培养基成分及其作用(3)

植物生长发育需要多种营养和生长调节物质，当其缺乏时，生长发育受阻，形态不正常。在植物组织快繁过程中，培养物生长发育所需的营养和生长因子，主要靠培养基供给。因此，完全培养基的成分除了水分外，还要包括无机营养、有机物营养、生长调节物质及其他附加物等。一、无机营养物无机营养物即无机盐是植物生长发育所必需的，根据植物对无机盐需要的多少，将其分为大量元素和微量元素。1.大量元素大量元素在植物体内含量占干物重的0.1-10%，其浓度一般大于0.5mmol/L，包括氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)，若加上碳(C)、氢(H)、氧(O)，则有9种元素。在离体培养中，其C、H、O三元素是从人工加入的糖类获得的，H、O元素也可以从培养基所含的水分中获得，而其余6种矿质元素要从加入的适量的无机盐类来获取。无机氮常以硝态氮(如KNO3)和铵态氮(如NH4NO3)两种形式供应，多数培养基都是二者兼而有之。2.微量元素植物所需的微量元素包括铁(Fe)、硼(B)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、氯(Cl)等，植物对其需要量极微，在植物体内含量占干物重的0.01%以下，起生长发育所需的浓度一般小于0.5mmol/L，稍多则产生毒害。碘(I)虽不是植物生长的必需元素，但几乎在所有的培养基中都含有碘元素，有些培养基还加入了钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、铍(Be)，甚至铝(Al)等元素。3.铁盐铁是用量较多的一种微量元素，是许多重要氧化还原酶的组成成分，在植物叶绿素的合成过程中起到重要的作用。若以硫酸铁和氯化铁为供铁源，培养基的pH值会达到5.2以上，形成氢氧化铁沉淀，使培养物无法吸收而出现缺铁症，故在培养基配制时，常用硫酸亚铁和EDTA二钠配成螯合态铁，成为有机态铁方被培养物吸收和利用;也可用EDTA铁盐，作为铁的供应源。这些元素参与培养物机体的建造，构成植物细胞中的核酸、蛋白质、叶绿体、酶系统和生物膜所必需的元素。二、有机营养成分在配制培养基时，不仅要加入无机营养成分，还要加入一定量的有机营养物质，以利于培养物的生长和分化。1.糖类在组织快繁中，被培养的培养物大多不能进行光合作用，能进行的也不能满足其对糖类的需求，因此必须在培养基中添加糖作为碳源和能源，同时对维持培养基一定的渗透压也有重要作用。最重要的碳源是蔗糖，其浓度一般为2%-3%。葡萄糖和果糖也是较好的碳源。在大规模工厂化生产中，为了降低生产成本，可用市售的白砂糖代替蔗糖，也有同样的效果。2.维生素维生素常以辅酶形式参与生物催化剂——酶系的活动，以及参与细胞的蛋白质代谢、脂肪代谢、糖代谢等重要生命活动。在组培中以B族维生素为主，常使用盐酸硫胺素(维生素B1)、盐酸吡哆醇(维生素B6)、烟酸(维生素B3)、钴胺素(维生素B12)、叶酸(维生素Bc)、生物素(维生素H)、抗坏血酸(维生素C)等，一般使用浓度为0.1-1.0mg/L。3.肌醇(环己六醇)在组培中，肌醇本身不直接促进培养物的生长，可有助于活性物质作用的发挥，提高维生素B1的效果，参与碳水化合物代谢、磷脂代谢和离子平衡作用，从而促进培养物的生长和胚状体及芽的形成。在配制培养基时，肌醇通常使用浓度为50-100mg/L。4.氨基酸在培养基中要加入一种或数种氨基酸，最常使用的是甘氨酸(Gly)，有时用到丝氨酸(Ser)、酪氨酸(Tyr)、谷氨酰胺(Gln)、天冬酰胺(Asn)等，作为重要的有机氮源。甘氨酸能促进离体根的生长，对其培养物的生长也有良好的促进作用，通常用量为2-3mg/L。有时也采用水解乳蛋白(LH)或水解络蛋白(CH)，它们是牛乳用酶法等加工而成的水解产物，是含有约20种氨基酸的混合物，通常用量为500mg/L。5.