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组织培养褐化原因以及防止措施


褐化原因及防止措施
褐变是指外植体在培养过程中体内的多酚氧化酶被激活, 使细胞里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, 而且还会抑制其 他酶的活性, 严重影响外植体的脱分化和器官分化, 最后变褐而死亡的现象。 在组织培养中, 褐变是普遍存在的, 这种现象与菌类污染和玻璃化并称为植物组织培养的三大难题。 而控制 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能否组培成功的 关键。 (一)褐变的原因 影响褐变的因素极其复杂,随着植物种类、基因型、外植体的部位及生理状况等的不同,褐 变的程度也有所不同。 1.与基因型有关 不同植物与品种之间褐变现象是不同的, 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化。 多数木本植物比草 本植物易引起褐化,多年生草本植物比一年生草本植物易引起褐化。 2.与取样外植体的年龄有关 通常幼龄部位产生褐化较轻,随着组织的老龄化含醌类物质增多而褐化加重。因此,在外植 体接种时常需要剥去鳞片和大叶片,尤其是以切取幼嫩的芽尖或切取顶芽分生组织(或带少 量叶原基)接种更为理想。 3.与外植体取材时间有关 一般在春夏季, 尤其是春季采取生长旺盛的外植体产生褐化较轻, 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化严重。 即分生部位接种后形成醌类物质少, 而分化的 部位则形成醌类物质较多。 4.与培养基有关 过高的无机盐浓度会引起棕榈科植物外植体酚的氧化,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,而且获得愈伤组织和胚状体。 植物生长调节物质使用不当时,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化。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。

5.培养条件不适宜, 如温度过高、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。在咖啡组织培养中曾观察到这一现象。 6.材料转移时间 时间过长也会引起材料的褐变,以致全部死亡。 (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, 选择适当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。在培养条件的许多因子中,较为重要的是 适宜的无机盐成分、 适宜的蔗糖浓度及激素水平。 适宜的温度及在黑暗条件下进行培养也可 显著减少材料的褐变。如能在初始培养的 1—6 周内用暗培养,或在 150lx 左右的光强下进 行光培养,可抑制酚类物质氧化。 2.连续转移 对于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—2d 就转入新鲜培养基;在山月桂树的茎尖培养中,接种 12—24h 便转入 液体培养基,然后继续每天转移 1 次,连续 7 天,褐化便得到了完全控制。 3.加抗氧化剂 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、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 便对褐变有抑制作用。 4.加活性炭 1%~0.5%的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。


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