陳威臣1 曹進義1 吳姿穎2 夏奇鈮3,*
摘要
陳威臣、曹進義、吳姿穎、夏奇鈮。2020。穀胱甘肽對孤挺花組培苗瓶內增殖與瓶外生長 之影響。台灣農業研究69(4):312–325。
本研究以孤挺花 (Hippeastrum hybridum Hort.) 「紅獅」(‘Red Lion’) 與「千禧之星」(‘Blossom Peacock’)
組培鱗莖與出瓶苗為材料，探討穀胱甘肽 (glutathione) 對組培苗瓶內增殖與瓶外生長之影響。利用「紅
獅」1/4 組培鱗莖於含有不同濃度之還原態穀胱甘肽 (reduced glutathione; GSH) 或氧化態穀胱甘肽 (oxidized glutathione; GSSG) 之液態培養基中，於 10 μmol m-2 s-1低照光環境下振盪處理1 h 或 2 h，再將培植體接續 培養於含有3% 蔗糖、1.0 mg L-1苯甲基腺嘌呤 (benzylaminopurine; BA) 與 0.1 mg L-1萘乙酸 (α-naphthalene acetic acid; NAA) 之 MS 固態培養基中，培養於 38 μmol m-2 s-1照光環境下進行試驗。結果顯示，以65.00 μM GSH 溶液振盪處理 2 h，再於照光環境下培養 12 wk 後，每個鱗莖可得 14.7 苗為最多。將「千禧之星」1/4 組 培鱗莖培養於含有不同濃度GSH 或 GSSG 液態培養基中，於 10 μmol m-2 s-1低照光環境下進行振盪培養試驗，
結果顯示65.00 μM GSH 4 wk 培養有助於提高組培苗之增殖效率；延長培養至 8 wk 時，則 GSH 與 GSSG 處
理組與對照組之間並無顯著差異；再延長培養至12 wk時，則以16.25 μM GSSG處理組每個組培鱗莖可誘得8.7
苗，顯著高於對照組。以鱗莖直徑約12 mm 或 8 mm 之「紅獅」出瓶苗於溫室栽培，並於第 9 週開始噴施不
同濃度穀胱甘肽溶液，而後每4 週噴施一次，共處理 5 次。停止噴施 7 wk 後，調查植株生長情形。結果顯
示大苗鱗莖方面，僅162.80 μM GSSG 處理組之葉片鮮重與全株鮮重顯著高於對照組；在小苗鱗莖方面，則
以162.80 μM 與 325.70 μM GSSG 處理組之全株鮮重顯著高於對照組。綜合上述結果顯示，「紅獅」培植體以 65.00 μM GSH 溶液搭配 2 h 振盪處理，可獲得最高之瓶苗增殖率。「紅獅」組培苗於出瓶 8 wk 後，每 4 週噴
施一次162.80 μM GSSG 溶液，總計噴施處理 5 次後，可增大鱗莖直徑與提高植株鮮重。
關鍵詞：華冑蘭、氧化態穀胱甘肽、還原態穀胱甘肽、光照處理、馴化。
投稿日期：2020 年 4 月 7 日。接受日期：2020 年 9 月 29 日。
* 通訊作者：[email protected]
1 農委會農業試驗所生物技術組助理研究員。台灣 台中市。
2 農委會農業試驗所生物技術組計畫助理。台灣 台中市。
3 農委會農業試驗所生物技術組研究員。台灣 台中市。
DOI:10.6156/JTAR.202012_69(4).0005
前言
孤挺花 (Hippeastrum hybridum Hort.) 為石 蒜科 (Amaryllidaceae) 多年生鱗皮鱗莖花卉，
別稱百支蓮、華冑蘭及喇叭花；栽培品種具有 多樣化之花型與花色，其花朵碩大且色彩豔麗，
