植物激素调节形态发生研究中细胞薄层培养的应用

周旖

【摘 要】所有的生命系统都存在于一定的环境之中，在不断变化的环境条件下。主要依靠自我调节机制维持其稳态，适应多变的环境。植物的生命活动受到多种因素的调节，其中最重要的是植物激素的化学调节，细胞薄层培养是指对植物外植体中的薄壁组织，例如：叶脉、叶柄、茎上撕下表皮等薄壁组织块，放入培养培养基中进行培养的过程。本文主要探究的就是植物激素调节形态发生研究中薄层培养的应用。

【关键词】细胞薄层培养 植物激素 形态

现如今，对于植物激素调节形态发生的研究主要采用细胞薄层培养系统的研究方法。利用细胞薄层培养系统研究的工作非常多，它在植物细胞分裂和分化，植物生长发育调控机制和分子机制研究方面都取得了重要进展。由于细胞薄层培养外植体的内容激素水平低，对外源激素敏感，因此在不同类型和浓度的外源激素下存在多种形态发生形式。

一、植物激素调节

组织培养、原生质体培养、无性系变异、遗传转化和突变筛选的基础是离体形态。 许多研究表明，植物激素在影响形态发生的许多因素中起着重要作用。 虽然各种植物激素的生理作用有专一性，但植物的各种生理效应（包括形态发生）是不同激素之间相互作用的综合表现。

1.植物激素的概念

植物激素是微量的有机分子，对植物的生长、发育、衰老、休眠、抗逆性具有极其重要的作用。传统的植物激素有生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、乙烯，新公认的包括油菜素甾醇，还有独脚金甾醇、水杨酸、茉莉酸等等。

第一，生长激素。

（1）达尔文试验：

实验过程：

①单侧光照射，胚芽鞘弯向光源生长——向光性；

②切去胚芽鞘尖端，胚芽鞘不生长；

③不透光的锡箔小帽套在胚芽鞘尖端，胚芽鞘直立生长；

④不透光的锡箔小帽套在胚芽鞘下端，胚芽鞘弯向光源生长

（2） 温特的试驗：

试验过程：

接触胚芽鞘尖端的琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘一侧，胚芽鞘向对侧弯曲生长。

未接触胚芽鞘尖端的琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘一侧，胚芽鞘不生长

（3） 郭葛的试验：

分离出该促进植物生长的物质，确定是吲哚乙酸，命名为生长素

第二，生长素的生理作用。

生长素对植物生长调节作用具有两重性，一般，低浓度促进植物生长，高浓度抑制植物生长（浓度的高低以各器官的最适生长素浓度为标准）。

生长素对植物生长的促进和抑制作用与生长素的浓度、植物器官的种类、细胞的年龄有关。

顶端优势是顶芽优先生长而侧芽受到抑制的现象。原因是顶芽产生的生长素向下运输，使近顶端的侧芽部位生长素浓度较高，从而抑制了该部位侧芽的生长。

2.植物激素调节的特点

第一，向性运动：是植物体受到单一方向的外界刺激（如光、重力等）而引起的定向运动。

第二，感性运动：由没有一定方向性的外界刺激（如光暗转变、触摸等）而引起的局部运动，外界刺激的方向与感性运动的方向无关。

第三，激素的特点：一是量微而生理作用显着；二是其作用缓慢而持久。激素包括植物激素和动物激素。植物激素：植物体内合成的、从产生部位运到作用部位，并对植物体的生命活动产生显着调节作用的微量有机物；动物激素：存在动物体内，产生和分泌激素的器官称为内分泌腺，内分泌腺为无管腺，动物激素是由循环系统，通过体液传递至各细胞，并产生生理效应的。

第四，胚芽鞘：单子叶植物胚芽外的锥形套状物。胚芽鞘为胚体的第一片叶，有保护胚芽中更幼小的叶和生长锥的作用。胚芽鞘分为胚芽鞘的尖端和胚芽鞘的下部，胚芽鞘的尖端是产生生长素和感受单侧光刺激的部位和胚芽鞘的下部，胚芽鞘下面的部分是发生弯曲的部位。

