活性炭在植物組織培養(yǎng)中的應(yīng)用

張愛(ài)萍

目前，活性炭已被廣泛應(yīng)用于植物組織培養(yǎng)中，在許多試驗(yàn)中效果良好，這已有不少報(bào)道，但有關(guān)活性炭作用機(jī)理的研究很少，對(duì)于某種植物的培養(yǎng)，加不加活性炭，以及加多少，仍處于摸索和積累經(jīng)驗(yàn)的階段。一般認(rèn)為活性炭通過(guò)吸附而發(fā)生作用，它可以吸附培養(yǎng)基中的有害物質(zhì)，包括瓊脂中所含的雜質(zhì)，外植體在培養(yǎng)過(guò)程中分泌的酚、醌類等對(duì)外植體自身有害的物質(zhì)以及蔗糖在高壓滅菌時(shí)產(chǎn)生的5－羥甲基糠醛。但活性炭同時(shí)又能吸附生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)，維生素B6、葉酸和煙酸等有益物質(zhì)。因此，必須考慮活性炭的用量。

培養(yǎng)物對(duì)培養(yǎng)基中的添加物，尤其是植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的種類和濃度非常敏感，但關(guān)于活性炭吸附何種物質(zhì)和吸附能力尚缺乏直接和確切的證據(jù)。有報(bào)道說(shuō)IAA和2ip與活性炭結(jié)合得非?？?，NAA、KT、BA也能同活性炭結(jié)合，有關(guān)活性炭吸附能力的研究報(bào)告，僅檢索到1988年卜學(xué)賢、陳維倫發(fā)表在《植物生理學(xué)報(bào)》上的《活性炭對(duì)培養(yǎng)基中生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的吸附作用》一篇。該論文中說(shuō)，在pH3.5～6.5范圍內(nèi)，活性炭吸附BA的能力無(wú)明顯變化。隨著活性炭顆粒的增大，活性炭吸附能力急劇下降，每毫克直徑小于0.13mm的分析純粉狀活性炭大約能吸附100ug左右的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)。這說(shuō)明只需極少量的活性炭就可以完全吸附培養(yǎng)基里常用濃度的。從菊花、雙色磯松、矮牽牛的組培試驗(yàn)可以看出，同時(shí)加有0.5％活性炭和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的培養(yǎng)基與只加有活性炭的培養(yǎng)基相似，完全不表現(xiàn)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的作用。

在組織培養(yǎng)中活性炭主要用于以下幾個(gè)方面：

一、促進(jìn)芽的增殖、莖和苗的生長(zhǎng)

在莖尖培養(yǎng)和莖段培養(yǎng)時(shí)，為防止褐變和有害物質(zhì)的積累，常在培養(yǎng)基中加入適量活性炭，湯浩等研究表明，果蔗莖尖培養(yǎng)時(shí)培養(yǎng)基中加入0.05％的活性炭對(duì)防止培養(yǎng)基褐變有良好的效果，有利芽的誘導(dǎo)和增殖。在防止褐變方面，王敬駒等研究表明，活性炭的防褐效果憂于Vc和半胱氨酸。黃霞等在香蕉莖尖培養(yǎng)時(shí)也發(fā)現(xiàn)，活性炭可改善外植體褐變情況，而Vc不僅不能改善外植體褐變情況，反而使其褐化程度加深。但當(dāng)vc與活性炭配合使用時(shí)，其合適的濃度組合卻比只使用相同濃度的活性炭時(shí)更能改善外植體褐變情況，其中機(jī)理尚不清楚，有待進(jìn)一步研究。

在庫(kù)拉索蘆薈芽增殖培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，將消毒嫩莖接種于附加不同糖、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和活性炭的培養(yǎng)基，當(dāng)活性炭為0.3％時(shí)，平均增殖芽30個(gè)；當(dāng)活性炭為0.5％時(shí)，平均增殖芽41個(gè)?；钚蕴繉?duì)葡萄試管苗的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，不僅表現(xiàn)在株高和葉片數(shù)上，而且其植株也比對(duì)照生長(zhǎng)健壯、葉色深綠，唐菖蒲培養(yǎng)中，在成苗培養(yǎng)基上添加0.2～1.0％的活性炭，對(duì)提高成苗率和提高大苗的百分比有著顯著的效果，且在此范圍內(nèi)活性炭的用量與其促進(jìn)效果成正相關(guān)?；钚蕴窟€可促進(jìn)中國(guó)水仙、百合，大花蕙蘭小球莖，馬鈴薯微型薯的形成，加快繁殖速度。但邢世巖等(1989)認(rèn)為活性炭對(duì)苦楝和臭椿的叢生芽及嫩莖的誘導(dǎo)有抑制作用。

