半无菌条件下马铃薯微型块茎(Solanum tuberosum L.)大小对植株产量的影响

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摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)是一种人类食用量居世界第五位的蔬菜。它在塞内加尔饮食中的重要性越来越大。然而,塞内加尔的马铃薯产量并不能满足市场需求,优质种子的供应一直依赖外部。此外,这些进口种子通常不具备萨赫勒地区当地生产所需的植物检疫质量。用作种子的微块茎的体外生产已被证明是最重要的方法之一t 传播基础材料的有效手段。为了克服与具有高发芽能力的马铃薯种子的供应和可用性相关的限制,研究了在半控制条件下微型薯大小对植物产量的影响。预发芽的微块茎是由适应塞内加尔土壤气候条件的3 个不同品种(Aida、Atlas、Odessa )的试管植物在体外生产的。在半控制条件下播种的大于 4 毫米的微型薯种子大小对植物产量的影响,导致比例增加,植物的营养发育,以及收获的微型薯的数量和大小。植物的产量也取决于品种。因此可以设想用微型薯和微型薯生产当地的马铃薯种子。
关键词
.马铃薯,微型块茎,发芽,种子 大小,产量,小块茎;
一、简介
塞内加尔是一个萨赫勒-苏丹国家,其主要气候特征是地理和气象因素共同作用的结果。由于其在非洲大陆的地理位置和它的西界大西洋,它有一个北大西洋沿海边缘。这一条从佛得角半岛延伸到塞内加尔河三角洲,长约 195 公里。这个沿海地区受益于特定气候条件下的流动。这以从亚速尔群岛高压向北到东北的海上信风为代表。海上信风在旱季的夜间持续潮湿、凉爽甚至寒冷,并以低昼夜热幅为特征。从十一月到六月,马铃薯的种植主要在称为“尼亚耶斯”的沙丘间地区进行。1 ]。
马铃薯产业在塞内加尔蓬勃发展。2011 年马铃薯产量为 12,000 吨,2017 年为 118,000 吨。官方统计,2019/2020 年马铃薯产量为 178,175 吨,而 2016 年估计产量为 67,485 吨;这相当于4个半月的消费。这种园艺投机种植面积的积极增长使该国成为西非次区域的 5 大淀粉供应商之一。塞内加尔的两个主要生产盆地似乎是 Kayar 和 Mbane,估计潜力分别为 80,000 吨和 60,000 吨。近几年的丰收成果可以用每年国家对马铃薯种子收购补贴的增加来解释,从 2013 年的 1.3 亿非洲法郎增加到 2018 年的 34 亿非洲法郎,即2013 年国家补贴种子 500 吨,而 2018 年为 10,444 吨。生产者的主要制约因素是长期缺乏块茎储存和保存储存。这是园艺部门一直存在的问题。马铃薯行业要解决的另一个主要问题是当地认证种子的供应。因此,粮农组织确认塞内加尔在 2018 年进口了 43,417 吨马铃薯(非洲第 8 大进口国),国家不断补贴购买进口种子。
马铃薯(Solanum tuberosum L.)是一种多年生草本植物,地下块茎富含淀粉。它对水的要求很高,灌溉的控制是炎热地区养殖盈利能力的基础。从农艺角度看,它的栽培容易,产量潜力高,即20-30吨/公顷[ 2 ]。它的培养是在干燥和寒冷的季节进行的,这允许植物的良好的块茎化,因为它需要明显的每日温度周期,也就是说白天和黑夜之间的显着温度变化,即10˚C 至 15˚C 差异的热振幅。选择合适的品种和优质种子,既抗病又健康,对于获得有利可图的作物也是必不可少的。事实上,用未经认证的种子种植的作物产量很低,甚至极低,并且在整个生长过程以及收获后更容易受到疾病和昆虫的影响。
塞内加尔的马铃薯生产面临许多与优质种子供应相关的困难。事实上,体外块茎的生产很容易进行,并且不需要任何特殊的基础设施,因为体外块茎化可以在室温为 19°C 至 22°C 的暗培养室和补充高浓度碳水化合物和细胞分裂素。Vitrotubers 具有质量优势,这是在实验室中进行的生产,在无菌条件下,没有外部污染的可能性 [ 3 ] [ 4 ]。
