植物组织培养外植体褐变的研究进展分析

蒋芳

(四川省水产学校 四川成都 611730)

近年来组培技术在农作物栽培、花卉生产幼苗以及脱毒苗当中的应用日趋广泛,使得植物种植日益规模化以及自动化,避免受自然条件的影响。组织培养方面的理论研究已经较为成熟,不过在试验生产的过程当中往往出现外植体褐变的问题[1]。褐化产物一方面导致外植体以及培养基褐变,另一方面也会抑制外植体的正常生理反应,从而影响外植体生长,甚至诱发外植体的死亡。因此加强外植体褐变方面的研究有着重要作用。

1 植物组织培养外植体褐变的影响因素

1.1 外植体材料

一方面是生理状态的影响。材料自身生理状态的不同,在接种后的褐变程度往往也有所区别,原因推测是不同生理状态材料,其中酚类物质含量以及PPO的活性各不相同,褐变则随母株的年龄以及组织的木质化程度而呈现出上升的趋势。有学者使用桑树基部幼芽作为外植体,比桑树上部的枝条壮芽外植体褐化程度轻并且褐化率低[2]。另一方面是取材部位以及时期的影响。研究人员通过对葡萄进行研究,发现侧生蔓切取茎尖要比延长蔓更加容易成活,分析发现前者的酚类物质含量要比后者低。使用苹果进行研究结果表明顶芽要比侧芽更加容易成活,并且褐变的程度也更轻。

1.2 培养条件

研究人员发现卡特兰在10～20℃的时候褐变程度要比超过20℃的时候轻。苹果等植物茎尖的外植体加以遮光处理之后,其褐变的程度显著降低,同时取自然光照条件下的植株枝条,在接种后则容易出现褐变问题。推测其中的原因可能是酚类物质合成醌类物质时候需要光诱导酶。

1.3 培养基

培养基的成分过高导致无机盐的浓度上升,可以诱发柚棕出现褐变。同时培养基的pH值变化能够导致酚类以及酚氧化酶的结合部位发生改变。实验显示,石井的培养基pH在3.0～4.0的时候,外植体排出较多的褐化物,而pH为5.0的时候排出的褐化物显著减少。除此之外,培养基的状态对褐化也有相应的影响。通常情况下,液体培养的时候外植体的毒害物质能够很快扩散,这样一来对外植体的影响就比较轻微。

2 植物组织培养外植体褐变的预防措施

2.1 择合适的外植体

生长状态旺盛的那些外植体,分生能力也比较强,褐变程度也就比较低,因此是组培的首选。有学者人为避阴处外植体要比全光下外植体的褐变率更低,腋生枝的顶芽要比其它部位顶芽的褐变率低。在容易发生褐变植物的组培过程当中,需要格外注意筛选不同品系的基因型,从而使用那些褐变程度比较低的材料加以培养。

2.2 培养基当中添加吸附剂或者还原性物质

培养基当中添加柠檬酸、抗坏血酸以及二硫苏糖醇等类型的抗氧化剂都能够同氧化产物醌之间发生作用,从而重新还原成为酚。不过作用的过程都是消耗性的,因此在具体应用的时候需要注意添加的量,不过抗坏血酸对外植体没有毒副作用,所以在生产应用的过程当中可以不受限制。除此之外,活性炭能够吸附培养基当中的部分有害物质,例如琼脂当中的杂质、培养过程当中分泌的酚以及醌类物质还有蔗糖高压消毒过程中出现的5-羟甲基糠醛,这样就为我培养物发育提供良好的环境。

2.3 预处理培养材料

研究人员在苦丁茶的组织培养之前,将苦丁茶的茎段常规浸泡20min消毒,同时在培养基当中加入2g／L活性炭,从而获得比较理想的防褐效果。此外还可以使用抗氧化剂来加以预处理,或者抗氧化剂溶液当中进行外植体的切割与剥离,接种前使用无菌水仔细清洗外植体,并且洗尽切口处的酚类物质,都能够起到降低褐变发生率的效果。除此之外,通过选择理想的培养条件,在培养的过程当中设置合理的蔗糖浓度、无机盐成分、激素水平还有pH值,都能够有效预防外植体的褐变。

2.4 其他措施

对容易褐变的材料而言,培养的初期连续转移能够减轻因为醌类物质积累产生的毒害作用。NaCl可以用来抑制多酚氧化酶的活性,同时还可以增加细胞体积,对人体无毒并且价格低廉,是理想的防褐剂。在培养基当中还能够加入蜂王浆,一方面促进组织的生长增殖,另一方面还可以发挥一定程度的防褐作用。此外有研究人员在培养荔枝细胞的过程当中加入AgNO3,能够部分抑制PPO的活性从而预防细胞的褐变。

3 总结

综上所述,植物组织培养过程当中的褐变问题研究已经历几十年,并且积累大量研究资料,但是还未能确切阐述植物组织培养褐变过程。所以进一步深入研究相关机制无论对理论角度认识植物组织褐变还是从实践角度找到预防褐变发生的措施,从而解决组培生产当中的褐变问题,都有着非常重要的意义。

[1]王慧.香梨果实的褐变与多酚氧化酶及酚类物质区域化分布关系[J].干旱区研究,2014,12(2):127-129.

[2]丁双阳,胡小松.马铃薯丝加工的褐变因素及其控制[J]．辽宁农业大学学报,2014,15(6):233-235.