韓文璞等(2001)在甜櫻桃組織培養(yǎng)培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)甜櫻桃組織培養(yǎng)時(shí)，在培養(yǎng)基中加入250mg/L的活性炭，生長(zhǎng)表現(xiàn)最好，試管苗增殖5.1倍，苗高4.5cm；活性炭為500mg/L時(shí)，增殖4.3倍，苗高3.6cm；當(dāng)活性炭濃度增至750～1000mg/L時(shí)，增殖效果明顯下降并受到抑制?？梢?jiàn)在適宜的濃度范圍內(nèi)，活性炭對(duì)試管苗的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，而高濃度時(shí)，則起抑制作用。

二、用于生根培養(yǎng)基

活性炭最廣泛的應(yīng)用是用于培養(yǎng)物的生根。一般認(rèn)為活性炭創(chuàng)造的黑暗環(huán)境有利于根的誘導(dǎo)和根系的生長(zhǎng)。在甜櫻桃組織培養(yǎng)中，添加500～1000mg/L活性炭生根率為95.7％～100％，添加2000～4000mg/L活性炭時(shí)，生根率大幅度下降，莖的木質(zhì)化程度也隨濃度的增加而增加。不加活性炭的試管苗根系愈傷化加重，根的組織疏松并褐化，需降低生長(zhǎng)素濃度。加入活性炭培養(yǎng)的生根苗移栽成活率均高于對(duì)照，且隨濃度的增加(1000～4000mg/L)成活率由92.6％提高到100％，移栽后6天即產(chǎn)生次生根，莖葉開(kāi)始生長(zhǎng)，而對(duì)照的生根苗成活率僅46.3％。但王喬春(1991)在梨生根培養(yǎng)基中加入活性炭不僅不能促進(jìn)生根，反而顯著的抑制生根，主要原因可能是活性炭吸附了培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)素。

劉用生等(1997)在蘋果試管苗生根中發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)基中僅含0.5mg/LNAA時(shí)，新稍基部產(chǎn)生愈傷組織，設(shè)有生根；在0.05％活性炭存在條件下，0.5mg/L和3mg/LNAA均未能表現(xiàn)作用，與僅含 0.05％活性炭處理相似，附加5.5mg/LNAA能表現(xiàn)一定作用，8mg/LNAA效果較佳。這表明活性炭吸附生長(zhǎng)素，但生長(zhǎng)素濃度大時(shí)，被吸附后還有一定剩余，與活性炭同時(shí)發(fā)揮作用。甜柿試管苗生根困難，添加活性炭有利于其生根，且根健壯，移栽易成活，這可能與活性炭能夠提供暗環(huán)境和對(duì)培養(yǎng)基中的代謝有害物質(zhì)的吸收的雙重效應(yīng)有關(guān)。另外在葡萄試管苗生根中，添加活性炭根生長(zhǎng)加快，而且質(zhì)地柔韌不易折斷，對(duì)照的根雖然稍多些，但粗短質(zhì)脆。

三、用于胚培養(yǎng)，促進(jìn)成苗

在許多植物的胚培養(yǎng)時(shí)，也用到了活性炭，甜柿含酚類物質(zhì)較多，組培時(shí)褐變嚴(yán)重，從而增加了胚培養(yǎng)的難度，需添加抗氧化劑，艾鵬飛(2002)等研究發(fā)現(xiàn)，活性炭抗褐化效果比檸檬酸、聚乙烯吡咯烷酮效果都好，Cain等在培養(yǎng)葡萄胚珠時(shí)也發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)基中加入0.1％活性炭可減輕組織變褐和培養(yǎng)基變色，并產(chǎn)生較少愈傷組織，而不加恬性炭則組織變褐，并因產(chǎn)生愈傷組織過(guò)多而最終死亡，朱際君等(1983)在培養(yǎng)基中加入活性炭能促進(jìn)早熟桃萌發(fā)成正常苗，且促進(jìn)根系生長(zhǎng)，幼苗健壯，提高了試管苗的質(zhì)量。

