植物激素調(diào)節(jié)形態(tài)發(fā)生研究中細(xì)胞薄層培養(yǎng)的應(yīng)用

周旖

【摘 要】所有的生命系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境之中，在不斷變化的環(huán)境條件下。主要依靠自我調(diào)節(jié)機(jī)制維持其穩(wěn)態(tài)，適應(yīng)多變的環(huán)境。植物的生命活動(dòng)受到多種因素的調(diào)節(jié)，其中最重要的是植物激素的化學(xué)調(diào)節(jié)，細(xì)胞薄層培養(yǎng)是指對(duì)植物外植體中的薄壁組織，例如：葉脈、葉柄、莖上撕下表皮等薄壁組織塊，放入培養(yǎng)培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)的過(guò)程。本文主要探究的就是植物激素調(diào)節(jié)形態(tài)發(fā)生研究中薄層培養(yǎng)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】細(xì)胞薄層培養(yǎng) 植物激素 形態(tài)

現(xiàn)如今，對(duì)于植物激素調(diào)節(jié)形態(tài)發(fā)生的研究主要采用細(xì)胞薄層培養(yǎng)系統(tǒng)的研究方法。利用細(xì)胞薄層培養(yǎng)系統(tǒng)研究的工作非常多，它在植物細(xì)胞分裂和分化，植物生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控機(jī)制和分子機(jī)制研究方面都取得了重要進(jìn)展。由于細(xì)胞薄層培養(yǎng)外植體的內(nèi)容激素水平低，對(duì)外源激素敏感，因此在不同類(lèi)型和濃度的外源激素下存在多種形態(tài)發(fā)生形式。

一、植物激素調(diào)節(jié)

組織培養(yǎng)、原生質(zhì)體培養(yǎng)、無(wú)性系變異、遺傳轉(zhuǎn)化和突變篩選的基礎(chǔ)是離體形態(tài)。 許多研究表明，植物激素在影響形態(tài)發(fā)生的許多因素中起著重要作用。 雖然各種植物激素的生理作用有專(zhuān)一性，但植物的各種生理效應(yīng)（包括形態(tài)發(fā)生）是不同激素之間相互作用的綜合表現(xiàn)。

1.植物激素的概念

植物激素是微量的有機(jī)分子，對(duì)植物的生長(zhǎng)、發(fā)育、衰老、休眠、抗逆性具有極其重要的作用。傳統(tǒng)的植物激素有生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素、赤霉素、脫落酸、乙烯，新公認(rèn)的包括油菜素甾醇，還有獨(dú)腳金甾醇、水楊酸、茉莉酸等等。

第一，生長(zhǎng)激素。

（1）達(dá)爾文試驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

①單側(cè)光照射，胚芽鞘彎向光源生長(zhǎng)——向光性；

②切去胚芽鞘尖端，胚芽鞘不生長(zhǎng)；

③不透光的錫箔小帽套在胚芽鞘尖端，胚芽鞘直立生長(zhǎng)；

④不透光的錫箔小帽套在胚芽鞘下端，胚芽鞘彎向光源生長(zhǎng)

（2） 溫特的試驗(yàn)：

試驗(yàn)過(guò)程：

接觸胚芽鞘尖端的瓊脂塊放在切去尖端的胚芽鞘一側(cè)，胚芽鞘向?qū)?cè)彎曲生長(zhǎng)。

未接觸胚芽鞘尖端的瓊脂塊放在切去尖端的胚芽鞘一側(cè)，胚芽鞘不生長(zhǎng)

（3） 郭葛的試驗(yàn)：

分離出該促進(jìn)植物生長(zhǎng)的物質(zhì)，確定是吲哚乙酸，命名為生長(zhǎng)素

第二，生長(zhǎng)素的生理作用。

生長(zhǎng)素對(duì)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)作用具有兩重性，一般，低濃度促進(jìn)植物生長(zhǎng)，高濃度抑制植物生長(zhǎng)（濃度的高低以各器官的最適生長(zhǎng)素濃度為標(biāo)準(zhǔn)）。

生長(zhǎng)素對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)和抑制作用與生長(zhǎng)素的濃度、植物器官的種類(lèi)、細(xì)胞的年齡有關(guān)。

