植物开放式组织培养的研究进展及发展前景

材料 基本培养基 抑菌剂 作者 发表时间

香蕉 MS 次氯酸钠 莫廷辉等 2011、2012

荸荠 MS 次氯酸钠 吴桂容等 2013

魔芋 MS H198 赵青华等 2011

梅花 MS 特制消毒液 陈瑞丹等 2007

红豆杉 MS 山梨酸钾 王丹等 2010

白菜 B5 大蒜素、代森锰锌 王赵玉等 2012

马铃薯 YEB、PDA YI-1 张薪薪等 2005

葡萄 MS0 特制消毒液 崔刚等 2004

苹果 MS0 特制消毒液 崔刚等 2004

红栌 MS0 特制消毒液 崔刚等 2004

香花槐 MS0 特制消毒液 崔刚等 2004

蝴蝶兰 MS0 特制消毒液 崔刚等 2004

地被菊 MS0 特制消毒液 崔刚等 2004

1 抑菌剂

在植物开放式组织培养中，由于培养基不经过高温高压灭菌，外植体处于开放、自然的有菌环境中，所以能防止污染又不影响外植体生长的抑菌剂就成了研究者们的研究重点。抗生素是植物组织培养中用来防止污染的传统试剂，是组织培养中常用的一种抑菌剂。但其在抑菌的同时有一定的抑菌谱且容易使微生物产生耐药性，对外植体的分化和生长有一定的影响。王春发现在马铃薯培养基中添加20 mg/L的硫酸链霉素能完全抑制细菌浸染且对组培苗的生长发育无不良影响[12]。阎志红等通过实验发现50 mg/L的青霉素能够有效地抑制培养基的污染，但长期在含有此浓度青霉素的培养基上继代培养的西瓜的伸长生长与生根明显受到抑制[13]。简兴等在红掌的培养基中加入300 mg/L青霉素与180 mg/L链霉素混合液，比单一使用一种抗生素抑菌效果更好[14]。随后研究者们尝试使用其他物质作为抑菌剂并获得了试管苗，报道有农药（代森锰锌）、食品添加剂（山梨酸钾）、家用消毒液（次氯酸钠）、植物提取物（大蒜素、特制消毒液）等作为抑菌剂。在香蕉的开放式组织培养试验中，解辉等通过向培养基中添加不同浓度的次氯酸钠溶液作为抑菌剂，发现0.01%以上浓度的次氯酸钠可有效抑制培养基的污染，浓度超过002%时外植体的存活率降低，试管苗的生根率低于传统组培苗[4]。可能是由于次氯酸钠加入培养基后产生的次氯酸对外植体的生长有一定的影响且使培养基pH值降低影响了外植体对植物生长调节剂的吸收。吴桂容等在荸荠的开放式组织培养试验中发现当次氯酸钠浓度为1.0%时的污染率最低，诱导率最高，但都低于对照组[7]。次氯酸钠稳定性差，易受热、光和pH值的影响，这可能是导致以上2个试验所用次氯酸钠浓度差别大的主要原因。王赵玉等自制生物农药大蒜素及化学农药代森锰锌对白菜种子进行开放式组培，试验结果表明，0.10～017 g/mL的大蒜素抑菌效果较好且对植物生长影响较小，代森锰锌0.1～0.7 g/L抑菌效果较好且对植物的根和芽生长有明显的促进作用[11]。赵青华等用6种不同的抑菌剂对魔芋进行开放组培，试验发现抑菌剂对愈伤组织的分化影响较大，容易引起愈伤组织褐变，浓度越低影响越小，且分化的试管苗长势也比传统组织培养试管苗弱[6]。王丹等首次运用食品添加剂山梨酸钾作为开放组培的抑菌剂，发现0.02 g/L的山梨酸钾能有效抑制红豆杉开放组培中培养基的污染[10]。

