植物組織培養(yǎng)外植體褐變的研究進展分析

蔣芳

(四川省水產(chǎn)學校 四川成都 611730)

近年來組培技術(shù)在農(nóng)作物栽培、花卉生產(chǎn)幼苗以及脫毒苗當中的應(yīng)用日趨廣泛,使得植物種植日益規(guī)模化以及自動化,避免受自然條件的影響。組織培養(yǎng)方面的理論研究已經(jīng)較為成熟,不過在試驗生產(chǎn)的過程當中往往出現(xiàn)外植體褐變的問題[1]。褐化產(chǎn)物一方面導致外植體以及培養(yǎng)基褐變,另一方面也會抑制外植體的正常生理反應(yīng),從而影響外植體生長,甚至誘發(fā)外植體的死亡。因此加強外植體褐變方面的研究有著重要作用。

1 植物組織培養(yǎng)外植體褐變的影響因素

1.1 外植體材料

一方面是生理狀態(tài)的影響。材料自身生理狀態(tài)的不同,在接種后的褐變程度往往也有所區(qū)別,原因推測是不同生理狀態(tài)材料,其中酚類物質(zhì)含量以及PPO的活性各不相同,褐變則隨母株的年齡以及組織的木質(zhì)化程度而呈現(xiàn)出上升的趨勢。有學者使用桑樹基部幼芽作為外植體,比桑樹上部的枝條壯芽外植體褐化程度輕并且褐化率低[2]。另一方面是取材部位以及時期的影響。研究人員通過對葡萄進行研究,發(fā)現(xiàn)側(cè)生蔓切取莖尖要比延長蔓更加容易成活,分析發(fā)現(xiàn)前者的酚類物質(zhì)含量要比后者低。使用蘋果進行研究結(jié)果表明頂芽要比側(cè)芽更加容易成活,并且褐變的程度也更輕。

1.2 培養(yǎng)條件

研究人員發(fā)現(xiàn)卡特蘭在10～20℃的時候褐變程度要比超過20℃的時候輕。蘋果等植物莖尖的外植體加以遮光處理之后,其褐變的程度顯著降低,同時取自然光照條件下的植株枝條,在接種后則容易出現(xiàn)褐變問題。推測其中的原因可能是酚類物質(zhì)合成醌類物質(zhì)時候需要光誘導酶。

1.3 培養(yǎng)基

培養(yǎng)基的成分過高導致無機鹽的濃度上升,可以誘發(fā)柚棕出現(xiàn)褐變。同時培養(yǎng)基的pH值變化能夠?qū)е路宇愐约胺友趸傅慕Y(jié)合部位發(fā)生改變。實驗顯示,石井的培養(yǎng)基pH在3.0～4.0的時候,外植體排出較多的褐化物,而pH為5.0的時候排出的褐化物顯著減少。除此之外,培養(yǎng)基的狀態(tài)對褐化也有相應(yīng)的影響。通常情況下,液體培養(yǎng)的時候外植體的毒害物質(zhì)能夠很快擴散,這樣一來對外植體的影響就比較輕微。

2 植物組織培養(yǎng)外植體褐變的預防措施

2.1 擇合適的外植體

生長狀態(tài)旺盛的那些外植體,分生能力也比較強,褐變程度也就比較低,因此是組培的首選。有學者人為避陰處外植體要比全光下外植體的褐變率更低,腋生枝的頂芽要比其它部位頂芽的褐變率低。在容易發(fā)生褐變植物的組培過程當中,需要格外注意篩選不同品系的基因型,從而使用那些褐變程度比較低的材料加以培養(yǎng)。

2.2 培養(yǎng)基當中添加吸附劑或者還原性物質(zhì)

培養(yǎng)基當中添加檸檬酸、抗壞血酸以及二硫蘇糖醇等類型的抗氧化劑都能夠同氧化產(chǎn)物醌之間發(fā)生作用,從而重新還原成為酚。不過作用的過程都是消耗性的,因此在具體應(yīng)用的時候需要注意添加的量,不過抗壞血酸對外植體沒有毒副作用,所以在生產(chǎn)應(yīng)用的過程當中可以不受限制。除此之外,活性炭能夠吸附培養(yǎng)基當中的部分有害物質(zhì),例如瓊脂當中的雜質(zhì)、培養(yǎng)過程當中分泌的酚以及醌類物質(zhì)還有蔗糖高壓消毒過程中出現(xiàn)的5-羥甲基糠醛,這樣就為我培養(yǎng)物發(fā)育提供良好的環(huán)境。

2.3 預處理培養(yǎng)材料

研究人員在苦丁茶的組織培養(yǎng)之前,將苦丁茶的莖段常規(guī)浸泡20min消毒,同時在培養(yǎng)基當中加入2g／L活性炭,從而獲得比較理想的防褐效果。此外還可以使用抗氧化劑來加以預處理,或者抗氧化劑溶液當中進行外植體的切割與剝離,接種前使用無菌水仔細清洗外植體,并且洗盡切口處的酚類物質(zhì),都能夠起到降低褐變發(fā)生率的效果。除此之外,通過選擇理想的培養(yǎng)條件,在培養(yǎng)的過程當中設(shè)置合理的蔗糖濃度、無機鹽成分、激素水平還有pH值,都能夠有效預防外植體的褐變。

2.4 其他措施

對容易褐變的材料而言,培養(yǎng)的初期連續(xù)轉(zhuǎn)移能夠減輕因為醌類物質(zhì)積累產(chǎn)生的毒害作用。NaCl可以用來抑制多酚氧化酶的活性,同時還可以增加細胞體積,對人體無毒并且價格低廉,是理想的防褐劑。在培養(yǎng)基當中還能夠加入蜂王漿,一方面促進組織的生長增殖,另一方面還可以發(fā)揮一定程度的防褐作用。此外有研究人員在培養(yǎng)荔枝細胞的過程當中加入AgNO3,能夠部分抑制PPO的活性從而預防細胞的褐變。

3 總結(jié)

綜上所述,植物組織培養(yǎng)過程當中的褐變問題研究已經(jīng)歷幾十年,并且積累大量研究資料,但是還未能確切闡述植物組織培養(yǎng)褐變過程。所以進一步深入研究相關(guān)機制無論對理論角度認識植物組織褐變還是從實踐角度找到預防褐變發(fā)生的措施,從而解決組培生產(chǎn)當中的褐變問題,都有著非常重要的意義。

[1]王慧.香梨果實的褐變與多酚氧化酶及酚類物質(zhì)區(qū)域化分布關(guān)系[J].干旱區(qū)研究,2014,12(2):127-129.

[2]丁雙陽,胡小松.馬鈴薯絲加工的褐變因素及其控制[J]．遼寧農(nóng)業(yè)大學學報,2014,15(6):233-235.