頂端優(yōu)勢(shì)是頂芽?jī)?yōu)先生長(zhǎng)而側(cè)芽受到抑制的現(xiàn)象。原因是頂芽產(chǎn)生的生長(zhǎng)素向下運(yùn)輸，使近頂端的側(cè)芽部位生長(zhǎng)素濃度較高，從而抑制了該部位側(cè)芽的生長(zhǎng)。

2.植物激素調(diào)節(jié)的特點(diǎn)

第一，向性運(yùn)動(dòng)：是植物體受到單一方向的外界刺激（如光、重力等）而引起的定向運(yùn)動(dòng)。

第二，感性運(yùn)動(dòng)：由沒(méi)有一定方向性的外界刺激（如光暗轉(zhuǎn)變、觸摸等）而引起的局部運(yùn)動(dòng)，外界刺激的方向與感性運(yùn)動(dòng)的方向無(wú)關(guān)。

第三，激素的特點(diǎn)：一是量微而生理作用顯著；二是其作用緩慢而持久。激素包括植物激素和動(dòng)物激素。植物激素：植物體內(nèi)合成的、從產(chǎn)生部位運(yùn)到作用部位，并對(duì)植物體的生命活動(dòng)產(chǎn)生顯著調(diào)節(jié)作用的微量有機(jī)物；動(dòng)物激素：存在動(dòng)物體內(nèi)，產(chǎn)生和分泌激素的器官稱為內(nèi)分泌腺，內(nèi)分泌腺為無(wú)管腺，動(dòng)物激素是由循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)體液傳遞至各細(xì)胞，并產(chǎn)生生理效應(yīng)的。

第四，胚芽鞘：?jiǎn)巫尤~植物胚芽外的錐形套狀物。胚芽鞘為胚體的第一片葉，有保護(hù)胚芽中更幼小的葉和生長(zhǎng)錐的作用。胚芽鞘分為胚芽鞘的尖端和胚芽鞘的下部，胚芽鞘的尖端是產(chǎn)生生長(zhǎng)素和感受單側(cè)光刺激的部位和胚芽鞘的下部，胚芽鞘下面的部分是發(fā)生彎曲的部位。

第五，瓊脂：能攜帶和傳送生長(zhǎng)素的作用；云母片是生長(zhǎng)素不能穿過(guò)的。

第六，生長(zhǎng)素的橫向運(yùn)輸：發(fā)生在胚芽鞘的尖端，單側(cè)光刺激胚芽鞘的尖端，會(huì)使生長(zhǎng)素在胚芽鞘的尖端發(fā)生從向光一側(cè)向背光一側(cè)的運(yùn)輸，從而使生長(zhǎng)素在胚芽鞘的尖端背光一側(cè)生長(zhǎng)素分布多。

第七，生長(zhǎng)素的豎直向下運(yùn)輸：生長(zhǎng)素從胚芽鞘的尖端豎直向胚芽鞘下面的部分的運(yùn)輸。

第八，生長(zhǎng)素對(duì)植物生長(zhǎng)影響的兩重性：這與生長(zhǎng)素的濃度高低和植物器官的種類(lèi)等有關(guān)。一般說(shuō)，低濃度范圍內(nèi)促進(jìn)生長(zhǎng)，高濃度范圍內(nèi)抑制生長(zhǎng)。

第九，頂端優(yōu)勢(shì)：植物的頂芽?jī)?yōu)先生長(zhǎng)而側(cè)芽受到抑制的現(xiàn)象。由于頂芽產(chǎn)生的生長(zhǎng)素向下運(yùn)輸，大量地積累在側(cè)芽部位，使這里的生長(zhǎng)素濃度過(guò)高，從而使側(cè)芽的生長(zhǎng)受到抑制的緣故。解出方法為：摘掉頂芽。頂端優(yōu)勢(shì)的原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用的實(shí)例是棉花摘心。