目前利用次氯酸钠、山梨酸钾、代森锰锌、大蒜素等作为开放式组织培养的抑菌剂均获得了组培苗（表2）。

表2 植物开放式组织培养中抑菌剂的应用情况

试验材料 抑菌剂种类 抑菌剂浓度 外植体生长状况

香蕉继代丛生芽 次氯酸钠 0.01%

荸荠茎芽 次氯酸钠 1.0%

魔芋 H198 400倍液 比传统试管苗弱

梅花茎段 特制消毒液 0.7%

红豆杉三年生叶片 山梨酸钾 0.02 g/L 污染率较高，存活率低

马铃薯试管苗 YI-1 62.5 g/mL 苗粗壮、叶片多、颜色绿、扩展

葡萄茎段 特制消毒液 0.2% 苗生长健壮，分化率较高

白菜种子 大蒜素 0.10～0.17 g/mL 种子萌发率80%以上，芽的生长与对照组无显著性差异

白菜种子 代森锰锌 0.1～0.7 g/L 种子萌发率88%以上，芽的生长与对照组无显著性差异

2 培养容器

传统的植物组织培养所用容器为锥形瓶，以塑料膜封口或用棉球塞封口，且容器要求能耐高温高压。而开放式组织培养采用培养基中添加抑菌剂代替高温高压灭菌，所以容器的选择范围大。为了降低成本，简化程序，报道的试验所用培养容器均为一次性塑料杯，以保鲜膜封口。但赵青华等在对魔芋进行开放式组织培养时进行了不同培养容器的对比试验，结果表明，一次性塑料杯由于质量过轻，操作起来不方便，且长期使用成本高，传统的培养容器如锥形培养瓶和方形培养盒虽然一次性投入高，但能反复使用，且外植体生长良好，是开放式组织培养的最佳选择[6]。

3 无机碳和有机物质

蔗糖是外植体生长发育的碳源和能量来源，没有能量和碳源任何细胞都不能生长，植物不能进行正常的细胞分裂与组织分化。当生长素水平恒定时，2%蔗糖有利于分化出木质部，4%蔗糖则有利于分化出韧皮部，3%的蔗糖则可以分化出二者，所以3%是植物组织培养常用的蔗糖浓度。植物组织培养中蔗糖是碳源和能量的供给物，同时也是微生物孳生的主要原因。为了降低污染率，研究者们采用降低蔗糖浓度、无糖培养等方式进行。有关蔗糖浓度与开放式组织培养中污染率之间的关系少有报道。吴桂容等在荸荠的开放式组织培养中发现，蔗糖浓度为2%时污染率最低而诱导率高，虽然随着蔗糖浓度的提高，诱导率升高，但污染率也随之升高[7]。在磨芋的开放式组织培养中，赵青华等通过4个蔗糖浓度对比试验，结果表明，3%的蔗糖浓度有利于魔芋的诱导培养[6]。

无糖培养是采用人工环境控制手段，用CO2代替蔗糖作为碳源，提供植株生长适宜的光、温、水、气、营养等条件，促进植株的光合作用，从而促进植物的生长发育。张伟在红掌的快繁中发现，如果不具备上述的无糖培养条件，仅在培养基中不添加蔗糖，虽然接种后由于无糖作为污染源，污染率大大降低，但外植体不会发生愈伤组织，增殖率很低，增殖系数只有1.81，且生长缓慢;而继代培养的植株由于有了完整的茎、叶，具备一定的自养能力，不加蔗糖也能存活但植株基本无变化[15]。

有机成分在生物生长发育过程中参与了生物体的新陈代谢，是所有生物体不可缺少的重要营养物质。曹善东等对影响草莓组织培养繁殖系数的有机物因素进行了对比试验，结果表明，甘氨酸是影响草莓繁殖系数的主要有机物因子，且浓度以2.0 mg/L为最适宜[16]。张清霞等将B5-10培养基中的有机物加倍，发现有机物加倍对某些大白菜品种花药培养的出胚率无影响，而对一些难诱导出胚的品种则有促进作用;添加丝氨酸使花药培养的出胚率降低，而添加0.4 g/L谷酰胺对一些品种的胚诱导效果好[17]。有机物质与污染率有一定的关系，荸荠的开放式组织培养中，去掉培养基中的有机成分能有效降低污染率，尤其是去掉甘氨酸后，污染率最低[7]。

4 培养方式

培养方式对开放式组织培养的影响鲜见报道。吴桂容等在荸荠的开放式组织培养中进行了培养方式对其污染率和诱导率的影响试验，结果表明，培养室内污染率最低，玻璃温室和塑料温室的污染率都较高[7]。固体培养与液体培养对开放式组织培养的影响还未见报道，仅王赵玉等在B5的固体培养基和液体培养基中加入了不同的抑菌剂对白菜种子进行开放式组培[11]，但未进行固体与液体培养基对开放式组培的影响的对比。张慎等认为循环流动的液体培养基不易受微生物的侵蚀，比固体培养基更适合于植物开放式组织培养[1]。

