一种大蒜气生鳞茎快速高效萌发的方法发明专利

专利名称：一种大蒜气生鳞茎快速高效萌发的方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111268905.3

专利申请（专利权）人：南京农业大学
权利人地址：江苏省南京市玄武区孝陵卫街道卫岗1号南京农业大学

专利发明（设计）人：吴震,王梦丽,刘敏,蒋芳玲,周蓉,陈政,韦静静

专利摘要：本发明公开了一种大蒜气生鳞茎快速高效萌发的方法，该方法通过大蒜气生鳞茎预处理结合严格调控萌发环境的方式，有效解决了大蒜气生鳞茎活力低下、萌发困难、繁殖系数低、培育时间长等问题，极显著地提高大蒜气生鳞茎发芽率、萌发活力、幼苗长势且大大缩短萌发周期。该技术可大规模推广应用于大蒜气生鳞茎繁殖中，以此加快大蒜种性恢复，完成大蒜提纯复壮，进而提高大蒜植株生长势、抗逆性和大蒜鳞茎的产量品质。

主权利要求：一种大蒜气生鳞茎快速高效萌发的方法
技术领域
[0001] 本发明属于大蒜气生鳞茎繁殖技术领域，具体涉及一种大蒜气生鳞茎快速高效萌发的方法。
背景技术
[0002] 大蒜(AlliumsativumL.)为石蒜科(Amaryllidaceae)孤挺花属(Amaryllis)二年生草本植物，因其独特的风味和较高的营养价值而受到人们广泛关注。我国是全球大蒜2
主产区，2020年我国的大蒜种植面积逾80万hm ，占全球大蒜种植总面积50％，其产量占全球总产量75％，出口量为223.20万吨，在我国蔬菜出口创汇中发挥重要作用。由于大蒜开花结实困难，通常采用鳞茎进行无性繁殖，而长期的无性繁殖会导致其病毒积累、种性退化的现象日趋严重，大蒜面临长势衰弱、繁殖系数下降、产量品质降低等严峻问题，这无疑会致使我国大蒜栽培面积和产量的下降，从而影响我国的蔬菜出口创汇前景。

