CN1182775C - 甘薯幼苗生产方法 - Google Patents

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Abstract

使用含有蛭石和纤维素纤维的支撑材料培养甘薯外植体，优选的蛭石和纤维素纤维使用重量比是5∶95-95∶5，优选不含糖类的培养基，同时在培养环境中保持二氧化碳气体浓度为400-3000μmol/mol的条件下进行培养，从而培养出长势极佳并在培养过程中形成贮藏根的甘薯幼苗。由此提供的生产甘薯幼苗的方法生产的甘薯幼苗长势极佳并具有贮藏根。

Description

甘薯幼苗生产方法
技术领域
本发明涉及一种生产甘薯幼苗的方法。更确切地，是涉及一种生产已形成贮藏根的甘薯幼苗的方法。
背景技术
甘薯是一种具有多种用途的植物，例如作为粮食，燃料酒精等的来源。因此，在解决未来粮食和能量/资源短缺以及环境保护等问题时，甘薯将发挥其重要作用。
目前大量生产甘薯幼苗的方法包括使用扦插获得幼苗的方法或种块芽殖实生苗的方法。然而，这些方法的繁殖速度慢，因此不可能大批量地供应以满足不断增加的植物幼苗的需求，本发明针对的是甘薯幼苗。因此，通过组织培养(微繁殖技术)生产甘薯幼苗，即下文的“植物幼苗”是目前研究注意的方向。
一般，可将细胞培养技术生产植物幼苗粗略地分成以下几个阶段：选择和处理繁殖植物材料阶段(阶段0)，实施无菌培养阶段(阶段1)，繁殖阶段(阶段2)，在玻璃容器中生根和调整阶段(阶段3)，以及在外界环境中的环境适应(acclimatization)阶段(阶段4)。对于培养这些植物幼苗的方法中，最常用的培养方法是使用凝胶剂例如将琼脂作为支撑材料。
当使用凝胶剂如琼脂时，在培养基中加入糖类(蔗糖，葡萄糖，果糖等)作为碳源。这使培养基在培养过程中对外部细菌的污染更敏感。为防止这些污染，处理时需特别小心保持培养容器和放置培养容器的培养室的无菌条件。
另外，如果空气不能进入琼脂培养基中则根的生长将受到阻滞。同时，即使通过使用特别适合良好生根的琼脂培养基而促进生根，长出的根并不能起到水生根本身的作用，以及当将这些幼苗直接种在苗床土壤中时这些幼苗的地下部分不能存活。因此，在从琼脂中移出后，将幼苗在含有珍珠岩，蛭石等的支撑培养基中环境适应，然后移栽到室外田间或温室的苗床土中。然而，这种环境适应过程需要很长时间即1-3个月。另外，在环境适应过程中可能观察到的存活数量很少。也就是说，观察到植物幼苗的死亡以及幼苗可能保持浸在水中的形状，即幼苗没有正常的形状。因此，考虑到所花劳动力和所获得的产量，这一方法具有很多缺点。
另外，现报道另一种无菌繁殖甘薯幼苗的方法即在无菌条件下使用褐块石棉或蛭石作为支撑材料，不加蔗糖，在培养阶段几乎没有细菌的污染(日本专利公开(kokai)9-294495)。
然而，按照上述方法生产甘薯幼苗，生产出的甘薯幼苗不能形成最终长成甘薯的贮藏根，但在幼苗移栽入苗床土后，贮蔵根的形成会重新开始。因此，这种方法仍待改进以加速甘薯的成熟。
同时，还报道使用含有蛭石和纤维素纤维的植物组织培养基得到非常好的生根效果，这样可以获得健壮的幼苗而培养后不需要环境适应且以及这种幼苗可以移栽在室外田间的苗床土上如WO97/48271。然而，当这一技术应用于甘薯时，尚不知是否可以获得带有贮藏根的植物幼苗。而且，在培养过程中不能判断是否会形成甘薯幼苗贮藏根。
发明内容
本发明是综合考虑上述几点而设计的，且本发明的目的是提供一种通过甘薯外植体进行组织培养生产具有已形成的贮藏根的甘薯幼苗的方法，此贮藏根最终长成甘薯。
本发明的发明人为实现上述目的进行了艰苦的研究。结果，他们发现通过使用含有蛭石和纤维素纤维的支撑材料对甘薯外植体进行组织培养获得的甘薯幼苗生长良好且在它们的根上具有贮藏根，从而实现了本发明的目的。
也就是说，本发明提供了一种通过使用含有蛭石和纤维素纤维的支撑材料对甘薯外植体进行组织培养生产具有已形成贮藏根的甘薯幼苗的方法。
本发明还提供了上述生产甘薯幼苗的方法，其中蛭石和纤维素纤维使用的重量比是5∶95-95∶5。
本发明进一步提供了上述生产甘薯幼苗的方法，其中培养是在不含糖类的培养基中进行。
本发明进一步提供了上述生产甘薯幼苗的方法，其中培养是在培养环境中保持二氧化碳气浓度为400-3000μmol/mol的条件下进行。
附图说明
本发明的其它目的和有益效果在下述结合附图的讨论中将更清楚，其中
图1用示意图表示甘薯幼苗的根；
(a)发明生产方法所获得的甘薯幼苗。
(b)对比实施例所获得的甘薯幼苗。
