
魔芋(Amorphophallus conjac)为天南星科魔芋属多年生宿根性草本植物,也是主要经济作物之一,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。其产品器官为球茎,内含丰富的葡萄甘露聚糖(40%~50%)、果胶、生物碱、淀粉、灰分及17种氨基酸和多种微量元素,可作食用、药用及工业用。由于在生产种植中,魔芋的用种量较大,这样不仅耗费大量的种芋,而且其表皮极易损伤,易感病和腐烂。为了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,采用魔芋组织培养获得组培苗是一条有效的途径。虽然当前针对魔芋组织培养技术的研究在国内外已有一些报道,但在技术环节方面还存在着或多或少的限制因素,如培养基褐变、组培苗玻璃化现象等。现对魔芋组培过程中存在的问题及解决方法论述如下。
1 建立无菌培养物
魔芋组织培养技术是将魔芋组织或组织切块放在离体的人工模拟植物体内生理环境的无菌条件下,让其生长发育并长成一完整植株的方法。
1.1 外植体的获取
对于长期暴露于大田中的魔芋外植体,由于大气及土壤中的种种污染源致使其严重被污染,用其作试验材料,结果污染率较高。因此可通过在室内栽培,经过精心培育管理获得受污染较轻的试验材料。在选取材料时,应选择球茎表面较为光滑、无伤口的健康球茎为材料。
1.2 培养基选择
在离体培养条件下,不同种植物的组织对营养条件有不同的要求,甚至同一种植物的不同部位的组织对营养成分的要求也不相同,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。魔芋组织培养的营养组成成分是:愈
伤组织诱导培养基为MS基本培养基+NAA 0.3~0.5 mg/L+BA 0.5~0.8 mg/L;不定芽增殖培养基为MS基本培养基+NAA 0.05~0.1 mg/L+BA 1.5 mg/L;生根培养基为MS基本培养基+NAA 0.3~0.5 mg/L+KT 0.05 mg/L。
1.3 培养环境
一个良好的环境是在做魔芋组织培养中必不可少的条件,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。
2 增殖培养
增殖培养这一阶段是魔芋组培苗快速繁殖中最重要的一环,是获得大量无性繁殖系的必要措施。在这一阶段中有初代培养和继代培养。
2.1 初代培养
在初代培养中的一个最重要问题是培养基的褐变。这是由于魔芋外植体内具有防御性的酚类化合物在伤口附近释放被氧化,形成棕褐色有毒的醌类物质,使培养基变成暗褐色,从而对魔芋组织产生毒害作用。这虽是植物体自身产生的一种保护性反应,但在组织培养中却具有自杀性,如果处理不当,往往造成初代接种的外植体死亡。所以在魔芋组织培养中如何采取措施来防止培养基褐变至关重要。在初代接种后尽快外植体转移到新鲜培养基或是在培养基中加入一些抗氧化剂对防止培养基褐变有一定效果。对外植体进行预培养,即可有效地克服由于微生物造成的污染问题,又可减轻避免褐变。由于光能促进酚类的氧化,因此,开始时把培养物置于暗处有助于减轻褐变问题。
2.2 继代培养
通过继代培养可获得大量外植体,以满足生产上的需求。但在这一过程还存在以下问题:即增殖速度和不正常的玻璃化苗。增殖速度。理论上,1个外植体每继代一次将其分切成M个小块,经过n次继代培养后可能以几何级数而迅速繁殖得到Mn个外植体。但这样的增殖速度是有限的。首先,增殖加快的同时,玻璃化比例逐渐上升;再次,从细胞遗传学理论上讲,生长速度过快,超出了正常细胞分裂速度,最终导致繁殖后代发生变异,从而有背于快速繁殖的最终目标。‚玻璃化苗。在魔芋组织培养中经常会出现组培苗的玻璃化现象,其表现为叶片、茎段呈水渍状,半透明,颜色暗绿,质地变脆,叶片多内卷变厚。目前关于玻璃化的诱发因素、机理还没有一个确切的结论。据报道,培养基成分、光、温、湿及透气性均与玻璃化有关。为了能满足生产的需要,目前对于控制减少玻璃化现象,一般采取如下措施: 提高光照强度;‚增加培养基中的溶质水平,以降低培养基的水势;ƒ增加容器通风,以尽可能降低培养容器内的空气相对湿度和改善氧气供给状况;④减少培养基中含氮化合物的用量或及时转移;⑤注意细胞分裂素和生长素的配合以及激素和K+之间的配合,力求兼顾不定芽增殖系数和控制玻璃化苗的发生;⑥降低培养温度,进行变温培养,有助于减轻试管苗玻璃化的现象发生;⑦注意提高培养物对逆境的耐受能力;⑧注意碳源种类和浓度的选择。
3 诱导生根
通过增殖培养阶段产生的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MS+NAA 0~0.5mg/L生根培养基上都能生根,但有一定差异,最佳生根培养基是MS+NAA 0.3~0.5 mg/L,生根率达到100%。
4 组培苗的驯化和移栽
在培养容器中长成完整植株的魔芋组培苗需要及时移栽。在移栽时,由于它是从一个无菌的、有光照的、湿度饱和、温度恒定的培养条件下转移到一个有菌的、环境条件不稳定的生长环境中,生长势相当弱,适应外界环境的能力较差,需要特殊的管理及防护等措施,才能有效地提高魔芋组培苗的成活率。所以,在移栽之前要经过驯化阶段,通过逐步改变组培苗的生存环境,使其不断适应外环境。Kozai等认为提高组培苗的光合能力是驯化成功的关键;而Capelladest等人则认为组培苗叶片内淀粉积累量是驯化成功的关键等。魔芋组培苗移栽的具体过程为:将已驯化的组培苗开盖,放入少许高锰酸钾溶液(配成粉红色的药水),片刻后轻轻摇动瓶子,使水渗入到培养基中,然后用已消过毒的镊子将组培苗沿基部取出,放在前述高锰酸钾溶液中轻轻漂洗根部的所有培养基,分株移栽在大棚商床中,埋土至苗基部,不压根,浇定根水,进入后期管理综上所述,魔芋组织培养快繁技术,有利于良种的推广,减少用种成本,具有广泛的发展前景。但在培养过程中存在着严重问题,如培养基的褐变,组培苗的玻璃化现象还有待于进一步深入试验研究。