园林植物组织培养过程中褐化问题的研究

园林植物组织培养过程中褐化问题的研究

作者：曾琼

来源：《科技创新导报》2011年第10期

摘要:综述了园林植物组织培养过程中褐变发生的机理、影响褐化的因素及控制褐化的方法等领域的研究进展。

关键词:园林植物组织培养褐化褐化控制

中图分类号:TU986 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(a)-0126-02

在园林植物组织培养过程中褐化现象是普遍存在的,它与菌类污染、过度含水化(即玻璃化)并称为植物组织培养的三大难题,而控制褐化比控制污染和玻璃化更加困难。因此褐化能否得到有效的控制是对某些植物的组织培养能否取得成功起到决定性的作用。在组织培养过程中存在褐化现象的园林植物主要有:蝴蝶兰、银杏、非洲菊、牡丹、芍药、凤梨、瑞香、玫瑰、大岩桐、大花茉莉、倒挂金钟、观赏羽衣甘蓝、花烛、郁金香、飞燕草、风铃草、紫叶黄栌、桉树、东北红豆杉、巴拉圭冬青、茶树等。本文就近年来关于园林植物组织培养中褐化现象的研究进展作一综述。

1 褐化的机理

在植物组织培养过程中所说的褐化是指外植体在诱导脱分化或再分化过程中,自身组织从表面向培养基释放褐色物质,以至培养基逐渐变成褐色,外植体也随之进一步变褐而死亡的现象。

褐化的发生与外植体组织中所含的酚类化合物和多酚氧化酶活性有直接的关系,很多植物特别是某些木本植物,如枣、银杏等都有高含量的酚类化合物,这些化合物在完整的组织和细胞中与多酚氧化酶分隔存在,因而比较稳定。当外植体组织被切割后接种时,切口附近的细胞受到伤害, “分隔效应”被打破,酚类化合物与多酚氧化酶接触后经其催化迅速氧化成褐色的醌类物质和水,醌类物质又会在酪氨酸酶等酶的作用下,与外植体组织中的蛋白质发生聚合,使切面迅速变成棕褐色或暗褐色,这些褐色物质会逐渐扩散到培养基中,进一步引起其他酶系统失活,毒害整个外植体组织,抑制外植体的脱分化、再分化和组培苗的正常生长。

2 影响褐化的因素

2.1 不同外植体对褐化的影响

2.1.1 材料的年龄和大小

褐化随材料的年龄和组织木质化的程度而增加,Chever分析欧洲栗的酚含量变化的结果表明,幼嫩材料酚类化合物含量少,而成龄材料比较多。

外植体大小对褐化的影响,表现为小的材料更容易发生褐化,相对较大的材料则褐化的程度较轻。何康等(2005年)也指出,在南方红豆杉愈伤组织培养中,嫩叶切块小于1cm×1cm时,叶块易褐变死亡。另外切口越大,酚类物质的被氧化面也越大,褐化程度就会更严重。

2.1.2 取材的时间

何松林(2005年)等在牡丹叶柄离体培养时发现,冬春季取材褐化死亡最低,夏季时取材容易被氧化褐化。这是由于植物体内酚类化合物含量和多酚氧化酶的活性在不同的生长季节并不相同,一般在生长季节含有较多的酚类化合物。卡德兰、枣也有类似的情况。

2.1.3 取材的部位

张明丽等(2005年)在金叶红瑞木离体培养中发现,生长期取嫩枝段作外植体时, 枝条上部顶生枝段的褐化率远远高于下部腋芽茎段,褐化率高达62.7%,而下部茎段的褐化率只有4.3%。随着芽位的降低,褐变率显著增加。

2.2 培养基对褐化的影响

培养基的状态影响褐变的程度。许多实验表明,液体培养基可减轻外植体的褐化,液体培养基再加上滤纸或棉花做成纸桥效果会更好。钟红梅报道凤梨用液体培养可以减轻褐变。

在初代培养时,培养基中无机盐浓度过高可引起酚类分泌物大量产生,导致外植体褐变,降低无机盐浓度可减少酚类物质的分泌,从而减轻褐变。叶晓青等在蝴蝶兰原球茎的增殖培养研究中发现,1/2MS或改良MS较MS效果好,减少MS中大量元素和部分微量元素及有机成分有利于原球茎的增殖和分化。

还有报道,高浓度的糖、丝氨酸及硼都可以加剧褐变的发生,而氨态氮过高也有类似结果。此外,培养基的PH值可能对酚类和酚氧化酶结合部位产生影响。

2.3 生长调节剂对褐化的影响

在初代培养中,高浓度的生长调节剂严重影响褐变的程度。BA或KT不仅能促进酚类化合物的合成,而且刺激多酚氧化酶的活性,增强酚类物质氧化成醌类物质的能力,从而加剧褐化的程度。

2.4 培养条件及其他因素