[0003] 大蒜气生鳞茎由蒜薹顶端花苞内鳞芽发育而成，具有体积小、生长迅速、遗传稳定、繁殖系数高、病毒携带少的特点。利用大蒜气生鳞茎繁殖，不仅可恢复大蒜种性，提高繁殖系数，还能增强后代植株生长势和抗病性。目前大蒜气生鳞茎繁殖方法主要包括对成熟的气生鳞茎进行露地直播繁殖和对未成熟的气生鳞茎进行组织培养。
[0004] 露地直播繁殖，大蒜气生鳞茎萌发迟、发芽率低、幼苗长势弱、整齐度不高，且由于大蒜气生鳞茎体积小、质量轻，露地直播难以均匀播种并极易被雨水冲淋。目前用于促进大蒜气生鳞茎萌发的研究有挑选健康饱满的的一级(直径>5毫米)、二级(直径3～5毫米)气生鳞茎，对气生鳞茎进行分级播种。但依旧存在萌发迟、发芽率低、整齐度差且难以均匀播种的问题，严重制约了气生鳞茎繁殖技术的发展。
[0005] 利用组织培养技术繁殖，需要先对大蒜花苞内未成熟的气生鳞茎进行离体培养诱导其生根，然后对诱导存活的气生鳞茎进行生根培养，最后对生根的气生鳞茎试管苗进行炼苗移栽。该方法气生鳞茎污染率高、诱导存活率低、萌发周期长、生产成本高。目前用于促进大蒜气生鳞茎试管苗生根萌发的研究有对气生鳞茎进行低温贮藏一定时间打破休眠，添加激素改善气生鳞茎营养生长环境等。但这些方法依旧存在繁殖系数不高、体外繁殖时间长、投入成本高的问题。目前利用组织培养技术繁殖气生鳞茎在生产中还得不到大面积推广应用，极大地阻碍了大蒜的良种培育进程。
[0006] 气生鳞茎繁殖技术研究报道众多，但是现有的研究均未形成一个完整的体系，大蒜气生鳞茎繁殖技术普遍存在发芽困难、萌发活力低、培育时间长和繁殖系数低的严重问题，这都限制了大蒜气生鳞茎繁殖技术的规模化应用，给科研和生产造成巨大损失。为解决现有大蒜气生鳞茎繁殖技术中存在的萌发困难、繁殖系数低、培育时间长的问题，我们发明了一个大蒜气生鳞茎快速高效萌发的方法。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种大蒜气生鳞茎快速高效萌发的方法，可有效提高大蒜气生鳞茎的发芽率和萌发活力，提高繁殖系数，利于出苗整齐，提升幼苗长势，降低生产成本，缩短培育时间，加速大蒜种性恢复进程。
[0008] 本发明的目的可以通过以下措施达到：
[0009] 一种大蒜气生鳞茎快速高效萌发的方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤(1)：将获得的大蒜气生鳞茎，筛选出大小合适的大蒜气生鳞茎；
[0011] 步骤(2)：将步骤(1)筛选的大蒜气生鳞茎置于2～6℃下贮藏25～30天；
[0012] 步骤(3)：在无菌蒸馏水中浸泡10～14小时后，播种在湿润的蛭石中；
[0013] 步骤(4)：将播好的气生鳞茎置于18～22℃或24～26℃黑暗环境中培养；
[0014] 步骤(5)：播种后每日浇灌蒸馏水使基质保持湿润，持续5～7天；
[0015] 步骤(6)：待气生鳞茎出苗后，将其移栽至大田中，之后按照常规管理进行。
[0016] 本发明，步骤(1)中应选择当年收获的自然成熟、颗粒饱满、具有品种典型性状的气生鳞茎，这样可以筛选出健康、优质的大蒜气生鳞茎，为促进其快速高效萌发奠定良好基础。不同品种大蒜的气生鳞茎典型性状不同，‘苍山大红皮’气生鳞茎外皮浅红棕色，狭长纺锤形，平均百粒重为8.1～8.5克，花苞上平均着生粒数为15～18粒；‘四川二水早’气生鳞茎外皮红棕色，纺锤形，平均百粒重为22～23克，花苞上平均着生粒数为5～10粒；‘四川软叶蒜’气生鳞茎外皮红紫色，纺锤形，平均百粒重为14～15克，花苞上平均着生粒数为7～12粒；品种‘麻江红蒜’气生鳞茎外皮浅红棕色，细纺锤形，平均百粒重为6.3～6.5克，花苞上平均着生粒数为15～20粒。选择具有品种典型性状的大蒜气生鳞茎，有助于品种的纯化和复性。
[0017] 本发明，步骤(1)中所选大蒜气生鳞茎的大小分别为：‘苍山大红皮’气生鳞茎的直径为5～8毫米；‘四川二水早’气生鳞茎的直径为8～12毫米；‘四川软叶蒜’气生鳞茎的直径为8～10毫米；‘麻江红蒜’气生鳞茎的直径为4～5毫米。以上直径范围是本发明通过实验研究得出的各品种气生鳞茎萌发效益最佳的范围。大蒜气生鳞茎营养体的大小与其发芽情况密切相关，本发明中各品种气生鳞茎大小一方面可以充分利用各品种优势和尽可能多的气生鳞茎资源，还可以确保发芽迅速，提高发芽率，促进发芽整齐，有利于出苗一致，提升幼苗长势。
[0018] 本发明，通过低温影响营养物质积累、细胞酶活性变化、相关基因调控促进气生鳞茎打破休眠。步骤(2)中所选大蒜气生鳞茎2～6℃有助于打破休眠，2℃以下会导致冻害，高于6℃不利于打破休眠。
[0019] 本发明，步骤(2)中所选大蒜气生鳞茎低温贮藏25～30天。关于低温贮藏时间对大蒜气生鳞茎发芽的影响报道较多，但均以花苞内尚未成熟的气生鳞茎作为离体材料，利用组织培养技术进行研究，而本发明是利用收获的成熟健康的气生鳞茎，通过预处理结合严格调控萌发环境进行研究。有研究报道低温贮藏14天大蒜气生鳞茎试管苗诱导率最高，但该方法低温贮藏14天后气生鳞茎需要诱导60天左右才能达到较高的诱导率，且还需对诱导成活的气生鳞茎进行45天的生根培养，才能形成正常的气生鳞茎试管苗，该方法得到气生鳞茎幼苗需4个月而本发明只需1个月。该方法仅以诱导率作为筛选标准，极易培养出活力低下、生长势弱的气生鳞茎幼苗。而本发明综合发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、平均发芽时间5项发芽指标得出，低温贮藏25～30天可以极大提高大蒜气生鳞茎的发芽率和萌发活力，利于出苗整齐、提高生长势。
[0020] 本发明，步骤(3)中大蒜气生鳞茎要浸泡10～14小时，这样可以为大蒜气生鳞茎的萌发前期提供充足水分。
[0021] 本发明，步骤(3)中大蒜气生鳞茎要先在0.3％～0.5％多菌灵溶液中浸泡，这样可以杀死附着在气生鳞茎上的细菌和真菌，有效减少萌发过程中气生鳞茎污染率，降低生长后期病害发生率。
[0022] 本发明，步骤(3)中添加0.2～0.4％磷酸二氢钾有助于为大蒜气生鳞茎的萌发前期提供营养物质。
[0023] 本发明，步骤(3)用无菌蒸馏水浇灌使蛭石含水量保持在50～70％，这样可以为气生鳞茎萌发的整个过程提供必需水分，促进其萌发。若含水量过低，水分供应不足，萌发缓慢；含水量过高，易滋生病菌。
[0024] 本发明，步骤(3)中大蒜气生鳞茎倾斜放置，根部低于顶部5～8毫米且基质上不覆土，这样既可以充分保湿又便于观察萌发情况，统计发芽率。
[0025] 本发明，当品种熟性为早熟性、中早熟性、中熟性时，优选的，本发明步骤(4)培养温度为24～26℃，当品种为晚熟性，优选的，培养温度为18～22℃。温度过低会导致气生鳞茎体内酶活性降低和新陈代谢减弱，温度过高会导致酶蛋白质构造发生变化而失活，进而抑制发芽过程。
[0026] 本发明，步骤(5)中基质保持湿润，是指保持基质含水量在50％～70％。
[0027] 本发明，步骤(6)中待气生鳞茎出苗2厘米高时开始移苗。过早移栽，气生鳞茎存活率低；过晚移栽，容易徒长，致使幼苗生长不良。
[0028] 发明人发现大蒜气生鳞茎萌发受内在因素和外在因素的共同影响，气生鳞茎大小是影响萌发的重要内在因素，光照条件、萌发温度、贮藏时间是影响萌发的重要外在因素。气生鳞茎大小是大蒜一个相对稳定的生活史特征，它影响着气生鳞茎休眠、萌发和幼苗活力。其中，光照在气生鳞茎萌发过程中起到信号传递的作用，通过调控光敏素的光吸收状态，进而影响不同生理反应的启动。温度对气生鳞茎萌发过程的影响主要源于对酶反应的控制，在适宜的温度范围内，气生鳞茎体内的酶活性发生变化，促进发芽过程。光照和温度对大蒜萌发特征和萌发生理过程均有重要作用。气生鳞茎在低温条件下贮藏一定时间能够打破休眠，促进气生鳞茎萌发。本发明首次发现各品种气生鳞茎萌发最佳的大小处理，在此基础上结合光照条件对气生鳞茎萌发的影响，然后组合低温贮藏时间和萌发温度，建立了一种大蒜气生鳞茎快速高效萌发方法，为大蒜气生鳞茎繁殖提供科学依据。

