植物愈傷組織培養(yǎng)的影響因子

王東艷

【摘 要】愈傷組織細胞分裂快、結構疏松、具有快速的增殖能力等特點，已成為植物快繁的新手段，最常用的植物組織培養(yǎng)形式。本文主要對愈傷的特點以及影響植物愈傷組織形成的條件內源激素和外源激素、光照條件、溫度條件、培養(yǎng)基的成分等進行簡要的概述。

【關鍵詞】愈傷組織；組織特點；影響條件

愈傷組織是指外植體在離體培養(yǎng)條件下形成的一團無極性、能旺盛分裂的薄壁細胞團，在培養(yǎng)過程中經過誘導分化可以發(fā)育成完整的再生植株。愈傷組織培養(yǎng)已成為一種最常用的植物組織培養(yǎng)形式，其不僅是一種植物快繁的新手段，同時也是植物改良，種質保存和有用化合物生產的理想途徑，在生產實踐中得到廣泛應用。因此，不斷深入研究影響植物愈傷組織形成和誘導的因素，不僅可以促進植物組織培養(yǎng)技術進一步發(fā)展和完善，而且可以為實踐應用提供理論基礎。

1 愈傷組織特點

植物的愈傷組織一般具備以下3種特點：首先，具有高度再分化和長期繼代保存的能力，以便能夠獲得再生的植株。其次，可輕易破碎，以便形成良好的植物組織的懸浮系， 而且可以分離出所需要的原生質體。再次，具有快速的增殖能力，因此容易形成豐富的愈傷組織系。基于植物愈傷組織具有的以上特征，植物可通過愈傷組織進行多種多樣的遺傳操作和分析及其對瀕危藥用植物資源、植物遺傳轉化等方面發(fā)揮重要的作用[1-2]。

2 影響愈傷組織的條件

植物愈傷組織的形成受多種條件的影響，例如植物的內源激素和外源激素、光照條件、溫度條件、培養(yǎng)基的成分等均可以影響植物愈傷組織的形成。

2.1 激素對植物愈傷組織的影響

20世紀初期溫特發(fā)現了首個內源激素即生長素，開辟了植物體中內源激素的探索道路。隨著實驗的進行發(fā)現的植物內源激素越來越多，其作用越來越受人們的關注。植物內源激素是指由植物自身代謝產生，可以自由移動到作用部分起功能的一類微量有機物質，在極低濃度下就有明顯生理效應，也被稱為植物天然激素或植物激素[3-4]。雖然植物體中內源激素的含量很低， 但它們與植物生長發(fā)育密切相關， 影響植物生命活動的整個過程。植物激素是愈傷組織誘導過程中的重要影響因子， 能夠誘導細胞分裂的啟動、愈傷組織的形成和生長.這些植物內源激素在細胞分裂與伸長、組織與器官分化、開花與結果、成熟與衰老、休眠與萌發(fā)以及離體組織培養(yǎng)過程中，相互協調地調控植物的生長、發(fā)育與分化[5-6]。在植物愈傷組織培養(yǎng)中， 外源激素對它的影響主要是把信號傳給內源激素調控遺傳物質的脫分化、再分化等作用， 因此外源激素的作用效果與愈傷組織本身內源激素的種類和水平有密切關系，外源激素必須通過內源激素才能發(fā)揮其作用[7]。例如，低濃度的2.4-D 的NB培養(yǎng)基能誘導產生秈稻的愈傷組織，但是愈傷組織比較松軟， 呈黏液化和泡狀， 一般不易分化， 且再生頻率很低。只有將各種外源激素合理使用， 才能適應外植體對激素的特定要求， 充分發(fā)揮激素的調節(jié)作用， 誘導愈傷組織的產生并達到分化[8-9]。植物愈傷組織的培養(yǎng)離不開植物組織培養(yǎng)。植物組織培養(yǎng)是在含有營養(yǎng)物質及植物生長物質的培養(yǎng)液中，培養(yǎng)離體植物組織（器官或細胞）并誘導使其長成完整植株的技術。在組織培養(yǎng)中， 通過器官發(fā)生途徑產生再生植株的基本方式一般有3 種：（1）先分化芽， 芽伸長后在其幼莖基部長根， 形成完整的小植株. 這種方式在木本植物培養(yǎng)中較為普遍。（2）先分化根， 再在根上產生不定芽而形成完整植株。（3）在愈傷組織的不同部位分別形成芽和根， 然后二者的維管組織互相連接， 成為有軸狀結構的小植株。在培養(yǎng)基中如果存在腺嘌呤或激動素， 就會促進芽的分化和發(fā)育，激動素的效力比腺嘌呤大幾萬倍.在結合使用IAA（ 或NAA） 和BA（ 或KT） 時，IAA（ 或NAA） 的相對濃度較高， 則有利于細胞的增殖和根的分化， 若BA（ 或KT） 的相對濃度較高， 則促進芽的分化，如果比例適中時， 則仍產生無分化的愈傷組織[11]。

