甘薯幼苗生產方法
2023-09-17 07:05:40
專利名稱：甘薯幼苗生產方法
技術領域：
本發明涉及一種生產甘薯幼苗的方法。更確切地，是涉及一種生產已形成貯藏根的甘薯幼苗的方法。
甘薯是一種具有多種用途的植物，例如作為糧食，燃料酒精等的來源。因此，在解決未來糧食和能量/資源短缺以及環境保護等問題時，甘薯將發揮其重要作用。
目前大量生產甘薯幼苗的方法包括使用扦插獲得幼苗的方法或種塊芽殖實生苗的方法。然而，這些方法的繁殖速度慢，因此不可能大批量地供應以滿足不斷增加的植物幼苗的需求，本發明針對的是甘薯幼苗。因此，通過組織培養(微繁殖技術)生產甘薯幼苗，即下文的「植物幼苗」是目前研究注意的方向。
一般，可將細胞培養技術生產植物幼苗粗略地分成以下幾個階段選擇和處理繁殖植物材料階段(階段0)，實施無菌培養階段(階段1)，繁殖階段(階段2)，在玻璃容器中生根和調整階段(階段3)，以及在外界環境中的環境適應(acclimatization)階段(階段4)。對於培養這些植物幼苗的方法中，最常用的培養方法是使用凝膠劑例如將瓊脂作為支撐材料。
當使用凝膠劑如瓊脂時，在培養基中加入糖類(蔗糖，葡萄糖，果糖等)作為碳源。這使培養基在培養過程中對外部細菌的汙染更敏感。為防止這些汙染，處理時需特別小心保持培養容器和放置培養容器的培養室的無菌條件。
另外，如果空氣不能進入瓊脂培養基中則根的生長將受到阻滯。同時，即使通過使用特別適合良好生根的瓊脂培養基而促進生根，長出的根並不能起到水生根本身的作用，以及當將這些幼苗直接種在苗床土壤中時這些幼苗的地下部分不能存活。因此，在從瓊脂中移出後，將幼苗在含有珍珠巖，蛭石等的支撐培養基中環境適應，然後移栽到室外田間或溫室的苗床土中。然而，這種環境適應過程需要很長時間即1-3個月。另外，在環境適應過程中可能觀察到的存活數量很少。也就是說，觀察到植物幼苗的死亡以及幼苗可能保持浸在水中的形狀，即幼苗沒有正常的形狀。因此，考慮到所花勞動力和所獲得的產量，這一方法具有很多缺點。
另外，現報導另一種無菌繁殖甘薯幼苗的方法即在無菌條件下使用褐塊石棉或蛭石作為支撐材料，不加蔗糖，在培養階段幾乎沒有細菌的汙染(日本專利公開(kokai)9-294495)。
然而，按照上述方法生產甘薯幼苗，生產出的甘薯幼苗不能形成最終長成甘薯的貯藏根，但在幼苗移栽入苗床土後，貯藏根的形成會重新開始。因此，這種方法仍待改進以加速甘薯的成熟。
同時，還報導使用含有蛭石和纖維素纖維的植物組織培養基得到非常好的生根效果，這樣可以獲得健壯的幼苗而培養後不需要環境適應且以及這種幼苗可以移栽在室外田間的苗床土上如WO97/48271。然而，當這一技術應用於甘薯時，尚不知是否可以獲得帶有貯藏根的植物幼苗。而且，在培養過程中不能判斷是否會形成甘薯幼苗貯藏根。
本發明是綜合考慮上述幾點而設計的，且本發明的目的是提供一種通過甘薯外植體進行組織培養生產具有已形成的貯藏根的甘薯幼苗的方法，此貯藏根最終長成甘薯。
本發明的發明人為實現上述目的進行了艱苦的研究。結果，他們發現通過使用含有蛭石和纖維素纖維的支撐材料對甘薯外植體進行組織培養獲得的甘薯幼苗生長良好且在它們的根上具有貯藏根，從而實現了本發明的目的。
也就是說，本發明提供了一種通過使用含有蛭石和纖維素纖維的支撐材料對甘薯外植體進行組織培養生產具有已形成貯藏根的甘薯幼苗的方法。
本發明還提供了上述生產甘薯幼苗的方法，其中蛭石和纖維素纖維使用的重量比是5∶95-95∶5。
本發明進一步提供了上述生產甘薯幼苗的方法，其中培養是在不含糖類的培養基中進行。
本發明進一步提供了上述生產甘薯幼苗的方法，其中培養是在培養環境中保持二氧化碳氣濃度為400-3000μmol/mol的條件下進行。
本發明的其它目的和有益效果在下述結合附圖的討論中將更清楚，其中
圖1用示意圖表示甘薯幼苗的根；(a)本發明生產方法所獲得的甘薯幼苗。
(b)對比實施例所獲得的甘薯幼苗。
參考附圖，在下文將對本發明實施方案進行詳細描述。