廣泛應用於盆花、切花及花壇植物 (De Bruyn 1997; Chen & Wang 2000; Liu et al. 2005; Sulta-na
et al. 2010)。近年來，台灣公民營單位陸續
推出孤挺花新品種，但在推廣初期常面臨種苗不敷供應之困境。植物組織培養技術具有高繁 殖倍率之優點，是快速量化孤挺花新品種種苗 的有效方法 (Siddique et al. 2007; Shao & Shi 2008; Sultana et al. 2010; Chen et al. 2017)。Chen
et al. (2017) 以 孤 挺 花「紅 獅」(H. hybridum
‘Red Lion’)、「千禧之星」(‘Blossom Peacock’) 及「台農1 號」(‘Tainung No.1’) 之鱗莖為材料，
成功建立其組培繁殖方式。並利用添加多效唑 (paclobutrazol; PBZ)、 添 加 蔗 糖 與 活 性 炭 及 研究報告
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液態培養等方式，促進組培鱗莖之生長，然而 在組培苗增殖與鱗莖養成效率上仍有改善空間 (Chen
et al. 2018; Chen et al. 2019)。前人研
究指出，孤挺花組培苗在量化過程中，培植體 容易出現玻璃質化與褐化現象亦有待克服 (De Bruyn 1997; Chen & Wang 2000; Chen et al.2018)。 2001; Şen 2012)。Nomura et al. (1998) 指出，
植物細胞在培養過程係處於氧化逆境狀態，導
2005; Tyburski & Tretyn 2010; Şen 2012; Yan
et al. 2013)。據此推論，施用 GSH 應該有助
於細胞維持於還原狀態，進而降低氧化逆境對 植物造成的傷害。過 去 研 究 指 出， 施 用GSH 可有效降低蝴 蝶蘭 (Phalaenopsis spp.) 組培苗、蘋果 (Malus
pumila) 及開心果 (Pistacia vera) 莖頂培植體
之褐化率，同時促進蝴蝶蘭、蘋果及開心果組 穀胱甘肽還原酵素 (glutathione reductase; GSH-Rx) 還原成 2 個 GSH。因此，本研究中 GSH 處314 台灣農業研究 第69 卷 第 4 期
325.7、651.4 μM GSH 與 0.0、81.4、162.8、325.7 μM GSSG，每 4 週噴施一次，直到第 25 週共 ran-domized design; CRD) 進行試驗。試驗所得資 料 經SAS Enterprise Guide 7.1 套 裝 統 計 分 析 軟體進行變方分析 (analysis of variance; ANO-VA)，若處理間差異顯著 (P < 0.05)，則以最 小顯著差異性測驗 (least significant difference test; LSD test) 比較各處理平均值間之差異。
表1. 穀胱甘肽處理濃度與時間在照光或黑暗條件下對孤挺花「紅獅」組培苗增殖之影響。
Table 1. Effect of glutathione and shaking time on in vitro proliferation of Hippeastrum hybridum ‘Red Lion’ plant-lets under light or dark culture conditionz.