二、細(xì)胞薄層培養(yǎng)在形態(tài)發(fā)生中的應(yīng)用

1.利用TCL培養(yǎng)直接獲得器官分化

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已有十幾種類(lèi)別的植物進(jìn)行了薄層培養(yǎng)。例如：煙草屬、海棠屬、蕓苔屬、鳶尾屬、甜菜屬、田菁屬、芭蕉屬（Musa）大麥屬、 藍(lán)豬耳屬、長(zhǎng)春花屬、茄屬（Solanum） 兵豆屬、菊苣屬、四棱豆屬、蠶豆屬、 黃杉屬、橢圓玫瑰樹(shù)等。植物的各個(gè)部分都可以用作薄層培養(yǎng)的外植體，例如：莖、葉、花梗、葉柄、花序軸、莖尖、 花序的苞葉、花瓣等。不同來(lái)源的薄層外植體在培養(yǎng)基與環(huán)境的調(diào)控下，表現(xiàn)出不同 的分化途徑?，F(xiàn)如今，利用TCL培養(yǎng)直接獲得的器官分化有花芽、營(yíng)養(yǎng)芽、 根、 單細(xì)胞毛等，幾乎涉及到了植物的所有的器官。因此認(rèn)為薄層培養(yǎng)是研究形態(tài)發(fā)生的一個(gè)較理想的實(shí)驗(yàn)體系。根據(jù)器官分化的形式可將其分為四類(lèi)：①表皮或亞表皮細(xì)胞進(jìn)行分裂后即進(jìn)行器官分化；②細(xì)胞分裂后形成愈傷組織；③無(wú)器官發(fā)生的細(xì)胞分裂轉(zhuǎn)化為形成器官的細(xì)胞分裂；④進(jìn)行一次簡(jiǎn)單形式的分化，如分化成表皮毛或單細(xì)胞的根毛。

2.研究器官分化的影響因素

薄層培養(yǎng)的分化方向可以根據(jù)供體植株的生理狀態(tài)（是否處于開(kāi)花期）倍性、 取材部位、生理生化因素及物理因素等確定。在植物發(fā)育的研究中，了解各個(gè)影響因素的具體作用是控制器官分化的一個(gè)有力工具。在對(duì)營(yíng)養(yǎng)芽與花芽的誘導(dǎo)過(guò)程中，對(duì)影響因素的研究較多。尤其花器官的發(fā)生和形成是植物個(gè)體發(fā)育中極其復(fù)雜的生理過(guò)程。影響這些變化的因子又非常多，為開(kāi)花機(jī) 理的研究造成了困難。近幾年利用薄層進(jìn)行花芽誘導(dǎo)影響因素的研究表明：外植體的生理狀態(tài)、取材部位、供體植株的倍性、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)、多胺、碳水化合物、銨鹽等含氮化合物、以及光、溫度等許多因素都對(duì)花芽分化起著不同程度的調(diào)節(jié)作用。利用薄層培養(yǎng)的研究可將成花過(guò)程中 宏觀與微觀、內(nèi)因與外因、生理與形態(tài)變化之間的關(guān)系有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。

3.克服某些品種的再生困難，篩選新品種

在一些難于再生的植物種類(lèi)中，應(yīng)用薄層培養(yǎng)可以克服它們的再生困難，得到高頻率的再生植株。例如單子葉植物葉段橫切薄層培養(yǎng)可以隨意控制體胚及非胚性愈傷組織的形成，在小麥、大麥、燕麥、高粱等多種單子葉植物上獲得了器官分化。此外，在香蕉上利用薄層培養(yǎng)還得到了抗萎黃病的新品種。

三、結(jié)束語(yǔ)

薄層培養(yǎng)可以認(rèn)識(shí)到植物發(fā)育過(guò)程的本質(zhì)，獲得與植物器官分化、發(fā)育相關(guān)的重要信息。然而，在很多情況下，在選擇培養(yǎng)基時(shí)，都是憑經(jīng)驗(yàn)，以及材料進(jìn)行選擇，而對(duì)于供體植株的實(shí)際狀態(tài)，內(nèi)源生長(zhǎng)物質(zhì)的質(zhì)量和數(shù)量都沒(méi)有一個(gè)確定的理論基礎(chǔ)礎(chǔ)。在對(duì)器官分化的影響因素進(jìn)行研究時(shí)，還需要進(jìn)一步的深入。