本發明方法是一種生產具有已形成有貯藏根的甘薯幼苗的方法，其特徵在於使用含有蛭石和纖維素纖維的支撐材料對甘薯外植體進行組織培養。
培養甘薯幼苗的常用方法，例如使用如瓊脂的凝膠劑的培養方法，幼苗並不形成最終長成甘薯的貯藏根，它們僅僅長出主根和側根(見
圖1)。因此，這些還沒有形成貯藏根的幼苗，在移栽入苗床土後，開始形成新的根即貯藏根。結果，這延遲了貯藏根的形成，致使甘薯的成熟需要更長的時間。
與之相反，本發明中長成甘薯的貯藏根在幼苗階段形成。因此，根據本發明生產的甘薯幼苗移栽到苗床土後，甘薯的成熟非常快。
在本發明中，術語「甘薯幼苗」指的是通過組織培養獲得的栽培苗。同時，術語「甘薯外植體」指的是植物體的一部分，其通過組織培養可以長成甘薯幼苗。例如，外植體可以是帶有葉片的一個節間，其可以通過甘薯細胞或組織培養獲得，或是從多節間的莖上一節一節地切下的莖段。
在本發明中，對於蛭石的具體類型沒有特別的限定，經過各種形式處理的蛭石均可以使用。這些處理的實例包括蛭石的化學和物理處理如加熱處理，冷卻處理，純化處理，溶脹處理，粉碎處理，造粒處理，浸漬處理，包衣處理等。
本發明對使用的纖維素纖維的類型也沒有特別的限定。然而，優選使用紙漿纖維。可以使用的纖維素纖維包括棉絨，棉絨纖維，軟材纖維，硬材纖維，韌皮纖維，大麻纖維，再生纖維，細菌纖維和上述類型纖維的混合物。
同時前述經過各種形式處理的纖維素纖維都可以使用。這些處理的實例包括化學的和物理的處理如加熱處埋，冷卻處理，純化處理，解晶處理，溶脹處理，減小聚合度的處理，衍生處理，交聯處理，轉化晶型處理，溶解再生處理，粉碎處理，造粒處理，浸漬處理，包衣處理等。
根據本發明生產甘薯幼苗的方法，用作支撐材料的蛭石和纖維素纖維的重量比優選5∶95-95∶5。特別優選70∶30。當蛭石含量與纖維素含量相比過高或纖維素含量與蛭石含量相比過高時培養外植體，外植體不可能形成貯藏根。
支撐材料中可選擇地可以加入活性炭，椰子殼纖維，珍珠巖，燻煙木炭，泥炭沼等。
本發明的組織培養優選在不含糖類的培養基(液體培養基)中進行。糖類包括，例如碳源如蔗糖，葡萄糖和果糖。
在不含糖類的培養基中培養植物苗，可以避免腐生菌的汙染，而在加糖類的培養基中則易於發生。此外，在無糖類的培養基中培養的外植體，在用自養生長條件代替異養生長條件時，可連續進行組織培養。
本發明的培養方法，可以使用含有無機養分的培養基，例如大量元素如氮、磷、鉀、鎂和鈣，以及微量元素如鐵、錳、銅和鋅。而且，培養基也可以含有維生素如煙酸和鹽酸硫胺素，有機養分如胺基酸、生長調節物質等，但這些物質不是必要組分。作為培養基的具體實施例，可以使用MS培養基。
本發明的組織培養，在整個培養過程中優選在培養環境中保持二氧化碳的濃度是400-3000μmol/mol。
將二氧化碳的濃度保持在這一特定範圍內的原因是如果二氧化碳的濃度過低植物苗不能充分地進行光合作用。同時，二氧化碳的濃度過高則會傷害植物苗。
在上述甘薯外植體培養過程中使用不含糖類的培養基以及保持培養環境內部二氧化碳氣的濃度為400-3000μmol/mol，可以增強植物的自養生長。因此，即使將植物苗轉入自養生長條件下，例如將它們移栽到培養容器外部或苗床土中，並沒有強烈的環境變化。因此，生產的植物苗易於環境適應或甚至不需要環境適應，並且長勢良好。
可以通過測定培養容器或培養室中的二氧化碳濃度，以及在氣體濃度與規定濃度比較不充足時，向培養容器或培養室內補充供給二氧化碳氣體來調節二氧化碳氣體的濃度。
用於培養的容器沒有特別的限定，但是優選使用具有透氣性的容器以增加換氣。例如，可以使用透氣性膜作為培養容器的蓋以增加換氣。此外，優選使用至少部分透光的培養容器以使甘薯外植體可以進行光合作用。例如，可以使用帶有透明蓋的培養容器。
至於其它培養條件如溫度，光照類型，光強，光照射方向，光照和黑暗循環，相對溼度，培養溶液量，培養溶液濃度等，可以通過試驗選擇從而確定適合的條件。
