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活性炭在植物组织培养中的应用

发布时间:2020-07-23 浏览

目前,活性炭已被广泛应用于植物组织培养中,在许多试验中效果良好,这已有不少报道,但有关活性炭作用机理的研究很少,对于某种植物的培养,加不加活性炭,以及加多少,仍处于摸索和积累经验的阶段。一般认为活性炭通过吸附而发生作用,它可以吸附培养基中的有害物质,包括琼脂中所含的杂质,外植体在培养过程中分泌的酚、醌类等对外植体自身有害的物质以及蔗糖在高压灭菌时产生的5-羟甲基糠醛。但活性炭同时又能吸附生长调节物质、维生素B6、叶酸和烟酸等有益物质。因此,需要考虑活性炭的用量。

活性炭在植物组织培养中的应用

培养物对培养基中的添加物,尤其是植物生长调节剂的种类和浓度非常敏感,但关于活性炭吸附何种物质和吸附能力尚缺乏直接和确切的证据。有报道说IAA和2ip与活性炭结合得非常快,NAA、KT、BA也能同活性炭结合。有关活性炭吸附能力的研究报告,仅检索到1988年卜学贤、陈维伦发表在植物生理学报上的《活性炭对培养基中生长调节物质的吸附作用》一篇。该论文中说,在pH3.5~6. 5范围内,活性炭吸附BA的能力无明显变化。随着活性炭颗粒的加大,活性炭吸附能力急剧下降。每毫克直径小于0.13mm的分析纯粉状活性炭大约能吸附100ug左右的生长调节物质。这说明只需少量的活性炭就可以吸附培养基里常用浓度的。从菊花、双色矶松、矮牵牛的组培试验可以看出,同时加有0.5%活性炭和生长调节剂的培养基与只加有活性炭的培养基相似,不表现生长调节物质的作用。

在组织培养中活性炭主要用于以下几个方面:

一、促进芽的增殖、茎和苗的生长

在茎尖培养和茎段培养时,为防止褐变和有害物质的积累,常在培养基中加入适量活性炭。波涛活性炭厂家研究表明,果蔗茎尖培养时培养基中加入0.05%的活性炭对防止培养基褐变有良好的效果,有利芽的诱导和增殖。在防止褐变方面,研究表明,活性炭的防褐效果优于Vc和半胱氨酸。在香蕉茎尖培养时也发现,活性炭可改善外植体褐变情况,而Vc不仅不能改善外植体褐变情况,反而使其褐化程度加深。但当Vc与活性炭配合使用时,其合适的浓度组合却比只使用相同浓度的活性炭时更能改善外植体褐变情况,其中机理尚不清楚,有待进一步研究。

在库拉索芦荟芽增殖培养中发现,将消毒嫩茎接种于附加不同糖、生长调节剂和活性炭的培养基,当活性炭为0.3%时,平均增殖芽30个;当活性炭为0.5%时,平均增殖芽41个。活性炭对葡萄试管苗的生长有促进作用,不仅表现在株高和叶片数上,而且其植株也比对照生长健壮、叶色深绿。在成苗培养基上添加0.2~1.0%的活性炭,对提高成苗率和提高大苗的百分比有着明显的效果,且在此范围内活性炭的用量与其促进效果成正相关。活性炭还可促进中国水仙、百合、大花蕙兰小球茎,马铃薯微型薯的形成,加快繁殖速度。但有人认为活性炭对苦楝和臭椿的丛生芽及嫩茎的诱导有抑制作用。

在甜樱桃组织培养中发现,甜樱桃组织培养时在培养基中加入250mg/L的活性碳,生长表现很好,试管苗增殖5.1倍,苗高4.5cm;活性炭为500mg/L时,增殖43倍,苗高36cm;当活性炭浓度增至750~1000mg/L时,增殖效果明显下降并受到抑制。可见在适宜的浓度范围内,活性炭对试管苗的生长有促进作用,而高浓度时,则起抑制作用。

二、用于生根培养基

活性炭广泛的应用是用于培养物的生根。一般认为活性炭创造的黑暗环境有利于根的诱导和根系的生长。在甜樱桃组织培养中,添加500~1000mg/L活性炭生根率为95.7%~100%添加2000~4000mg/L活性炭时,生根率大幅度下降,茎的木质化程度也随浓度的增加而增加。不加活性炭的试管苗根系愈伤化加重,根的组织疏松并褐化,需降低生长素浓度。加入活性炭培养的生根苗移栽成活率均高于对照,且随浓度的增加(1000~4000mg/L)成活率由92.6%提高到100%,移栽后6天即产生次生根,茎叶开始生长,而对照的生根苗成活率仅46.3%。但在梨生根培养基中加入活性炭不仅不能促进生根,反而显著的抑制生根,主要原因可能是活性炭吸附了培养基中的生长素。

