外植体褐变及防止：植物组织培养的关键技术

2023-11-20 理论教育版权反馈

【摘要】：一般来说，植物材料中单宁类和多种羟酚类化合物的含量高，易引起外植体材料的严重褐变。培养基的pH值较低时常有利于减轻外植体的褐变程度。在许多热带树木的组织培养中均曾观察到活性炭防止外植体褐变的明显效果。

褐变是指外植体在培养过程中体内的多酚氧化酶被激活，使细胞内的酚类物质氧化成棕褐色的醌类物质，这种致死性的褐化物不但向外扩散致使培养基逐渐变成褐色，还会抑制其他酶的活性，严重影响外植体的脱分化和器官分化，最后使培养材料变褐而死亡。在植物组织培养中，控制褐变比控制污染和玻璃化更加困难。因此，能否有效地控制褐变是某些植物组织培养成功的关键。

pagenumber_ebook=73,pagenumber_book=59

图4-5-1　蝴蝶兰组培苗的褐变现象

（一）褐变的原因

影响褐变的因素极其复杂，植物种类、基因型、外植体的部位及生理状态等不同，褐变的程度也有所不同。

1.种类和品种

不同植物与品种的褐变程度是不同的，有人把此归结为基因型的不同。一般来说，植物材料中单宁类和多种羟酚类化合物的含量高，易引起外植体材料的严重褐变。多数木本植物比草本植物易产生褐变，多年生草本植物比一年生草本植物易产生褐变。

2.外植体的生理状态和大小

通常幼龄部位产生褐变较轻，随着组织的老龄化，其木质素含量增高，所含醌类物质增多而褐变加重。因此，在外植体接种时常需要剥去鳞片和大叶片，以切取幼嫩的芽尖或顶芽分生组织（或带少量叶原基）接种更为理想。

3.外植体取材时间和部位

一般在春夏季，尤其是春季选取的生长旺盛的外植体产生褐变较轻，已木栓化或木质化的枝条和处于休眠状态的芽作为外植体时褐变严重。这是分生部位接种后形成醌类物质少、分化部位形成醌类物质较多的缘故。

4.培养基的成分

外植体的培养基状态（固体、半固体、液体培养基）、无机盐浓度、激素种类和浓度以及培养基的pH值，都与外植体接种后的褐变程度有关。

过高的无机盐浓度会引起棕榈科植物外植体酚的氧化而褐变，低盐培养基，尤其是Mn2+和Cu2+离子浓度较低时，外植体的褐化程度较轻。例如油棕用MS无机盐培养容易引起外植体的褐变，而用降低了无机盐浓度的改良MS培养基时则可减轻褐变程度，且可获得愈伤组织和胚状体。

植物生长调节物质使用不当时，培养材料也容易褐变。细胞分裂素BA有刺激多酚氧化酶活性提高的作用，这一现象在甘蔗的组织培养中十分明显。

培养基的pH值较低时常有利于减轻外植体的褐变程度。

一般在液体培养基和半固体培养基上褐化程度比在固体培养基上轻。(www.chuimin.cn)

5.培养条件

温度过高、光照过强、培养时间过长等均可使多酚氧化酶的活性提高，从而加速外植体的褐变。

6.材料转移时间

在同一培养基上培养时间过长也会引起材料的褐变，以至全部死亡。

（二）褐变的防止措施

1.选择适宜的外植体及最佳培养基

许多成功的经验表明，选择适宜的外植体并建立最佳的培养条件是防止外植体褐变最主要的手段。外植体材料应有较强的分生能力，在最适宜的细胞脱分化与再分化的培养条件下使外植体处于旺盛的生长状态，便可大大减轻褐变程度。在诸多因子中，较为重要的是适宜的无机盐浓度、蔗糖浓度及激素水平。在适宜的温度及黑暗条件下进行培养可显著减轻材料的褐变程度。如能在初始培养的1～6周内进行暗培养，或在150 lx左右的光照强度下进行光培养，可抑制酚类物质氧化。

2.连续转移

对易褐变的材料进行连续转移可以减轻醌类物质对培养物的毒害作用。在无刺黑莓的茎尖培养中，接种后1～2 d就转入新鲜培养基，可明显减轻褐变程度；在山月桂树的茎尖培养中，接种后12～24 h便转入液体培养基，然后继续每天转移1次，连续7 d，褐化便得到了完全控制。

3.加入抗氧化剂

在培养基中加入抗氧化剂，或用抗氧化剂进行材料的预处理或预培养，可预防醌类物质的形成。抗氧化剂包括抗坏血酸（维生素C）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和牛血清白蛋白等。在静止的液体培养基中加入抗氧化剂比在固体培养基中加入抗氧化剂，效果要明显得多。在倒挂金钟茎尖培养中加入0.01%PVP，对褐变有抑制作用。

4.加入活性炭

0.1%～0.5%活性炭对吸附酚类氧化物的效果很明显。在许多热带树木的组织培养中均曾观察到活性炭防止外植体褐变的明显效果。

问题2

观察玻璃化试管苗，分析为什么会产生玻璃化现象？怎样预防？

基本知识