体外生产的马铃薯块茎 ( S. tuberosum L.)目前在农业的许多部门中用作研究材料,也用作优质种子 [ 5 ]。事实上,微型薯被认为是传播基础材料以及运输和保存马铃薯种质的最有效手段之一。在实践中,大块茎是首选,因为它们易于处理和生产旺盛的植物 [ 6 ]。它们在储存时也不太容易变干,与较大的传统块茎相比,休眠期短,直接转移到土壤时的成活率高 [ 7]。这些微型块茎可以用作种子,可以很容易地从一个国家运输到另一个国家,甚至可以从一个大陆空运到另一个大陆。此外,微型薯和微型薯也是生产马铃薯种子和克服植物检疫污染的一种可能替代品 [ 3 ]。
为了使“马铃薯”部门在塞内加尔更具吸引力,有必要提高家庭农场的业绩及其产品的竞争力,以帮助加强粮食安全并改善农民和生产者的生活条件。为此,可以建立一个改进和缩短的场倍增方案,该方案需要加强体外实验室前基础材料的生产。这在热带地区是可能的,并且对生产当地种子有利可图,因为当地劳动力成本较低,对生产成本的影响较小。
鉴于其在塞内加尔农业食品部门的经济重要性,选择了在北部开发的树马铃薯品种( Aida、Atlas 和 Odessa )。事实证明,它们能够很好地适应塞内加尔的农业气候条件。此外,它们每公顷的产量很高,块茎很大,呈现出当地消费者欣赏的烹饪品质。这些品种在很长一段时间内也表现出良好的储存能力。
本研究的目的是研究在半控制条件下,体外生产的三个马铃薯品种的微型薯大小对这些试管薯萌发所产生的植物和微型薯的产量和活力的影响。
二、材料与方法
2.1。生物材料
使用的植物材料代表 3 个马铃薯品种(Aida、Atlas和Odessa)的微型块茎,它们从不同的体外块茎化培养基 [ 8 ] 无菌收获,并保存在用封口膜密封的培养皿中。它们被存放在黑暗中,在 4°C ± 1°C 的冷藏室中,至少 3 个月,这段时间相当于休眠期。
每个品种的微块茎预先分类并分为两种尺寸(小于4毫米和大于或等于4毫米)。然后,它们在室温(25°C ± 1°C)下在漫射光下预发芽 2 - 3 周。
发芽的微块茎在 25°C ± 1°C 下保持 3 周,处于“多发芽”的生理阶段,如 [ 9 ] 所述,并播种在黑色聚乙烯袋中。这些用珍珠岩颗粒 (2v/v) 充气的无菌土壤 (120˚C, 2 h) 填充。它们在温室中培养,并以每袋 1 个微块茎和每个大小和每个品种 30 个的速率播种。每两天用自来水浇水。在植物发育周期结束时(3-4 个月),每个品种和每个大小收获一次(表 1)。收获的微型薯在去离子水中洗涤,用吸墨纸擦拭表面,称重,然后校准。
2.2. 生物量测定
培养 3-4 个月后,测量地上部分和根部分(数据未显示)和微型薯的鲜重和干重。使用 Sartorius 精密天平(准确度:0.0001 g)评估参数(表 1)以测定新鲜和干燥的生物量。在这些测量之后,将每个部分彼此分开。然后,这些后面的部分在烘箱(BINDER 品牌)中干燥 72 小时(用于地上部分)和 10 天(用于微型薯样品),温度为 70°C ± 0.5°C。然后,分别再次称量地上部分和微型薯的干生物量。
2.3. 统计分析
统计研究包括方差分析和平均值计算,由软件 SPSS 17.0 版进行。统计分析侧重于使用阈值为 5% 的方差分析 (ANOVA) 比较不同口径,然后比较平均值(Student、Newman 和 Keuls 检验)。然后使用 EXCEL 软件在图表中表示获得的结果。
3. 结果
3.1。薯块大小对营养发育的影响
通过对三个品种的试验,我们发现,在所有品种中,大小大于4毫米的微块茎植物的营养发育都比口径小于4毫米的更旺盛。因此,鲜重
品种
播种微型薯
尺寸 < 4 毫米
播种微型薯
尺寸≥4毫米
研究了每种尺寸的微型薯播种的农业形态参数
空中部件的新鲜生物质(g)
航空部件的干生物质(g)
收集的微型薯数量/品种
微型薯的平均尺寸 (mm)
微型薯的平均鲜重
(G)
干生物质
迷你薯条
(G)
阿依达
30
30
阿特拉斯
30
30
敖德萨
30
30
表 1。3个马铃薯品种的农业形态特征在遮荫下保持生长3-4个月。
由尺寸大于 4 毫米的微型块茎产生的植物地上部分也较高(图 1,图 1 和表 3)。这个结果对Aïda来说更重要和敖德萨品种。然而,在Atlas品种中,从这两个权重获得的植物之间没有显着差异。
图 1。微型块茎大小对Aïda、 Atlas和Odessa品种植物营养发育的影响。对于每个品种和口径,后跟相同字母的值在 5% 的 p 值时没有显着差异。
