植物愈伤组织培养的影响因子

王东艳

【摘 要】愈伤组织细胞分裂快、结构疏松、具有快速的增殖能力等特点，已成为植物快繁的新手段，最常用的植物组织培养形式。本文主要对愈伤的特点以及影响植物愈伤组织形成的条件内源激素和外源激素、光照条件、温度条件、培养基的成分等进行简要的概述。

【关键词】愈伤组织；组织特点；影响条件

愈伤组织是指外植体在离体培养条件下形成的一团无极性、能旺盛分裂的薄壁细胞团，在培养过程中经过诱导分化可以发育成完整的再生植株。愈伤组织培养已成为一种最常用的植物组织培养形式，其不仅是一种植物快繁的新手段，同时也是植物改良，种质保存和有用化合物生产的理想途径，在生产实践中得到广泛应用。因此，不断深入研究影响植物愈伤组织形成和诱导的因素，不仅可以促进植物组织培养技术进一步发展和完善，而且可以为实践应用提供理论基础。

1 愈伤组织特点

植物的愈伤组织一般具备以下3种特点：首先，具有高度再分化和长期继代保存的能力，以便能够获得再生的植株。其次，可轻易破碎，以便形成良好的植物组织的悬浮系， 而且可以分离出所需要的原生质体。再次，具有快速的增殖能力，因此容易形成丰富的愈伤组织系。基于植物愈伤组织具有的以上特征，植物可通过愈伤组织进行多种多样的遗传操作和分析及其对濒危药用植物资源、植物遗传转化等方面发挥重要的作用[1-2]。

2 影响愈伤组织的条件

植物愈伤组织的形成受多种条件的影响，例如植物的内源激素和外源激素、光照条件、温度条件、培养基的成分等均可以影响植物愈伤组织的形成。

2.1 激素对植物愈伤组织的影响

20世纪初期温特发现了首个内源激素即生长素，开辟了植物体中内源激素的探索道路。随着实验的进行发现的植物内源激素越来越多，其作用越来越受人们的关注。植物内源激素是指由植物自身代谢产生，可以自由移动到作用部分起功能的一类微量有机物质，在极低浓度下就有明显生理效应，也被称为植物天然激素或植物激素[3-4]。虽然植物体中内源激素的含量很低， 但它们与植物生长发育密切相关， 影响植物生命活动的整个过程。植物激素是愈伤组织诱导过程中的重要影响因子， 能够诱导细胞分裂的启动、愈伤组织的形成和生长.这些植物内源激素在细胞分裂与伸长、组织与器官分化、开花与结果、成熟与衰老、休眠与萌发以及离体组织培养过程中，相互协调地调控植物的生长、发育与分化[5-6]。在植物愈伤组织培养中， 外源激素对它的影响主要是把信号传给内源激素调控遗传物质的脱分化、再分化等作用， 因此外源激素的作用效果与愈伤组织本身内源激素的种类和水平有密切关系，外源激素必须通过内源激素才能发挥其作用[7]。例如，低浓度的2.4-D 的NB培养基能诱导产生籼稻的愈伤组织，但是愈伤组织比较松软， 呈黏液化和泡状， 一般不易分化， 且再生频率很低。只有将各种外源激素合理使用， 才能适应外植体对激素的特定要求， 充分发挥激素的调节作用， 诱导愈伤组织的产生并达到分化[8-9]。植物愈伤组织的培养离不开植物组织培养。植物组织培养是在含有营养物质及植物生长物质的培养液中，培养离体植物组织（器官或细胞）并诱导使其长成完整植株的技术。在组织培养中， 通过器官发生途径产生再生植株的基本方式一般有3 种：（1）先分化芽， 芽伸长后在其幼茎基部长根， 形成完整的小植株. 这种方式在木本植物培养中较为普遍。（2）先分化根， 再在根上产生不定芽而形成完整植株。（3）在愈伤组织的不同部位分别形成芽和根， 然后二者的维管组织互相连接， 成为有轴状结构的小植株。在培养基中如果存在腺嘌呤或激动素， 就会促进芽的分化和发育，激动素的效力比腺嘌呤大几万倍.在结合使用IAA（ 或NAA） 和BA（ 或KT） 时，IAA（ 或NAA） 的相对浓度较高， 则有利于细胞的增殖和根的分化， 若BA（ 或KT） 的相对浓度较高， 则促进芽的分化，如果比例适中时， 则仍产生无分化的愈伤组织[11]。