在苹果试管苗生根中发现,在培养基中仅含0.5mg/LNAA时,新稍基部产生愈伤组织,没有生根;在0.05%活性炭存在条件下,0.5mg/L和3mg/LNAA均未能表现作用,与仅含0.05%活性炭处理相似,附加5.5mg/LNAA能表现一定作用,8mg/LNAA效果较佳。这表明活性炭吸附生长素,但生长素浓度大时,被吸附后还有一定剩余,与活性炭同时发挥作用。甜柿试管苗生根困难,添加活性炭有利于其生根,且根健壮,移栽易成活,这可能与活性炭能够提供暗环境和对培养基中的代谢有害物质的吸收的双重效应有关。另外在葡萄试管苗生根中,添加活性炭根生长加快,而且质地柔韧不易折断,对照的根虽然稍多些,但粗短质脆。

三、用于胚培养,促进成苗

在许多植物的胚培养时,也用到了活性炭。甜柿含酚类物质较多,组培时褐变严重,从而增加了胚培养的难度,需添加抗氧化剂,研究发现,活性炭抗褐化效果比柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮效果都好。在培养葡萄胚珠时也发现,培养基中加入0.1%活性炭可减轻组织变褐和培养基变色,并产生较少愈伤组织,而不加活性炭则组织变褐,并因产生愈伤组织过多而死亡。在培养基中加入活性炭能促进早熟桃萌发成正常苗,且促进根系生长,幼苗健壮,提高了试管苗的质量。

核果类果树的一些品种,特别是早熟品种的胚往往发育不全,在胚培过程中,一般需经过2-3个月的低温处理(1~-40℃),才能打破休眠。近年来一些研究表明,在培养基中加入GA或BA可代替低温打破休眠。早熟杏胚培养中,活性炭存在情况下,打破休眠所需BA的浓度大幅度提高。在培养基中活性炭为0.02%时,10mg/LBA和5mg/LIAA配合效果较好,成苗率达到83.3%与对照相比,幼苗健壮,根系发达;在培养基中活性炭为0.05%时,上述激素组合,成苗率仅为25%,与20mg/LBA和5mg/LIAA配合成苗率达50%苗高与0.02%活性炭与10mg/LBA和5mg/LIAA组合无明显差异,但根长明显高于后者。有人发现,无活性炭时仅需0.5mg/LBA即可有效打破杏和苹果胚的休眠,而在加有200mg/L活性炭的桃幼胚培养基中则需要10mg/L的BA才能打破休眠。

四、用于花药培养

花药培养的主要目的是诱导花粉发育成单倍体,可以快速地获得纯系,缩短育种周期。但实践表明,小孢子的启动发育对药壁组织有相当大的依赖关系。目前对小孢子启动和进一步发育的机理和条件了解不多,花粉培养难度较大。活性炭用于花药培养是Nakamura等首先提出的。目前,已经在油菜、马铃薯、烟草、玉米、黑麦、小黑麦、龙眼、辣椒、甜椒和水稻的花药培养中得到应用。

经研究发现,活性炭对于水稻花药培养一次成苗的诱导率、分化率和绿苗率有明显的抑制作用,可能由于活性炭的吸附作用,小孢子的发育条件得不到满足。但对多级成苗的生根壮苗有显著的促进作用,可能由于外殖体对培养基的要求降低,随代谢增强,不断向培养基中分泌有毒物质,活性炭通过吸附培养基中的有毒物质而促进外殖体的生长。有人发现在玉米花药培养中所有加活性炭的处理的胚状体分化和绿色小植株产生的百分率均高于未加活性炭的对照。也有人发现活性炭(0.5g/)加入玉米花药培养基中能显著地提高胚诱导效率。海热古力(2001)的玉米花药培养试验也证明活性炭有利于玉米花药培养。

综上所述,活性炭主要应用于以上四方面,四方面的应用中都有积极作用。活性炭对生长的影响包括两个方面,一是对根茎生长的直接作用,其机理尚不清除;二是通过间接的吸附作用改变培养基中生长调节剂的有效浓度。在一定浓度范围内,活性炭可发挥其吸附特性的正效应,即吸附对外植体分化发育有害的物质;当浓度继续增加则出现负效应,即吸附对外植体分化发育有益的物质。不同培养物对生长调节物的要求是不同的,因此,对不同培养物不同阶段的培养,要做具体试验来确定其用量。

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