有机附加物在组培中，人们发现在培养基中添加一些天然的有机物或提取物对培养物的增殖和分化有明显的促进作用。例如椰乳(CM)，一般用量为10%-20%(或100-150mg/L);酵母提取物为0.5%;番茄汁为5%-10%;香蕉泥为100-200mg/L;马铃薯用量为150-200g/L，去皮和去芽后，煮30分钟，再过滤，即可加入培养基中。马铃薯、香蕉泥具有较大的pH缓冲作用。这些天然有机物的作用是为培养物提供一些必要的营养成分、生理活性物质和生长激素等。但由于这些天然有机物成分较复杂，且难确定，含量又不稳定，所以应尽量避免使用。三、植物生长调节物质在组培中，为了促进培养物生长和器官分化，其培养基除加入营养物质外，还必须加入一种或多种植物生长调节物质、生长调节物质(植物激素)是培养基中的关键物质，在组培中起着决定的作用。一般常用生长素和细胞分裂素类。1.生长素类生长素类常用的有吲哚乙酸(IAA)、吲哚丁酸(IBA)、萘乙酸(NAA)、2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)，它们的作用强弱顺序为2,4-D>NAA>IBA>IAA。其中IAA为天然植物生长素，它易见光分解，不稳定，故应避光置于棕色瓶中，放于4-5℃下保存。NAA、IBA、2，4-D都是人工合成的生长调节物质，即稳定又廉价。2,4-D一般用于初代培养，启动细胞脱分化，而再分化阶段往往不用2,4-D，而用NAA、IBA、IAA。在生根诱导中一般多用IBA，试验证明ABT生根粉诱导生根效果也很好。组培中，生长素类的作用是诱导愈伤组织的形成，胚状体的产生以及试管苗的生根，更重要的是细胞分裂素配成一定的比例诱导腋芽及不定芽的产生。2.细胞分裂素类细胞分裂素类常用的有：激动素(KT)、6-苄氨基嘌呤(6-BA/BA/BAP)、玉米素(ZT)、2-异戊烯腺嘌呤(2-ip)、吡效隆(4PU/CPPU)和噻重氮苯基脲(TDZ)。他们对培养物的作用强弱顺序为TDZ、4PU>2-ip>6-BA>KT。但在组培中通常使用人工合成的6-BA和KT，因他们性能稳定且价格适中。细胞分裂素类的作用主要有：促进细胞分裂和扩大;抑制茎的伸长，而使茎增粗;解除顶端优势，诱导芽的分化，促进侧芽萌发;增强蛋白质合成，延缓组织的衰老。在进行组培中，常将细胞分裂素和生长素配合使用，用Skoog等(1957)建立的“器官分化激素配比模式”，指导生长调节物质在生产中的应用，即细胞分裂素与生长素的比例大时，促进芽的形成，这时细胞分裂素起到主导作用;比例小时，则有利于根的形成，这时生长素起主导作用。培养基中的细胞分裂素与生长素之间的比例是决定器官分化的关键。四、琼脂依据态相不同，培养基分为固体培养基和液体培养基，其区别在于加入琼脂与否，若加入琼脂便形成胶体状态的固体培养基，而不加则为液体培养基。琼脂是最好的固化剂，他是一种由海藻中提取的高分子碳水化合物，在培养基中本身不具营养，它的主要作用是使培养基在常温下凝固，一般使用量为0.6-1.0%。培养基的pH值偏酸，高压灭菌时间过长，温度过高均会影响其凝固力。琼脂一般以色浅、透明、洁净为好，新买来的琼脂要先试验一下它的凝固能力，以便确定其适宜的用量。五、活性炭在培养基中加入活性炭(AC)，其目的主要是利用其吸附能力，减少一些有害物质的不利影响，同时也创造暗环境，对某些植物诱导生根有利。一般认为活性炭之所以有强大的吸附能力，主要是通过氢键、范德华力等作用力，把有毒物质从外植体周围吸附掉。活性炭除了有吸附作用外，在一定程度上还降低光照强度，从而减轻褐变。但是，活性炭对物质的吸附无选择性，既吸附有毒酚类的同时，又吸附培养基中的有利物质，如生长调节物质、维生素B6、叶酸、烟酸等，并且在不同植物的组培中有效程度不一。因此，在决定使用活性炭时应先试验再确定是否采用，通常使用浓度0.1%-0.5%。（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）