Illumination Shaking culture time
(h) Treatment
(μM)
No. of plantlets per bulb
8 wk 12 wk
Light 1 Control 10.7 ± 0.3 abcy 12.3 ± 0.9 bcd
GSH 32.50 8.7 ± 0.3 d 9.3 ± 0.3 f GSH 65.00 9.7 ± 0.9 cd 11.7 ± 0.3 cde GSSG 16.25 9.3 ± 0.3 cd 11.0 ± 0.2 de GSSG 32.50 12.0 ± 0.6 ab 12.7 ± 0.3 bc 2 Control 10.0 ± 0.6 cd 11.7 ± 0.3 cde
GSH 32.50 10.3 ± 0.3 bcd 11.0 ± 0.6 de GSH 65.00 12.3 ± 0.9 a 14.7 ± 0.8 a GSSG 16.25 9.3 ± 0.7 cd 10.7 ± 0.3 ef GSSG 32.50 12.3 ± 0.3 a 13.7 ± 0.3 ab
Source F-testx
Shaking culture time * **
Treatment *** ***
Shaking culture time × treatment ns **
Dark 1 Control 7.3 ± 0.3 A 7.3 ± 0.3 BC
GSH 32.50 7.3 ± 0.9 A 8.0 ± 0.6 B GSH 65.00 7.3 ± 0.3 A 9.7 ± 0.7 A GSSG 16.25 7.0 ± 0.1 A 8.0 ± 0.1 B GSSG 32.50 7.3 ± 0.3 A 8.0 ± 0.2 B 2 Control 6.7 ± 0.9 A 7.3 ± 0.3 BC
GSH 32.50 6.7 ± 0.7 A 6.7 ± 0.9 BC GSH 65.00 6.0 ± 0.6 A 6.0 ± 0.6 C GSSG 16.25 5.7 ± 0.9 A 6.7 ± 0.2 BC GSSG 32.50 6.7 ± 0.3 A 6.9 ± 0.3 BC
Source F-testx
Shaking culture time * ***
Treatment ns ns
Shaking culture time × treatment ns *
z One-quarter bulb explants were shaking cultured in autoclaved water (control), reduced glutathione (GSH) or oxidized glutathione (GSSG) solution for 1 h or 2 h before inoculated on a MS (Murashige & Skoog 1962) medium containing 3% sucrose, 1.0 mg L-1 6-benzylaminopurine (BA) and 0.1 mg L-1 1-naphthylacetic acid (NAA) under light (38 μmol m-2 s-1) or dark condition for 8 wk and 12 wk of culture.
y Means of plantlets per flask with four 1/4-bulb explants in each column followed by different letters are significantly different at the 5% level by least significant difference (LSD) test.
x F-test of ANOVA. ns: non-significant; *, ** and *** are significant at 5%, 1% and 0.1% levels, respectively.
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示照光處理可形成綠色苗，培植體與培養基褐 化情形並不明顯；而黑暗處理則形成白化苗，
且莖基部之褐化現象較為明顯。
穀胱甘肽於低照度環境下液態振盪培養 對孤挺花「千禧之星」組培苗增殖之影響 本試驗分別在培養4、8 及 12 wk 後進行
調查，培養4 wk 後之結果顯示，以 65.00 μM GSH 處 理 每 個 鱗 莖 可 得 約 6.0 苗， 顯 著 高 於 32.50 μM GSSG 處理組與對照組，但與 32.50 μM GSH 和 16.25 μM GSSG 處理組之間無顯 著 差 異。 在 培 養8 wk 後，65.00 μM GSH 與 16.25 μM GSSG 處 理 組 顯 著 高 於 32.50 μM GSSG 處理組，但是與 32.50 μM GSH 處理組
圖1. 孤挺花「紅獅」1/4 組培鱗莖培植體經不同濃度之穀胱甘肽溶液浸泡後，培養於照光或黑暗環境下之組
培苗增殖與生長情形。將培植體經無菌水 (C)、32.50 μM 或 65.00 μM GSH (A1、A2) 及 16.25 μM 或 32.50 μM GSSG (B1、B2) 浸泡1 h (a) 或2 h (b) 後，接種於含有3%蔗糖、1.0 mg L-1 BA與0.1 mg L-1 NAA之MS固態培養基，
置於照光 (38 μmol m-2 s-1) (L) 或黑暗 (D) 環境下培養 8 wk 後，組培苗之增殖與生長情形。Bar = 1 cm。
Fig. 1. Proliferation and growth of in vitro Hippeastrum hybridum ‘Red Lion’ plantlets. One-quarter bulb was im-mersed in 32.50 μM and 65.00 μM reduced glutathione (GSH) (A1, A2), 16.25 μM and 32.50 μM oxidized glutathi-one (GSSG) (B1, B2) or autoclaved water (C) for 1 h (a) or 2 h (b), before inoculated on a MS (Murashige & Skoog 1962) medium containing 3% sucrose, 1.0 mg L-1 6-benzylaminopurine (BA) and 0.1 mg L-1 1-naphthylacetic acid (NAA) under light (38 μmol m-2 s-1) (L) or dark (D) condition for 8 wk of culture. Bar = 1 cm.