核果類果樹(shù)的一些品種，特別是早熟品種的胚往發(fā)育不全，在胚培過(guò)程中，一般需經(jīng)過(guò)2-3個(gè)月的低溫處理(1～40℃)，才能打破休眠。近年來(lái)一些研究表明，在培養(yǎng)基中加入GA或BA可代替低溫打破休眠。早熟杏胚培養(yǎng)中，活性炭存在情況下，打破休眠所需BA的濃度大幅度提高。在培養(yǎng)基中活性炭為0.02％時(shí)，10mg/LBA和5mg/LIAA配合效果最好，成苗率達(dá)到83.3％，與對(duì)照相比，幼苗健壯，根系發(fā)達(dá)，在培養(yǎng)基中活性炭為0.05％時(shí)，上述激素組合，成苗率僅為25％，與20mg/LBA和5mg/LIAA配合成苗率達(dá)50％，苗高與0.02％活性炭與10mg/LBA和5mg/LIAA組合無(wú)顯著差異，但根長(zhǎng)顯著高于后者。劉用生等發(fā)現(xiàn)，無(wú)活性炭時(shí)僅需0.5mg/LBA即可有效打破杏和蘋果胚的休眠，而在加有200mg/L活性炭的桃幼胚培養(yǎng)基中則需要10mg/L的BA才能打破休眠。

四、用于花藥培養(yǎng)

花藥培養(yǎng)的主要目的是誘導(dǎo)花粉發(fā)育成單倍體，可以快速地獲得純系，縮短育種周期。但實(shí)踐表明，小孢子的啟動(dòng)發(fā)育對(duì)藥壁組織有相當(dāng)大的依賴關(guān)系。目前對(duì)小孢子啟動(dòng)和進(jìn)一步發(fā)育的機(jī)理和條件了解不多，花粉培養(yǎng)難度較大，活性炭用于花藥培養(yǎng)是Nakamura等首先提出的。目前，已經(jīng)在油菜、馬鈴薯、煙草、玉米、黑麥、小黑麥、龍眼、辣椒、甜椒和水稻的花藥培養(yǎng)中得到應(yīng)用。

季彪俊等(1998)研究發(fā)現(xiàn)，活性炭對(duì)于水稻花藥培養(yǎng)一次成苗的誘導(dǎo)率、分化率和綠苗率有明顯的抑制作用，可能由于活性炭的吸附作用，小孢子的發(fā)育條件得不到滿足。但對(duì)多級(jí)成苗的生根壯苗有顯著的促進(jìn)作用，可能由于外殖體對(duì)培養(yǎng)基的要求降低，隨代謝增強(qiáng)，不斷向培養(yǎng)基中分泌有毒物質(zhì)，活性炭通過(guò)吸附培養(yǎng)基中的有毒物質(zhì)而促進(jìn)外殖體的生長(zhǎng)。朱海山(1996)發(fā)現(xiàn)在玉米花藥培養(yǎng)中所有加活性炭的處理的胚狀體分化和綠色小植株產(chǎn)生的百分率均高于未加活性炭的對(duì)照。高睦槍等(2001)發(fā)現(xiàn)活性炭(0.5g/L)加入玉米花藥培養(yǎng)基中能顯著地提高胚誘導(dǎo)效率。海熱古力(2001)的玉米花藥培養(yǎng)試驗(yàn)也證明活性炭有利于玉米花藥培養(yǎng)。

綜上所述，活性炭主要應(yīng)用于以上四方面，四方面的應(yīng)用中部有積極作用，活性炭對(duì)生長(zhǎng)的影響包括兩個(gè)方面，一是對(duì)根莖生長(zhǎng)的直接作用，其機(jī)理尚不清賒，二是通過(guò)間接的吸附作用改變培養(yǎng)基中生長(zhǎng)調(diào)節(jié)的有效濃度。在一定濃度范圍內(nèi)，活性炭可發(fā)揮其吸附特性的正效應(yīng)，即吸附對(duì)外植體分化發(fā)育有害的物質(zhì)；當(dāng)濃度繼續(xù)增加則出現(xiàn)負(fù)效應(yīng)，即吸附對(duì)外植體分化發(fā)育有益的物質(zhì)，不同培養(yǎng)物對(duì)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物的要求是不同的，因此，對(duì)不同培養(yǎng)物不同階段的培養(yǎng)，要做具體試驗(yàn)來(lái)確定其用量。