第五，琼脂：能携带和传送生长素的作用；云母片是生长素不能穿过的。

第六，生长素的横向运输：发生在胚芽鞘的尖端，单侧光刺激胚芽鞘的尖端，会使生长素在胚芽鞘的尖端发生从向光一侧向背光一侧的运输，从而使生长素在胚芽鞘的尖端背光一侧生长素分布多。

第七，生长素的竖直向下运输：生长素从胚芽鞘的尖端竖直向胚芽鞘下面的部分的运输。

第八，生长素对植物生长影响的两重性：这与生长素的浓度高低和植物器官的种类等有关。一般说，低浓度范围内促进生长，高浓度范围内抑制生长。

第九，顶端优势：植物的顶芽优先生长而侧芽受到抑制的现象。由于顶芽产生的生长素向下运输，大量地积累在侧芽部位，使这里的生长素浓度过高，从而使侧芽的生长受到抑制的缘故。解出方法为：摘掉顶芽。顶端优势的原理在农业生产实践中应用的实例是棉花摘心。

二、细胞薄层培养在形态发生中的应用

1.利用TCL培养直接获得器官分化

据不完全统计，已有十几种类别的植物进行了薄层培养。例如：烟草属、海棠属、芸苔属、鸢尾属、甜菜属、田菁属、芭蕉属（Musa）大麦属、 蓝猪耳属、长春花属、茄属（Solanum） 兵豆属、菊苣属、四棱豆属、蚕豆属、 黄杉属、椭圆玫瑰树等。植物的各个部分都可以用作薄层培养的外植体，例如：茎、叶、花梗、叶柄、花序轴、茎尖、 花序的苞叶、花瓣等。不同来源的薄层外植体在培养基与环境的调控下，表现出不同 的分化途径。现如今，利用TCL培养直接获得的器官分化有花芽、营养芽、 根、 单细胞毛等，几乎涉及到了植物的所有的器官。因此认为薄层培养是研究形态发生的一个较理想的实验体系。根据器官分化的形式可将其分为四类：①表皮或亚表皮细胞进行分裂后即进行器官分化；②细胞分裂后形成愈伤组织；③无器官发生的细胞分裂转化为形成器官的细胞分裂；④进行一次简单形式的分化，如分化成表皮毛或单细胞的根毛。

2.研究器官分化的影响因素

薄层培养的分化方向可以根据供体植株的生理状态（是否处于开花期）倍性、 取材部位、生理生化因素及物理因素等确定。在植物发育的研究中，了解各个影响因素的具体作用是控制器官分化的一个有力工具。在对营养芽与花芽的诱导过程中，对影响因素的研究较多。尤其花器官的发生和形成是植物个体发育中极其复杂的生理过程。影响这些变化的因子又非常多，为开花机 理的研究造成了困难。近几年利用薄层进行花芽诱导影响因素的研究表明：外植体的生理状态、取材部位、供体植株的倍性、生长调节物质、多胺、碳水化合物、铵盐等含氮化合物、以及光、温度等许多因素都对花芽分化起着不同程度的调节作用。利用薄层培养的研究可将成花过程中 宏观与微观、内因与外因、生理与形态变化之间的关系有机地联系起来。

3.克服某些品种的再生困难，筛选新品种

在一些难于再生的植物种类中，应用薄层培养可以克服它们的再生困难，得到高频率的再生植株。例如单子叶植物叶段横切薄层培养可以随意控制体胚及非胚性愈伤组织的形成，在小麦、大麦、燕麦、高粱等多种单子叶植物上获得了器官分化。此外，在香蕉上利用薄层培养还得到了抗萎黄病的新品种。

三、结束语

薄层培养可以认识到植物发育过程的本质，获得与植物器官分化、发育相关的重要信息。然而，在很多情况下，在选择培养基时，都是凭经验，以及材料进行选择，而对于供体植株的实际状态，内源生长物质的质量和数量都没有一个确定的理论基础础。在对器官分化的影响因素进行研究时，还需要进一步的深入。