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和對照組之間無顯著差異。而培養12 wk 後，
16.25 μM GSSG 處 理 組 得 約 8.7 苗 為 最 高，
雖與65.00 μM GSH 處理組之間無顯著差異，
但顯著高於其餘穀胱甘肽處理組與對照組 (表 2)。圖 2 為 10 μmol m-2 s-1低照度環境下，組 培苗於不同濃度穀胱甘肽培養液中培養8 wk 後之生長情形，穀胱甘肽處理組與對照組之培 養液皆呈現褐化情形。
穀胱甘肽對溫室栽培孤挺花「紅獅」出 瓶苗生長之影響
本試驗依據出瓶苗鱗莖大小，分為直徑約 12 mm 之大苗與直徑約 8 mm 之小苗兩組試驗 材料，出瓶苗在溫室中生長至第9 週開始噴施 不同濃度之穀胱甘肽溶液，每4 週噴施 1 次至 第25 週，共噴施 5 次，並於停止噴施 7 wk 後 進行調查，結果如表3 所示。就大苗噴施穀胱 甘肽溶液之結果而言，鱗莖直徑係以162.8 μM GSSG 處理組最高，顯著高於 651.4 μM GSH 與81.4 μM GSSG 處理組，但與其餘處理組和 對 照 組 之 間 無 顯 著 差 異； 鱗 莖 直 徑 生 長 指 數 (growth index; GI) 以 162.8 μM GSSG 處理組最 高，顯著高於651.4 μM GSH 與 81.4 μM GSSG 處 理 組， 但 與 其 餘 各 處 理 組 和 對 照 組 之 間 無 顯著差異。鱗莖鮮重以162.8 μM GSSG 處理 組 最 高， 顯 著 高 於651.4 μM GSH、81.4 μM GSSG 與 325.7 μM GSSG 處 理 組， 但 與 其 餘 處理組和對照組之間無顯著差異。葉片鮮重以
162.8 μM GSSG 處理組顯著高於其餘處理組 與對照組，而651.4 μM GSH 處理組顯著低於 對照組，其餘處理組與對照組之間則無顯著差 異。全株鮮重以162.8 μM GSSG 處理組顯著 高於其餘處理組與對照組，而651.4 μM GSH 與81.4 μM GSSG 處理組則顯著低於對照組，
其餘處理組與對照組之間無顯著差異。全株鮮 重生長指數以325.7 μM GSH 最高，顯著大於 81.4 μM GSSG 處理組，而與其餘處理組和對 照組之間無顯著差異 (表 3)。
就 小 苗 噴 施GSH 或 GSSG 溶液之結果而 言，各處理組與對照組之鱗莖直徑約為21.7–
23.7 mm，生長指數則在 1.7–2.0 之間，均無 顯 著 差 異。 鱗 莖 鮮 重 以651.4 μM GSH 處 理 組顯著低於162.8 μM GSH、162.8 μM GSSG 及325.7 μM GSSG 處理組，但與其餘處理組 和對照組之間無顯著差異。葉片鮮重以325.7 μM GSSG 處 理 組 顯 著 高 於 325.7 μM GSH、
651.4 μM GSH 及 81.4 μM GSSG 處理組，但 與其餘處理組和對照組之間無顯著差異。全株 鮮重以162.8 μM 與 325.7 μM GSSG 處理組最 高，與162.8 μM GSH 處理組無顯著差異，但 是顯著高於其餘處理組與對照組。全株鮮重之 生長指數約在15.5–19.4 之間，各處理組與對 照組之間均無顯著差異 (表 3)。
針對穀胱甘肽處理對植株葉片生長而言，
除葉片鮮重已列於表3 外，其他如葉數、葉長 及葉寬在各處理組與對照組之間的差異並不明
表2. 穀胱甘肽於低照光環境下液態振盪培養對孤挺花「千禧之星」組培苗增殖之影響。
Table 2. Effect of glutathione on proliferation of in vitro Hippeastrum hybridum ‘Blossom Peacock’ plantlets in liq-uid medium under lower light (10 μmol m-2 s-1) conditionz.