2.2 基因對植物愈傷組織的影響

植物愈傷組織器官的發(fā)生主要是相應基因表達和相應蛋白的合成過程。植物愈傷組織在植物激素和其他生長條件的影響下，可通過各種信號傳遞系統調節(jié)器官發(fā)生有關的基因的活性、啟動器官發(fā)生有關基因的表達、產生相應的蛋白，進而在促進愈傷組織的形成中發(fā)揮重要的作用[10]。愈傷組織中表達蛋白的多少可反映其組織化和分化的程度， 表達的蛋白少， 表明該愈傷組織的分化或組織化程度低， 具有較強的分生能力或器官發(fā)生能力[12]，例如，在大麥愈傷組織形成時被檢測出約30個特異性表達的蛋白[13]。

2.3 培養(yǎng)基對植物愈傷組織的影響

植物愈傷組織的形成主要的介質為培養(yǎng)基，也是愈傷組織成功的必要條件，目前植物愈傷組織的培養(yǎng)基主要分為MS、H、B5、N6、White等5類培養(yǎng)基， 每種培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分、鹽濃度不同。不同的植物愈傷組織培養(yǎng)基也有所不同。研究發(fā)現，豆科類愈傷組織一般使用MS培養(yǎng)基生長較好[14]，而在N6培養(yǎng)基中的生長受到明顯的抑制。pH值與多種培養(yǎng)基的凝固相關聯，pH直接反應了培養(yǎng)基的酸堿度，同時也直接或間接的影響植物愈傷組織對營養(yǎng)元素的吸收，所以要精確控制植物愈傷組織培養(yǎng)基的pH值。培養(yǎng)基的pH值根據不同的培養(yǎng)材料有所不同，一方面，適當降低培養(yǎng)基pH 值可以降低多酚氧化酶的活性和底物利用率， pH越接近6.0越有利于愈傷組織的形成。另一方面，有些植物材料愈傷組織培養(yǎng)基要求的pH與正常相比較高一些，基本呈現出中性的狀態(tài)[15]。除了pH值的影響外，碳源也是影響植物愈傷組織形成的重要因素之一。植物愈傷組織的培養(yǎng)基不能缺少碳源，碳源能夠給外植體提供能量， 而且具有調節(jié)滲透平衡的作用.絕大多數的培養(yǎng)基都用蔗糖作為主要的碳源，能夠保證絕大多數植物離體培養(yǎng)物的正常生長， 蔗糖一直被作為植物組織培養(yǎng)標準的碳源得到廣泛應用.許多研究表明， 另外與pH值的影響類似，不同植物對不同糖類的反應也是不完全相同[16]。

2.4 光照對植物愈傷組織的影響

光照條件時影響植物愈傷組織形成的一個重要的影響因子。光照和黑暗培養(yǎng)條件對植物愈傷組織的影響表現的截然不同， 研究發(fā)現，光照條件下， 長春花組織培養(yǎng)細胞生長速度較快，導致這種現象的原因主要在于光照在誘導分化時可激活某些酶的活性和光誘導的葉綠體或葉綠體代謝產物。同樣也有研究報道顯示黑暗對愈傷組織的生長是有利的。多數植物細胞在光照和黑暗培養(yǎng)條件下合成的次生代謝物的含量有較大的差別，影響著植物愈傷組織培養(yǎng)時次生代謝產物的積累。

2.5 溫度對植物愈傷組織的影響

植物愈傷組織誘導和次生代謝物形成很大程度上受溫度的影響，植物愈傷組織的培養(yǎng)適宜生長的溫度范圍一般為15 ～ 32℃，不同植物的愈傷組織的最適溫度有所不同，例如，擬南芥最適培養(yǎng)溫度一般為23℃，而矮牽牛最適培養(yǎng)溫度一般為25℃。但是次生代謝物形成的最適溫度往往與形成愈傷組織的最適溫度不同[17]。

上述的討論表明， 內源激素和外源激素、光照條件、溫度條件、培養(yǎng)基的成分是影響植物愈傷組織誘導和分化的幾種重要的因素。 盡管其作用特點已知， 但由于植物物種的差異， 植物內源激素和外源激素以及培養(yǎng)基種類的選擇和使用量，光照條件和溫度條件的選擇成為探討高效率進行植物愈傷組織誘導和分化的關鍵所在。植物內源激素對植物的生長和代謝有重要作用，但在植物體內的含量極低且性質不穩(wěn)定，因此對植物內源激素進行準確的定量分析是一項艱巨而意義重大的任務。目前愈傷組織培養(yǎng)激素的添加有多種組合方式使植物愈傷組織的培養(yǎng)呈現出更加多樣化的形式，在培養(yǎng)基中添加多種激素的例子越來越多， 有關愈傷組織培養(yǎng)中激素影響方面的研究趨于細致化。由于不同種植物愈傷組織的誘導溫度和光照時間有所不同，選擇適宜的光照和溫度也成為愈傷組織培養(yǎng)能否成功的關鍵所在，同時對愈傷組織培養(yǎng)具有重要的指導意義。近幾年隨著分子生物學技術的迅速發(fā)展，利用分子生物學技術研究植物組織培養(yǎng)技術已經成為現在的研究熱點內容之一。通過構建相應的植物激素相關基因的突變體調控激素相關基因的表達產物數量便于研究植物愈傷組織誘導和分化與激素相關基因調控的關系。而應用同位素標記技術可以對激素的作用位點進行精確定位， 從而實現對組織培養(yǎng)過程的每個發(fā)育細節(jié)微觀上的診斷， 達到有效選擇激素種類、靈活改變繼代周期的目的， 也必將促使組織培養(yǎng)技術更為完善。

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[責任編輯：薛俊歌]