2.2 基因对植物愈伤组织的影响

植物愈伤组织器官的发生主要是相应基因表达和相应蛋白的合成过程。植物愈伤组织在植物激素和其他生长条件的影响下，可通过各种信号传递系统调节器官发生有关的基因的活性、启动器官发生有关基因的表达、产生相应的蛋白，进而在促进愈伤组织的形成中发挥重要的作用[10]。愈伤组织中表达蛋白的多少可反映其组织化和分化的程度， 表达的蛋白少， 表明该愈伤组织的分化或组织化程度低， 具有较强的分生能力或器官发生能力[12]，例如，在大麦愈伤组织形成时被检测出约30个特异性表达的蛋白[13]。

2.3 培养基对植物愈伤组织的影响

植物愈伤组织的形成主要的介质为培养基，也是愈伤组织成功的必要条件，目前植物愈伤组织的培养基主要分为MS、H、B5、N6、White等5类培养基， 每种培养基的营养成分、盐浓度不同。不同的植物愈伤组织培养基也有所不同。研究发现，豆科类愈伤组织一般使用MS培养基生长较好[14]，而在N6培养基中的生长受到明显的抑制。pH值与多种培养基的凝固相关联，pH直接反应了培养基的酸碱度，同时也直接或间接的影响植物愈伤组织对营养元素的吸收，所以要精确控制植物愈伤组织培养基的pH值。培养基的pH值根据不同的培养材料有所不同，一方面，适当降低培养基pH 值可以降低多酚氧化酶的活性和底物利用率， pH越接近6.0越有利于愈伤组织的形成。另一方面，有些植物材料愈伤组织培养基要求的pH与正常相比较高一些，基本呈现出中性的状态[15]。除了pH值的影响外，碳源也是影响植物愈伤组织形成的重要因素之一。植物愈伤组织的培养基不能缺少碳源，碳源能够给外植体提供能量， 而且具有调节渗透平衡的作用.绝大多数的培养基都用蔗糖作为主要的碳源，能够保证绝大多数植物离体培养物的正常生长， 蔗糖一直被作为植物组织培养标准的碳源得到广泛应用.许多研究表明， 另外与pH值的影响类似，不同植物对不同糖类的反应也是不完全相同[16]。

2.4 光照对植物愈伤组织的影响

光照条件时影响植物愈伤组织形成的一个重要的影响因子。光照和黑暗培养条件对植物愈伤组织的影响表现的截然不同， 研究发现，光照条件下， 长春花组织培养细胞生长速度较快，导致这种现象的原因主要在于光照在诱导分化时可激活某些酶的活性和光诱导的叶绿体或叶绿体代谢产物。同样也有研究报道显示黑暗对愈伤组织的生长是有利的。多数植物细胞在光照和黑暗培养条件下合成的次生代谢物的含量有较大的差别，影响着植物愈伤组织培养时次生代谢产物的积累。

2.5 温度对植物愈伤组织的影响

植物愈伤组织诱导和次生代谢物形成很大程度上受温度的影响，植物愈伤组织的培养适宜生长的温度范围一般为15 ～ 32℃，不同植物的愈伤组织的最适温度有所不同，例如，拟南芥最适培养温度一般为23℃，而矮牵牛最适培养温度一般为25℃。但是次生代谢物形成的最适温度往往与形成愈伤组织的最适温度不同[17]。

上述的讨论表明， 内源激素和外源激素、光照条件、温度条件、培养基的成分是影响植物愈伤组织诱导和分化的几种重要的因素。 尽管其作用特点已知， 但由于植物物种的差异， 植物内源激素和外源激素以及培养基种类的选择和使用量，光照条件和温度条件的选择成为探讨高效率进行植物愈伤组织诱导和分化的关键所在。植物内源激素对植物的生长和代谢有重要作用，但在植物体内的含量极低且性质不稳定，因此对植物内源激素进行准确的定量分析是一项艰巨而意义重大的任务。目前愈伤组织培养激素的添加有多种组合方式使植物愈伤组织的培养呈现出更加多样化的形式，在培养基中添加多种激素的例子越来越多， 有关愈伤组织培养中激素影响方面的研究趋于细致化。由于不同种植物愈伤组织的诱导温度和光照时间有所不同，选择适宜的光照和温度也成为愈伤组织培养能否成功的关键所在，同时对愈伤组织培养具有重要的指导意义。近几年随着分子生物学技术的迅速发展，利用分子生物学技术研究植物组织培养技术已经成为现在的研究热点内容之一。通过构建相应的植物激素相关基因的突变体调控激素相关基因的表达产物数量便于研究植物愈伤组织诱导和分化与激素相关基因调控的关系。而应用同位素标记技术可以对激素的作用位点进行精确定位， 从而实现对组织培养过程的每个发育细节微观上的诊断， 达到有效选择激素种类、灵活改变继代周期的目的， 也必将促使组织培养技术更为完善。

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[责任编辑：薛俊歌]