图 1. 3 个品种(B、C、D 和 F)微型薯在聚乙烯袋中播种并置于阴凉处,3到4个月的文化。
3.2. 微型薯大小对微型薯平均数量的影响
检查了微型块茎的大小对获得的植物产量的影响。因此,大小大于 4 毫米的微型块茎植物的产量更高。Atlas、Aïda和Odessa品种从尺寸大于 4 毫米的微型薯生长的植物中收获的微型薯数量分别等于 18、32 和 16 个微型薯。该比率也分别等于每个种植的微型薯收获 1.8、3.5 和 2 个微型薯(图 2)。然而,对于Aida品种,Student-Newman-Keuls 检验表明,大于或小于 4 毫米的微型块茎的植物产量没有显着差异。
微型薯的产量也取决于品种(表 2)。Aida (58 个微型薯)的产量高于其他品种(图版 2)。以下是阿特拉斯品种(26),尽管缺乏两个微型薯的发芽,但其产量高于敖德萨(23)。
3.3. 微型薯大小对微型薯平均重量的影响
这项研究表明,在所有品种的大小大于 4 毫米的微型薯生产的植物中,每株植物收获的微型薯的平均重量较高(图 3和表 3)。这个重量对所有人来说没有显着差异
图 2。微型薯大小对Aïda、 Atlas和Odessa品种微型薯平均数量的影响。对于每个品种和口径,后跟相同字母的值在 5% 的 p 值时没有显着差异。
每种规格的迷你薯数量
全部的
≥4毫米
<4 毫米
品种
艾达
32
26
58
阿特拉斯
18
8
26
敖德萨
16
7
23
表 2。每个大小和品种收获的微型薯数量。
图 2. 从植物收获的三个马铃薯品种(Aida、Atlas、Odessa)微型薯的形态外观,在发育周期结束时,从尺寸 < 4 mm 和 ≥ 4 mm 的微型薯(A2、B2、C2 )。
图 3。微型薯大小对收获的微型薯新鲜生物量的影响。对于每个品种和口径,后跟相同字母的值在 5% 的 p 值时没有显着差异。
品种。在每个品种中,两种大小植物的微型薯的平均重量之间没有显着差异。然而,阿依达品种似乎是最好的,因为它的每株平均重量最高。
3.4. 微型薯大小对微型薯平均大小的影响
实验表明,对于所有品种,来自大于 4 毫米的微型薯的植物的平均微型薯大小高于从小于 4 毫米的微型薯生长的植物的微型薯的平均大小。敖德萨品种的微型薯的平均大小比其他品种的大。然而,根据 Student-Newman-Keuls 测试,这个尺寸与其他品种没有显着差异。对于由口径小于 4 毫米的微型薯生产的植物微型薯,品种Aida生产出较大的微型薯。然而,如前所述,这一结果与其他品种的结果并无显着差异(图 4和表 3)。
3.5. 微型薯大小对地上干生物质的影响
Student-Newman-Keuls 的测试表明,这三个品种的地上干生物量取决于播种的微型薯的大小。因此,与由尺寸小于 4 毫米的微型块茎生产的植物相比,尺寸大于 4 毫米的微型块茎植物产生更高的干生物量。Aida品种的微型薯产量较高 (32),其干生物量高于相同大小的其他品种。这个结果是
图 4。微型薯大小对收获的微型薯平均大小的影响。对于每个品种和口径,后跟相同字母的值在 5% 的 p 值时没有显着差异。
品种
尺寸(毫米)
微型块茎植物的产量
空中部件的新鲜生物质(g)
航空部件的干生物质(g)
比率
微型薯的平均重量 (g)
微型薯的平均尺寸 (mm)
微型薯干生物质 (g)
艾达
C˂4
5.61b
0.94b
2.55抗体
2.355ab
11.9美国广播公司
0.31b
C≥4
10.78一个
1.69一个
3.55一个
6.749一个
16.1ab
0.82一个
阿特拉斯
C˂4
公元前2.21
0.29摄氏度
1摄氏度
0.514b
5.7摄氏度
0.08摄氏度
C≥4
5.83b
0.86b
公元前1.8
2.912ab
13.8美国广播公司
0.45b
敖德萨
C < 4
1.07℃
0.24摄氏度
0.87摄氏度
0.531b
公元前8.5
0.06摄氏度
C≥4
4.95b
0.82b
公元前2
3.364b
17.6一
0.38b
表 3。微块茎大小对半无菌条件下植物产量的影响。
比率:每株微型薯的数量;对于每个品种,相同列中后跟相同字母的值在 5% 的水平上没有显着差异。
与其他品种明显不同。阿特拉斯和敖德萨品种在生物量方面具有相同的行为。因此,它们没有显着差异(图 5和表 3)。
