植物组织培养及其应用（2）

 

　　（二）组织的分化与器官建成 

　　1、维管组织的分化 

　　早期研究发现（Wetmore，1955），丁香的芽可以诱导邻近的组织分化出维管束，后证明这是芽中IAA的作用。将一块含有14C-IAA和蔗糖的琼胶楔形物插入到愈伤组织切口中，14C-IAA表明蔗糖和IAA通过琼胶扩散到愈伤组织，从而在愈伤组织中造成这两种物质的梯度，在楔形物一颇有同感形成维管束的瘤状物，瘤状物含有一形成层带，一面形成韧皮部，一面形成木质部，与正常的维管束有类似的排列。增加IAA的浓度，导致木质部形成，增加蔗糖浓度则导致韧皮部形成。生长素水平恒定时，2%蔗糖则全部分化出木质部，4%蔗糖几乎全部分化出韧皮部，3%蔗糖则可以分化出二者。所以，生长素和蔗糖浓度决定愈伤组织中维管束的类型与数量。 

　　Rier和Beslow进一步报道，蔗糖不仅影响细胞的数目，而且影响其结构。低浓度蔗糖（0.5%）诱导出环纹和梯纹管胞，1.5-3.-5%蔗糖诱导出梯纹和网纹细胞。 

　　细胞分裂素类对促进木质部形成也有作用。它们使碳水化合物代谢趋向于五碳糖途径，促进木素前体苯丙烷的合成，不同的细胞分裂素作用不同。玉米素>激动素>6-BA（6-苄基腺嘌呤），NAA/激动素的比值为0.5/20时有木质部发生和根形成，而比值降为0.025/0.4时，只发生木质部而不发生根，赤霉素（GA）、乙烯、脱落酸对木质部发生有抑制作用。 

　　2、根和芽的分化 

　　外植体诱导出愈伤组织后，经过继代培养，可以在愈伤组织内部形成一类分生组织（meristemoid）即具有分生能较往年小细胞团，然后，再分化成不同的器官原基。有些情况下，外植体不经愈伤组织而直接诱导出芽、根。所以器官发生有两种方式，即直接和间接的。 

　　（1）外植体→器官发生（根、芽或胚状体）→再生植株。 

　　（2）外植体→愈伤组织→类分生组织→根、芽→再生植株。 

　　根是组织培养中易形成的器官，早在30年代，就看以胡萝卜培养物中根的形成，以后又在多种植物中看到，同一植物不同器官可以诱导出根来：如棉花幼苗子叶、下胚轴切段、油菜叶片、叶柄、下胚轴等，多种植物愈伤组织也易生根。 

　　形成芽的培养基条件常有不同，有时芽与根可以同时在组织培养中形成，一般说，培养物中形成的芽如胡萝卜悬浮培养，油菜愈伤组织等。在组织培养中通过根、芽诱导再生植株方式有三种：一种在芽产生之后，于芽形成的基部长根而形成小植株，一种是在根上生长出芽来，另一种即在愈伤组织的不同部位分别形成芽和根，然后两者结合起来形成一株植物。 

　　除营养芽之外，在组织培养中有时也有花芽的形成，如烟草、花生等。也有变态器官的形成，如百合鳞片切块分化出的芽，形成小鳞茎，唐菖蒲茎端可诱导形成小球茎，马铃薯的茎切段可以形成块茎。 

　　植物激素的成分影响着器官建成， Skoog和Miller等所提出的生长素和激动素比例决定根和芽分化的观点，曾被大量的试验结果所证明。 

　　在很多禾谷类作物的组织培养中发现，用较高浓度的生长素（2，4-D）诱导形成的愈伤组织，当培养在除去生长素，或适当浓度的活性较低的生长素中时，就可以诱导芽的形成。Nitsch等用Linsmaier(LM)培养基附加10-5摩尔2，4-D培养水稻愈伤组织可以生根，一旦转入无生长素的培养基时就能产生芽。Rangan将小米愈伤组织从含生长素的培养基转移到无生长素的培养基，一个星期内就形成了芽。 

　　但在另一些例子中激素比例控制器官分化的问题则出现完全相反的情况。苜蓿在有2，4-D和细胞分裂素的培养基中，可以形成愈伤组织，转入不加以上两种激素的培养基中能分化，但分化的情况与原来的激素比例有关。如果愈伤组织是在高细胞分裂素/生长素比例的培养基中形成的，易于生根，而在高生长素/细胞分裂素比例的培养基中形成的，易于生根，而在高生长素/细胞分裂素比例的培养基中形成的愈伤组织，则易生芽。由此看来，分化与激素的关系同植物的遗传性有着密切的关系，用五个品种的烟草做实验，用相同的生长素/细胞分裂素比例，结果有的品种形成很多芽，有的形成很少芽，有的完全不生芽。 

　　培养基的物理因素和外界条件对器官建成有一定影响。固体培养基有利于诱导愈伤组织，而液体培养基有利于细胞和胚状体增殖。蓝光有利于芽的分化，而红光、远红光对芽分化有抑制作用，但促进根分化，紫光对生芽有刺激作用。石刁柏、虎耳草属、凤梨科植物分化前期需要低光强（1000勒克斯），后期要求高光强（3000-10000勒克斯），降低氧浓度促进胡萝卜愈伤组织芽的形成，增加氧浓度促进不定根形成。 

　　3、胚状体是指在组织培养吕从一个非合子细胞，通过合子胚相似的胚胎发生过程所形成的胚状结构。从胚状体可以形成完整的植株，这是植株细胞全能性的最强有力的一个证据。 

　　50年代末期，Steward等人从胡萝卜的韧皮部用液体培养基通过游离细胞的分化，获得了胚状体。据统计，在植物组织培养中具有胚状体分化能力的种子植物已达117种，分属43科，75属。 

　　在植物组织组织培养中，诱导胚状体与诱导芽相比较，具有显著的优点，一是数量多，二是速度快，三是成苗率高。由于胚状体具有这些优点，所以在育种工作及园艺工作中，可用胚状体作为特定的优良基因型个体的无性繁殖手段，同时在研究胚胎发育中也有很重要的理论意义。 

　　培养基的激素成分和氮源影响胚状体的发生。有的植物可在无激素培养基上诱导出胚状体，如烟草、曼陀萝、水稻、小麦花药培养；有的植物需要生长素与细胞分裂素的一定比例诱导胚状体，如油茶、酸枣、桃等。石龙芮下胚轴，石刁柏愈伤组织，还有一些植物先在有激素的培养基上，然后转入无激素培养诱导胚状体。有人证明培养基中还原态氮对胚状体有利，但我国使用的N5培养基硝酸盐含量高，也有很好的作用。水解酪蛋白或多种氨基酸对胚状体发生有促进效应。 

胚状体的发生还与外植体来源和年龄、培养的时间、植物的遗传型等因素有关。