具体实施方式
参考附图，在下文将对本发明实施方案进行详细描述。
本发明方法是一种生产具有已形成有贮蔵根的甘薯幼苗的方法，其特征在于使用含有蛭石和纤维素纤维的支撑材料对甘薯外植体进行组织培养。
培养甘薯幼苗的常用方法，例如使用如琼脂的凝胶剂的培养方法，幼苗并不形成最终长成甘薯的贮藏根，它们仅仅长出主根和侧根(见图1)。因此，这些还没有形成贮藏根的幼苗，在移栽入苗床土后，开始形成新的根即贮蔵根。结果，这延迟了贮蔵根的形成，致使甘薯的成熟需要更长的时间。
与之相反，本发明中长成甘薯的贮藏根在幼苗阶段形成。因此，根据本发明生产的甘薯幼苗移栽到苗床土后，甘薯的成熟非常快。
在本发明中，术语“甘薯幼苗”指的是通过组织培养获得的栽培苗。同时，术语“甘薯外植体”指的是植物体的一部分，其通过组织培养可以长成甘薯幼苗。例如，外植体可以是带有叶片的一个节间，其可以通过甘薯细胞或组织培养获得，或是从多节间的茎上一节一节地切下的茎段。
在本发明中，对于蛭石的具体类型没有特别的限定，经过各种形式处理的蛭石均可以使用。这些处理的实例包括蛭石的化学和物理处理如加热处理，冷却处理，纯化处理，溶胀处理，粉碎处理，造粒处理，浸渍处理，包衣处理等。
本发明对使用的纤维素纤维的类型也没有特别的限定。然而，优选使用纸浆纤维。可以使用的纤维素纤维包括棉绒，棉绒纤维，软材纤维，硬材纤维，韧皮纤维，大麻纤维，再生纤维，细菌纤维和上述类型纤维的混合物。
同时前述经过各种形式处理的纤维素纤维都可以使用。这些处理的实例包括化学的和物理的处理如加热处理，冷却处理，纯化处理，解晶处理，溶胀处理，减小聚合度的处理，衍生处理，交联处理，转化晶型处理，溶解再生处理，粉碎处理，造粒处理，浸渍处理，包衣处理等。
根据本发明生产甘薯幼苗的方法，用作支撑材料的蛭石和纤维素纤维的重量比优选5∶95-95∶5，特别优选70∶30。当蛭石含量与纤维素含量相比过高或纤维素含量与蛭石含量相比过高时培养外植体，外植体不可能形成贮藏根。
支撑材料中可选择地可以加入活性炭，椰子壳纤维，珍珠岩，熏烟木炭，泥炭沼等。
本发明的组织培养优选在不含糖类的培养基(液体培养基)中进行。糖类包括，例如碳源如蔗糖，葡萄糖和果糖。
在不含糖类的培养基中培养植物苗，可以避免腐生菌的污染，而在加糖类的培养基中则易于发生。此外，在无糖类的培养基中培养的外植体，在用自养生长条件代替异养生长条件时，可连续进行组织培养。
本发明的培养方法，可以使用含有无机养分的培养基，例如大量元素如氮、磷、钾、镁和钙，以及微量元素如铁、锰、铜和锌。而且，培养基也可以含有维生素如烟酸和盐酸硫胺素，有机养分如氨基酸、生长调节物质等，但这些物质不是必要组分。作为培养基的具体实施例，可以使用MS培养基。
本发明的组织培养，在整个培养过程中优选在培养环境中保持二氧化碳的浓度是400-3000μmol/mol。
将二氧化碳的浓度保持在这一特定范围内的原因是如果二氧化碳的浓度过低植物苗不能充分地进行光合作用。同时，二氧化碳的浓度过高则会伤害植物苗。
在上述甘薯外植体培养过程中使用不含糖类的培养基以及保持培养环境内部二氧化碳气的浓度为400-3000μmol/mol，可以增强植物的自养生长。因此，即使将植物苗转入自养生长条件下，例如将它们移栽到培养容器外部或苗床土中，并没有强烈的环境变化。因此，生产的植物苗易于环境适应或甚至不需要环境适应，并且长势良好。
可以通过测定培养容器或培养室中的二氧化碳浓度，以及在气体浓度与规定浓度比较不充足时，向培养容器或培养室内补充供给二氧化碳气体来调节二氧化碳气体的浓度。
用于培养的容器没有特别的限定，但是优选使用具有透气性的容器以增加换气。例如，可以使用透气性膜作为培养容器的盖以增加换气。此外，优选使用至少部分透光的培养容器以使甘薯外植体可以进行光合作用。例如，可以使用带有透明盖的培养容器。
至于其它培养条件如温度，光照类型，光强，光照射方向，光照和黑暗循环，相对湿度，培养溶液量，培养溶液浓度等，可以通过试验选择从而确定适合的条件。
实施例
参考以下的实施例将对本发明作更详细的描述。
将常规方法栽培的甘薯切成每节带有一片叶的节，将四个单一节分别培养在体积为485cm3，罐状的塑料容器中。在每个容器中加入45cm3不含维生素、激素以及糖类的MS培养基(Murashige and Skoog，Physiol.Plant，15，473-497(1962))，模制的支撑材料包括使用(如表1中所示)各种混合比例的蛭石(TG-4，Showa Vermiculite Ltd生产)和硬材精制纸浆(商品名：Pontiac)作为支撑材料。