[0029] 本发明的有益效果：
[0030] 1.发芽率高：本发明通过气生鳞茎预处理结合严格调控萌发环境的方式，使得品种
[0031] ‘苍山大红皮’、‘四川二水早’、‘四川软叶蒜’、‘麻江红蒜’气生鳞茎的发芽率分别提高了63.64％、55.36％、73.91％、75％；
[0032] 2.萌发活力高：本方法使得品种‘苍山大红皮’、‘四川二水早’、‘四川软叶蒜’、‘麻江红蒜’气生鳞茎的发芽指数分别提高了86.35％、68.41％、75.42％、
[0033] 90.99％，活力指数分别提高了54.55％、64.23％、58.6％、44.90％；
[0034] 3.适用范围广泛：可适用于‘苍山大红皮’、‘四川二水早’、‘四川软叶蒜’、[0035] ‘麻江红蒜’等早熟、中早熟、中熟、晚熟不同熟性品种；
[0036] 4.操作简单：本方法与组织培养技术相比，技术要求低，操作简单；
[0037] 5.发芽时间短：采用本方法大蒜气生鳞茎平均发芽时间只需4～5天；
[0038] 6.减少带菌率：采用本方法可降低大蒜气生鳞茎带菌率60％～80％；
[0039] 7.缩短萌发时间：与露地直播繁殖方法相比，采用本方法大蒜气生鳞茎的萌发时间可缩短10～20天；与组织培养技术相比，采用本方法大蒜气生鳞茎的萌发时间可缩短45～60天。
[0040] 8.节约成本：与组织培养技术相比，采用本方法可极大减少投入成本，另外本方法发芽率高、萌发活力强、繁殖系数高、出苗整齐，在实际生产中可以大面积推广应用。这大大加快大蒜气生鳞茎培育进程，显著降低生产成本。
附图说明
[0041] 图1各品种不同直径大小气生鳞茎；
[0042] 其中A：‘苍山大红皮’气生鳞茎；B：‘四川二水早’气生鳞茎；C：‘四川软叶蒜’气生鳞茎；D：‘麻江红蒜’气生鳞茎；
[0043] 图2不同光照条件对大蒜气生鳞茎萌发的影响；
[0044] 其中A：‘苍山大红皮’气生鳞茎，黑暗条件下培养；B：‘四川二水早’气生鳞茎，黑暗条件下培养；C：‘四川软叶蒜’气生鳞茎，黑暗条件下培养；D：‘麻江红蒜’气生鳞茎，黑暗条件下培养；E：‘苍山大红皮’气生鳞茎，光照条件下培养；F：‘四川二水早’气生鳞茎，光照条件下培养；G：‘四川软叶蒜’气生鳞茎，光照条件下培养；H：‘麻江红蒜’气生鳞茎,光照条件下培养；
[0045] 图3不同贮藏时间和萌发温度组合处理对大蒜气生鳞茎萌发的影响；
[0046] 其中A：‘苍山大红皮’气生鳞茎；B：‘四川二水早’气生鳞茎；C：‘四川软叶蒜’气生鳞茎；D：‘麻江红蒜’气生鳞茎。
具体实施方式
[0047] 下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0048] 实施例1：
[0049] 选用当年收获的大蒜品种‘苍山大红皮’(早熟性)、‘四川二水早’(中早熟性)、‘四川软叶蒜’(中熟性)、‘麻江红蒜’(晚熟性)的气生鳞茎为试验材料。选取健康饱满、具有品种典型性状的气生鳞茎，按照气生鳞茎直径大小分成大、中、小三级。在0.3％多菌灵和0.3％磷酸二氢钾混合溶液中浸泡12小时后在无菌蒸馏水中浸泡12小时，播种于含水量为
60％的蛭石中，每盘20粒，5次重复。以胚芽长度长至气生鳞茎长度为发芽标准。逐日统计发芽种子数，计算发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数和平均发芽时间5项发芽指标，计算公式如下：