3.6. 微型薯大小对微型薯干生物量的影响
对于所有品种,大小大于4 mm的微型薯植物微型薯的干生物量均高于口径小于4 mm的微型薯植物微型薯的干生物量(图6和表3)。从由微型薯产生的Aida品种植物中收获的微型薯具有大于 4 毫米的尺寸,其干生物量最高,为 0.82 克。后者与所有其他品种显着不同。从植物中收集的微型薯的干生物量(来源于尺寸小于 4 毫米的微型薯)在所有品种中没有显着差异。
4。讨论
我们的结果清楚地表明植物的营养发育、直径、
图 5。微型薯大小对地上干生物量的影响。对于每个品种和口径,后跟相同字母的值在 5% 的 p 值时没有显着差异。
图 6。微型薯大小对收获的微型薯干生物量的影响。对于每个品种和口径,后跟相同字母的值在 5% 的 p 值时没有显着差异。
在温室中收获的微型薯的重量和数量受所播种的微型薯大小的影响。
4.1。微型薯大小对营养发育的影响
植物的营养发育受种植的微块茎大小以及基因型的影响。事实上,微型块茎的尺寸越大,由后者产生的植物就越有旺盛的营养发育。因此,对于所有品种,由大小大于 4 毫米的微块茎产生的植物比由大小小于 4 毫米的微块茎产生的植物更有活力。因此,种植的微块茎的直径越大,产量就越高。因此,导致产量变化很大的尺寸效应是种植时微块茎生理状态的结果。此外,微型薯的大小也对其发芽能力和活力产生积极影响。因此,植物的产量取决于这些因素。
这一结果可以用微型薯中所含的储量来解释,这些储量旨在用于细菌的发育,也用于未来植物的发育。事实上,微块茎的大小越大,碳水化合物储备的数量就越重要,并且有利于植物的营养发育和产量。
然而,对于尺寸大于 10 毫米的微型块茎,我们注意到相反的情况,即发芽能力低于经典块茎,众所周知,大尺寸的微型块茎的发芽能力降低,活力差。重要的植物。这会对植物的产量和休眠期后发芽的数量产生负面影响。因此,微块茎的大小对其生理和农艺特性具有重要意义和影响[ 10 ]。
这项研究证实了 [ 6 ] 和 [ 10 ] 之前所做的工作,他们表明大型微型块茎会产生有活力的植物。然而,阿依达品种的植物比其他品种的植物更有活力。这句话证实了营养发育也是基因型的一个功能。
4.2. 微型薯大小对微型薯平均数量的影响
马铃薯微型薯的生产是使源自体外组织培养的植物材料的田间使用成为可能的经典中间步骤。用于生产微型薯的技术多种多样,但最常见的是基于在消毒的有机基质中移植或不移植试管植物或试管插条。在这项研究中,已经考虑使用先前在无菌条件下获得的预发芽微型薯生产具有优良卫生质量的微型薯。
植物的营养发育对微型薯产量有影响,因为在Aïda品种中,我们从大小大于 4 毫米的微型薯中获得了每株植物平均收获 3.55 个微型薯,而从尺寸大于 4 毫米的微型薯中收获的微型薯为 2.55 个。小于 4 毫米。对于Atlas和Odessa品种,尺寸大于 4 毫米的微型块茎植物的比例高于小尺寸植物。因此,Atlas和Odessa分别给出直径大于 4 mm 的比率为 1.8 和 2,而直径较小的比率为 1 和 0.875。这些事实证实了 [ 11] 这解释了种植的微型薯直径越大,每株植物收获的微型薯数量就越多。这些结果似乎不适用于较大尺寸的经典块茎。事实上,[ 12 ] 已经证明,在相同的种植密度下,由小块茎 (12.5 ± 2.5 g) 生产的植物通常会产生更多的茎和块茎,并且比大块茎 (37 ± 2.5 g) 的产量更高。
4.3. 微型薯大小对微型薯重量和平均大小的影响
证明了种植的微型薯的大小对收获的微型薯的重量和大小的影响。在Aïda品种中,我们在大小大于 4 毫米的微型薯生产的植物中获得了高等微型薯的平均重量和平均大小。这些相同的观察结果是用Altas进行的和敖德萨品种。[ 13 ] 的研究证实了这些结果,通过显示栽培植物的活力与收获的微型薯大小之间存在正相关关系。事实上,最有活力的植物会产生更均匀的微型薯,其大小大于 5 毫米。根据[ 11 ],导致产量变化大的尺寸效应可以用种植时材料的生理状态来解释。确实,[ 10]已经证明休眠的持续时间与微块茎的大小相关。以同样的方式,发芽活力被改变,最终产量取决于大小。事实上,当微块茎的直径增加时,储备库,特别是碳水化合物会更大,因此可能更有利于植物的发育和所生产的微块茎的最终产量[ 11 ]。