然后，将甘薯的每个节放于上述支撑材料上，在完全光合自养培养条件下培养30天。这种培养的外界条件是培养容器的温度为28℃，相对湿度为80％，日光灯的光照强度为150μmol/m2/s，光照时间16小时/天，恒温箱中的二氧化碳气体浓度为1,400μmol/mol。
实施例1-6中，使用支撑材料包括90∶10-10∶90比例的蛭石和纸浆进行培养。
对比实施例1中，除支撑材料仅使用蛭石外，其它与实施例1采用同样方式进行培养。
对比实施例2中，除使用0.8重量％的琼脂培养基(Kanto Kagaku)外，其它与实施例1采用同样方式进行培养。
在上述条件下培养30天后对甘薯幼苗的茎，叶和根的鲜重和干重的称量结果列于表1中。
                                                         表1
支撑材料中V∶P比                   鲜重(g)                   干重(g)
  茎   叶   根   茎   叶   根
  实施例1 V∶P/90∶10   126±24.3   983±87.7   673±122   9.9±2.6   82.9±5.8   61.4±16.9
  实施例2 V∶P/80∶20   173±46.5   1225±178   730±78.2   12.4±1.4   96.1±14.7   68.2±13.9
  实施例3 V∶P/70∶30   214±49.8   1443±274   732±82   17.3±2.6   111.4±26.5   70.1±9.9
  实施例4 V∶P/50∶50   174±45.2   1127±147   681±92.4   13.4±2.1   90.5±12.8   60.9±9.1
  实施例5 V∶P/30∶70   172±47.1   1168±104   700±36.1   12.6±1.3   101±8.3   61.6±5.5
  实施例6 V∶P/10∶90   167±15.8   1130±155   561±93.1   12.1±2.4   89.7±12.8   44.6±6.2
  对比实施例1 V∶P/100∶0   90.5±16.7   561±97.2   387±12.7   7.1±1.3   47.9±10.6   31.1±4.9
  对比实施例2 琼脂   106±38   623±134   307±112*   -   -   -
V：蛭石
P：纸浆
*：浸在水中的根
表1中所列的结果清楚地证明，与对比实施例1和2相比实施例1-6的鲜重和干重都明显增加。特别是，实施例3的支撑材料V∶P重量比70∶30表现出显著效果。由此证明本发明生产的甘薯幼苗有更佳的生长。
而且，在实施例1-6生产的甘薯幼苗的根中，存在许多紫色根而且这些根是最初分化的贮蔵根1(图1a)。作为对比，由对比实施例1和2生产的甘薯幼苗根中并没有贮藏根，如图1b所示仅有主根2以及侧根3。
当将实施例1-6生产的植物苗直接移栽到苗床土中后，贮藏根发育成甘薯。
相比之下，当将对比实施例1生产的植物苗类似地直接移栽到苗床土中后，分别由主根和侧根形成贮藏根并随后贮藏根发育成甘薯。
当将对比实施例2生产的甘薯幼苗直接移栽到苗床土后，苗枯萎死亡。
根据本发明，可以生产出具有极佳的生长状况以及在培养过程中形成贮藏根的甘薯幼苗。
根据本发明方法生产的甘薯幼苗长势非常好，并容易环境适应，或在移栽到苗床土时甚至可以不需要环境适应过程。而且，由于它们具有贮藏根，在移栽到苗床土后与常规的甘薯幼苗相比表现出更快地成熟。
以上这些对本发明的描述，显而易见地存在各种方式的变化。这些变化没有偏离本发明的宗旨和范围，所有这些改变对于本领域技术人员来说是显而易见的，并被包括在以下的权利要求的范围内。

Claims (1)

1.一种生产已形成有贮藏根的甘薯幼苗的方法，其中包括以下步骤：
通过使用含有蛭石和纤维素纤维的支撑材料对甘薯外植体进行组织培养，以得到已形成有贮藏根的甘薯幼苗，
其中所述培养是在不含糖类的培养基中并在培养环境中保持二氧化碳气体浓度为400-3000μmol/mol的条件下进行，以及
使用的蛭石和纤维素纤维重量比是5∶95-95∶5。
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