[0050] 种子发芽势(％)＝初期(第3天)发芽种子数/供试种子数×100％
[0051] 种子发芽率(％)＝终期(第7天)发芽种子数/供试种子数×100％
[0052] 发芽指数(Gi)＝Σ(Gt/Dt)
[0053] 活力指数(VI)＝Gi×S
[0054] 平均发芽时间(d)＝Σ(Gt×Dt)/ΣGt
[0055] 式中Dt代表发芽天数；Gt代表与Dt相对应的每天发芽种子数；S为正常幼苗鲜重(g)。
[0056] 表1气生鳞茎大小对大蒜气生鳞茎发芽指标的影响
[0057]
[0058] 注：同列比较，数据后小写字母表示p＝0.05水平上差异显著，下同。
[0059] 结果表明：采用本发明所述方法：选取直径大小为5～8毫米的‘苍山大红皮’气生鳞茎、直径大小为8～12毫米的‘四川二水早’气生鳞茎、直径大小为8～10毫米‘四川软叶蒜’气生鳞茎和直径大小为4～5毫米‘麻江红蒜’气生鳞茎进行播种，萌发早、发芽势强、发芽率高、萌发活力高，有利于出苗整齐，提高繁殖系数。当直径大小不在本发明范围内时，气生鳞茎萌发困难、活力指数低，不利于促进发芽，提高繁殖系数。本发明所述的各品种气生鳞茎直径范围具有最佳的发芽指标。
[0060] 实施例2：
[0061] 选用当年收获、健康饱满、大小一致、具有品种典型性状的大蒜品种‘苍山大红皮’、‘四川二水早’、‘四川软叶蒜’、‘麻江红蒜’的气生鳞茎为试验材料，各品种气生鳞茎直径大小为实施例1筛选的最佳直径范围。气生鳞茎在0.3％多菌灵和0.3％磷酸二氢钾混合溶液中浸泡12小时后在无菌蒸馏水中浸泡12小时，播种于含水量为60％的蛭石中，每盘20粒，5次重复，随机摆放在光照培养箱中。在20℃黑暗条件下培养，20℃光照(12h，10000Lux)培养为对照。以胚芽长度长至气生鳞茎长度为发芽标准，测定指标同实施例1。
[0062] 表2在不同光照条件对大蒜气生鳞茎发芽指标的影响
[0063]
[0064] 结果如表2所示，在黑暗条件下培养，‘苍山大红皮’气生鳞茎的发芽指标与在光照条件下培养无显著差异，而‘四川二水早’气生鳞茎的发芽势、发芽指数和活力指数提高10.34％、10.25％和18.4％；‘四川软叶蒜’气生鳞茎的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数显著提高78.94％、59.46％、23.51％和20％；‘麻江红蒜’气生鳞茎的发芽势和发芽率显著提高83.3％、60.91％。如图2所示，在黑暗条件下培养的气生鳞茎明显比在光照条件下的更壮，长势更好，说明不同品种气生鳞茎更适合在黑暗条件下培养。