Treatmenty
No. of plantlets per bulb
4 wk 8 wk 12 wk
Control 4.3 ± 0.3 bx 6.7 ± 0.3 ab 6.7 ± 0.3 bc
GSH 32.50 μM 4.7 ± 0.7 ab 6.7 ± 0.7 ab 7.0 ± 0.6 bc
GSH 65.00 μM 6.0 ± 0.2 a 7.7 ± 0.3 a 8.0 ± 0.6 ab
GSSG 16.25 μM 5.7 ± 0.7 ab 8.0 ± 0.6 a 8.7 ± 0.8 a
GSSG 32.50 μM 4.3 ± 0.3 b 5.7 ± 0.7 b 6.0 ± 0.4 c
z One-quarter bulb (about 7–8 mm diameter) explant was cultured on a MS (Murashige & Skoog 1962) liquid medium containing 3% sucrose, 1.0 mg L-1 6-benzylaminopurine (BA) and 0.1 mg L-1 1-naphthylacetic acid (NAA) with 100 rpm under lower light (10 μmol m-2 s-1) condition for 4, 8 and 12 wk of culture.
y GSH: reduced glutathione; GSSG: oxidized glutathione.
x Means of plantlets per flask with four 1/4-bulb explants in each column followed by different letters are significantly different at the 5% level by least significant difference (LSD) test.
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顯，葉數約4.9–6.2 片，葉長為 42.0–49.3 cm，
葉 寬 約17.4–20.2 mm (資料未列)。圖 3 顯示 出瓶苗經不同濃度穀胱甘肽溶液噴施處理，於 溫室環境生長達32 wk 後，其植株葉片、鱗莖 大小與根系生長之結果。
討論
穀 胱 甘 肽 (glutathione) 是 植 物 細 胞 中 普 遍存在的一種物質，具有調節細胞氧化還原狀 態 的 功 能。 植 物 生 理 和 代 謝 過 程 中，GSH 與 GSSG 含量及兩者比率 (GSH/GSSG ratio) 扮 演重要角色，比值較高即表示GSH 含量較高，
具有較佳抗氧化能力。近年來相當多研究結果 顯示，穀胱甘肽處理可調節植物生長、發育及 耐逆境反應，施用GSH 可維持植物之正常功 能並促進生長，藉以對抗非生物性逆境 (Yeung
et al. 2005; Şen 2012; Yan et al. 2013; Çevik
& Ünyayar 2015)。植物組織培養過程中，初
代或繼代培養之切割操作，抑或培養基的物理 或化學環境，對培植體均會造成氧化逆境 (ox-idative stress)。培植體的氧化還原狀態對於植 物 器 官 形 成、 分 化 及 再 生 均 有 所 影 響， 多 數 芽 體 形 成 需 要 還 原 態 環 境 (reducing environ-ment)，而體胚形成則需要氧化因子 (oxidizing
代或繼代培養之切割操作，抑或培養基的物理 或化學環境，對培植體均會造成氧化逆境 (ox-idative stress)。培植體的氧化還原狀態對於植 物 器 官 形 成、 分 化 及 再 生 均 有 所 影 響， 多 數 芽 體 形 成 需 要 還 原 態 環 境 (reducing environ-ment)，而體胚形成則需要氧化因子 (oxidizing