有 利 于 提 高 试 管 薯 大 薯 率, 但 是, 早 期 的 研 究 只 是 粗 略 地 给 出 是 否 有 光 以 及 光 照 强 弱 的 定 性 描 述, 并 未 给 出 具 体 的 光 密 度 或 者 光 密 度 范 围。 直 至2010 年, 马 伟 清 等 [71] 的 试 验 发 现,80μmol·m -2 ·s -1 的 光 密 度 能 提 高 马 铃 薯 品 种‘ 费 乌 瑞 它’ 的 大 薯 率,20μmol·m -2 ·s -1 有 利 于 马 铃 薯 品 种‘ 大 西 洋’ 的 大 薯 率 的 提 高。 很 显 然, 适 宜 于 提 高 大 暑 率 的 光 密 度 因 品 种 不 同 而 有 差 异, 相 关 的 研 究 还 远 远 不 够。 马 铃 薯 试 管 薯 膨 大 与 光 合 产 物 向 试 管 薯 中 转 运 量 相 关, 光 密 度 影 响 马 铃 薯 试 管 苗 光 合 产 物 转 运 及 积 累 的 生 理 机 制, 目 前 还 未 见 报 道, 需 要 我 们 进 一 步 探 究。 8 9 1 第2 期 徐 志 刚, 等 光 谱 与 光 密 度 影 响 马 铃 薯 试 管 薯 诱 导 发 育 的 研 究 进 展 3.2 光 谱 对 马 铃 薯 试 管 薯 膨 大 的 影 响 光 谱 波 长 同 样 影 响 试 管 薯 的 膨 大。 用 白 光、 单 色 红 光、 单 色 蓝 光 处 理 马 铃 薯 试 管 苗, 在 试 管 薯 完 成 形 态 建 成 以 后, 单 色 蓝 光 更 利 于 试 管 薯 的 持 续 膨 大 [20,45] ; 红 光 对 试 管 薯 的 形 态 建 成、 持 续 膨 大 均 有 明 显 的 抑 制 作 用 [45] 。 这 与Che 等 [72] 的 研 究 结 果 一 致, 红 光 能 明 显 提 高 组 培 苗 的 生 物 量, 对 试 管 苗 的 生 长 有 促 进 效 应; 蓝 光 下 试 管 苗 的 生 物 量 不 高, 但 其 干 物 质 量/ 生 物 量 较 高。 单 色 光 谱 条 件 下, 马 铃 薯 试 管