5 接种条件

传统组织培养中，接种用的工具如镊子、刀片等均采用高温高压灭菌或乙醇灯灼烧灭菌或专用接种灭菌器灭菌。而开放式组织培养中，省掉了高温高压灭菌这一过程，崔刚等将接种工具用75%乙醇擦洗后放在抑菌剂中浸泡1 h，接种过程中镊子和刀片一直浸泡在抑菌剂中，这样可有效防止接种工具引起的污染[2]。赵青华等通过试验表明在魔芋的开放式组织培养中，培养瓶不需要进行特殊的杀菌处理，接种盘、镊子和刀片用抑菌剂浸泡处理即可达到灭菌效果[6]。

6 发展前景

植物开放式组织培养技术对环境无严格的无菌要求，操作程序简化，成本降低，是未来植物组织培养发展的主要方向。既能抑菌又不影响外植体生长的抑菌剂是植物开放式组织培养技术的核心，故寻找有效的抑菌剂是研究者们工作的重点。抗生素抗菌效果较好，但有一定的抗菌谱且对外植体生长有一定的影响。化学农药及家用消毒剂的加入对外植体的生长发育有一定的影响。利用生物提取物制成的中药混合物作为抑菌剂一直是研究者们比较认同的有效抑菌剂，但是中药的选择及提取过程比较繁琐。一些具有抗菌作用的蛋白质如乳铁蛋白和溶菌酶等，对外植体无任何副作用且不诱导微生物的抗性，可能是将来开放组培中抑菌剂的主要成分。

参考文献：

[1]张 慎，郭陶然，邓志瑞，等. 植物开放式组织培养的研究进展[J]. 安徽农业科学，2010，38（26）：14281-14283，14288.

[2]崔 刚，单文修，秦 旭，等. 植物开放式组织培养研究初探[J]. 山东农业大学学报：自然科学版，2004，35（4）：529-533.

[3]黄泰达，莫廷辉. 香蕉开放式组织培养中增殖培养基成分优化研究[J]. 安徽农业科学，2012，40（18）：9584-9586.

[4]解 辉，莫廷辉，曾丽星. 次氯酸钠在香蕉开放式组织培养中的应用研究[J]. 热带作物学报，2011，32（5）：886-890.

[5]赵青华，陈永波，滕建勋，等. 开放式组织培养下魔芋快繁技术研究[J]. 现代农业科技，2011（13）：114-115.

[6]赵青华，陈永波，杨朝柱，等. 魔芋开放式组织培养技术初探[J]. 氨基酸和生物资源，2009，31（4）：79-82.

[7]吴桂容，曲芬霞，余炳锋. 贺州荸荠开放式组织培养体系建立[J]. 北方园艺，2013（6）：110-112.

[8]张薪薪，唐金花，王关林.抑菌剂在开放组培中的使用及效果研究[J]. 辽宁师范大学学报：自然科学版，2005，28（4）：466-469.

[9]陈瑞丹，孙文薇. 梅花品种“淡丰后”茎段开放式启动培养的初步研究[J]. 北京林业大学学报，2007，29（增1）：30-34.

[10]王 丹，刘 霞. 山梨酸钾在红豆杉开放式组织培养中的应用[J]. 安徽农业科学，2010，38（2）：634-635.

[11]王赵玉，张健雄，户新宇，等. 抑菌剂在开放式植物组织培养中的应用研究[J]. 北方园艺，2012（18）：125-127.

[12]王 春. 医用抗生素在马铃薯组织培养中的抑菌效应研究[J]. 甘肃农业科技，2004（10）：15-16.

[13]阎志红，刘文革，赵胜杰，等. 青霉素和乳酸对西瓜组织培养中细菌污染的抑制作用[J]. 长江蔬菜，2009（18）：21-23.

[14]简 兴，王米力，石大兴. 红掌组培苗继代过程中细菌污染的防治试验[J]. 亚热带植物科学，2003，32（2）：52-54.

[15]张 伟. 盆栽红掌离体快繁简化培养基的研究[J]. 信阳农业高等专科学校学报，2012，22（2）：102-106.

[16]曹善东，李桂新. MS培养基中不同浓度有机物对草莓脱毒苗繁殖系数的影响[J]. 山东农业大学学报：自然科学版，2004，35（1）：32-35.

[17]张清霞，杨晓云，张淑霞，等. 基因型和培养基中有机物变化对大白菜花药培养的影响[C]. 中国园艺学会十字花科蔬菜分会第六届学术研讨会暨新品种展示会论文集，2008：296-300.

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