4.4. 微型薯大小对地上部分和微型薯干生物量的影响
在半控制条件下的测试中,我们能够验证播种在地上干生物质上的微块茎大小的重要性。植物的营养发育与干生物量之间存在相关性。实际上,由尺寸大于 4 毫米并具有显着营养发育的微型块茎产生的植物具有更高的干生物量。这一结果可以通过大口径微型块茎中包含的储量池来解释,从而使植物和谐发展。这种发展也是光合作用的一种功能,它允许产生植物生长所必需的有机物质。微型块茎是在受控条件下从组织培养植物或体外块茎中获得的马铃薯块茎。由大口径微型块茎生长的植物,得到更高的微型薯干生物量。这个结果可以用这种口径的植物的活力来解释。根据 [如图 14所示,体外营养液中磷的富集导致后来产生的尺寸大于 15 毫米(>5 克)的微型薯数量增加。同样,含有 100 mM 硝酸铵 (NH 4 NO 3 ) 形式的氮的基本营养培养基可使块茎更好地生长 [ 15 ]。我们可以假设大口径含有重要的营养物质,这些营养物质会影响收获的微型薯的干生物量。
5。结论
真正的马铃薯种子是用于种植马铃薯的幼苗的植物种子。它是使用通常被错误地称为“种子”的幼苗的替代方法,在炎热的热带地区,提供优质幼苗的成本是马铃薯生产的一个限制因素,因此具有经济利益。真正的马铃薯种子的缺点与遗传变异性有关,这种遗传变异性往往会产生异质的块茎,马铃薯的栽培品种具有非常高的杂合度。使用进口种子的另一种替代方法是在半无菌条件下(阴凉处)从体外生产的微型薯生产微型薯。因为,马铃薯微型薯的生产是使原产于田间的植物材料成为可能的经典中间步骤体外组织培养。
播种的微型薯大小对植物产量的影响导致比例增加,植物的营养发育,以及收获的微型薯的数量和大小。因此,由尺寸大于 4 毫米的微型薯生产的植物比从尺寸小于 4 毫米的微型薯生产的植物更有活力,并且生产的微型薯具有更高的数量、平均重量、大小和干生物量。
使用微型块茎作为种子需要大块茎以避免变干,但最重要的是要增加将在那里生产的植物的产量。
致谢
作者感谢 Adams Tidjani 教授对英文版手稿的校对。
利益冲突
作者声明与本文的发表没有利益冲突。
参考
[ 1 ] PANA (2006) Plan d'action national pour l'adaptation au changement climatique。Ministère de l'environnement et de la protection de la Nature,塞内加尔,84 页。
[ 2 ] 粮食及农业组织公司统计数据库(2007 年)站点 de la FAO de statistiques。http://faostat.fao.org/
[ 3 ] Charles, G.、Rossignol, L. 和 Rossignol, M. (1995) Applications d'un modèle de développement et de tubérisation synchrones chez la pomme de terre cultivée in Vitro。Evolution d'activités enzymatiques。高卢植物学报, 142, 321-331。
[ 4 ] Lê, CL (1995) 微管化在 Vitro chez différentes variétés de pomme de terre 中的应用。Acta Botanica Gallica, 142, 389.
[ 5 ] Coleman, WK, Donnelly, DJ 和 Coleman, SE (2001) 作为研究工具的马铃薯微型块茎:综述。美国马铃薯研究杂志,78,第 47 条。
[ 6 ] Wiersema, SG, Cabello, R., Tovar, P. 和 Dodds, JH (1987) 通过种植床微型块茎和体外植物进行快速种子繁殖。马铃薯研究,30,117-120。
[ 7 ] Leclerc, Y., Donnelly, DJ 和 Seabrook, JEA (1994) 马铃薯分层枝条和插条的微型块茎化:生长调节剂和孵化期的影响。植物细胞、组织和器官培养,37, 113-120。