實施例參考以下的實施例將對本發明作更詳細的描述。
將常規方法栽培的甘薯切成每節帶有一片葉的節，將四個單一節分別培養在體積為485cm3，罐狀的塑料容器中。在每個容器中加入45cm3不含維生素、激素以及糖類的MS培養基(Murashige and Skoog，Physiol.Plant.，15，473-497(1962))，模製的支撐材料包括使用(如表1中所示)各種混合比例的蛭石(TG-4，Showa Vermiculite Ltd生產)和硬材精製紙漿(商品名Pontiac)作為支撐材料。
然後，將甘薯的每個節放於上述支撐材料上，在完全光合自養培養條件下培養30天。這種培養的外界條件是培養容器的溫度為28℃，相對溼度為80％，日光燈的光照強度為150μmol/m2/s，光照時間16小時/天，恆溫箱中的二氧化碳氣體濃度為1,400μmol/mol。
實施例1-6中，使用支撐材料包括90∶10-10∶90比例的蛭石和紙漿進行培養。
對比實施例1中，除支撐材料僅使用蛭石外，其它與實施例1採用同樣方式進行培養。
對比實施例2中，除使用0.8重量％的瓊脂培養基(Kanto Kagaku)外，其它與實施例1採用同樣方式進行培養。
在上述條件下培養30天後對甘薯幼苗的莖，葉和根的鮮重和乾重的稱量結果列於表1中。
表1<
>V蛭石P紙漿*浸在水中的根表1中所列的結果清楚地證明，與對比實施例1和2相比實施例1-6的鮮重和乾重都明顯增加。特別是，實施例3的支撐材料V∶P重量比70∶30表現出顯著效果。由此證明本發明生產的甘薯幼苗有更佳的生長。
而且，在實施例1-6生產的甘薯幼苗的根中，存在許多紫色根而且這些根是最初分化的貯藏根1(
圖1a)。作為對比，由對比實施例1和2生產的甘薯幼苗根中並沒有貯藏根，如
圖1b所示僅有主根2以及側根3。
當將實施例1-6生產的植物苗直接移栽到苗床土中後，貯藏根發育成甘薯。
相比之下，當將對比實施例1生產的植物苗類似地直接移栽到苗床土中後，分別由主根和側根形成貯藏根並隨後貯藏根發育成甘薯。
當將對比實施例2生產的甘薯幼苗直接移栽到苗床土後，苗枯萎死亡。
根據本發明，可以生產出具有極佳的生長狀況以及在培養過程中形成貯藏根的甘薯幼苗。
根據本發明方法生產的甘薯幼苗長勢非常好，並容易環境適應，或在移栽到苗床土時甚至可以不需要環境適應過程。而且，由於它們具有貯藏根，在移栽到苗床土後與常規的甘薯幼苗相比表現出更快地成熟。
以上這些對本發明的描述，顯而易見也存在各種方式的變化。這些變化沒有偏離本發明的宗旨和範圍，所有這些改變對於本領域技術人員來說是顯而易見的，並被包括在以下的權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種生產已形成有貯藏根的甘薯幼苗的方法，其中通過使用含有蛭石和纖維素纖維的支撐材料對甘薯外植體進行組織培養。
2.根據權利要求1的生產甘薯幼苗的方法，其中使用的蛭石和纖維素纖維重量比是5∶95-95∶5。
3.根據權利要求1的生產甘薯幼苗的方法，其中培養是在不含糖類的培養基中進行。
4.根據權利要求1的生產甘薯幼苗的方法，其中培養是在培養環境中保持二氧化碳氣體濃度為400-3000μmol/mol的條件下進行。
全文摘要
使用含有蛭石和纖維素纖維的支撐材料培養甘薯外植體,優選的蛭石和纖維素纖維使用重量比是5∶95—95∶5,優選不含糖類的培養基,同時在培養環境中保持二氧化碳氣體濃度為400—3000μmol/mol的條件下進行培養,從而培養出長勢極佳並在培養過程中形成貯藏根的甘薯幼苗。由此提供的生產甘薯幼苗的方法生產的甘薯幼苗長勢極佳並具有貯藏根。
文檔編號A01H4/00GK1273770SQ0011865
公開日2000年11月22日 申請日期2000年4月27日 優先權日1999年4月27日
發明者長谷川修, 大野洋次郎, 久保田智惠理, F·阿弗瑞恩－佐貝爾耶德 申請人:日清紡績株式會社