[0065] 实施例3：
[0066] 将气生鳞茎材料(同实施例2)贮藏于4℃冰箱中，贮藏时间分别为0、7、14、21、28天，贮藏结束后进行气生鳞茎发芽试验。在0.3％多菌灵和0.3％磷酸二氢钾混合溶液中浸泡12小时后在无菌蒸馏水中浸泡12小时，播种于含水量为60％的蛭石中，每盘20粒，5次重复，随机摆放在光照培养箱中。在20℃黑暗条件下培养，25℃黑暗培养为对照。以胚芽长度长至气生鳞茎长度为发芽标准，测定指标同实施例1。
[0067] 表3贮藏时间和萌发温度组合处理对‘苍山大红皮’气生鳞茎发芽指标的影响[0068]
[0069]
[0070] 结果如表3所示，‘苍山大红皮’气生鳞茎贮藏28天后在25℃下培养，发芽率高、萌发活力强、发芽时间短。其他贮藏时间和萌发温度组合处理下气生鳞茎发芽率大大降低，萌发活力显著下降，不具备最佳发芽指标。
[0071] 表4贮藏时间和萌发温度组合处理对‘四川二水早’气生鳞茎发芽指标的影响[0072]
[0073] 结果如表4所示，‘四川二水早’气生鳞茎贮藏28天后在25℃下培养具有最佳发芽指标。当贮藏时间和萌发温度超出本发明范围时，极不利于气生鳞茎萌发，提升发芽活力。
[0074] 表5贮藏时间和萌发温度组合处理对‘四川软叶蒜’气生鳞茎发芽指标的影响[0075]
[0076]
[0077] 结果如表5所示，‘四川软叶蒜’气生鳞茎贮藏28天后25℃下培养，发芽势显著提高，萌发活力显著上升，在本发明范围下‘四川软叶蒜’气生鳞茎具有最佳发芽指标。
[0078] 表6贮藏时间和萌发温度组合处理对‘麻江红蒜’气生鳞茎发芽指标的影响[0079]
[0080] 结果如表6显示，‘麻江红蒜’气生鳞茎贮藏在28天后20℃下培养，具备最佳发芽指标，此时，发芽势显著增加、萌发活力显著提升。综上，各品种气生鳞茎均在贮藏28天后表现出发芽势强、发芽率高、萌发旺盛。如图3所示，‘苍山大红皮’、‘四川二水早’、‘四川软叶蒜’气生鳞茎贮藏28天后在25℃下培养长势最好，‘麻江红蒜’气生鳞茎贮藏28天后在20℃下培养长势最好。

专利地区：江苏

专利申请日期：2021-10-29

专利公开日期：2023-07-07

专利公告号：CN113951121B