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园艺植物组织培养中的褐化现象及抗褐化研究进展

时间:2016-03-25 11:22 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:周俊辉,周家容,曾浩 点击次数:

  摘要:对园艺植物组织培养中的褐化现象,参与褐化反应的酚类物质和酚氧化酶,影响褐变的生物因素、培养基种类和成分、培养条件等因素的研究进展作评述,并综合提出减轻褐变的有关措施。
  关键词:园艺植物;组织培养;褐化;防治褐化措施
  在园艺植物组织培养中,经常发现外植体或培养物的褐化、枯死现象,这种褐化现象又被称为酚污染,对诱导外植体的脱分化和培养物的再分化产生严重影响,以至对某些植物的组织培养能否取得成功起决定性的作用。对这一问题,国内外文献均有讨论。作者就有关褐化现象的机理、影响褐化的因素及减轻褐化的措施等研究进展作一概述。
  1褐化的机理
  1.1褐化现象
  在自然条件下,细胞中的酚和醌之间保持一种动态平衡,醌类物质水平较低。当细胞受伤或衰老时,酚氧化酶释放或合成,在合适的pH、温度等条件下,酚氧化酶、酚类物质(底物)和氧气聚合发生氧化反应,形成有毒的酿类物质。当外植体组织被切割和接种时,损伤切面细胞中酚类物质被氧化成酿,切面迅速变成棕褐色或暗褐色,这些褐色物会逐渐扩散到培养基中,抑制其它酶的活性,毒害整个外植体组织。此外,由于组织的老化、病变使酚氧化酶激活而引起褐变。故在愈伤组织培养、细胞悬浮培养、原生质体培养中,也存在褐化现象。
  1.2酚类物质
  Durand等检验证实浸过巨桉组织的水能抑制水堇、番茄种子的发芽生根,用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)处理后的浸渍水不再有抑制作用,说明由PVP所结合的酚类是渗出物中的抑制因子。植物体内的酚类物质,特别是类黄酮在光照下的含量比在黑暗下要多得多。还发现某些抑制剂在水中会分解。Chevre报道在板栗组织培养中所产生的酚类有浓缩型和水解型两种。其他报道的酚类物质,如苹果砧木M9中是根皮苷,核桃、板栗中是单宁,云杉中则为单宁和苯酚,油橄榄中是绿原酸。
  1.3酣氧化酶
  通常认为酚的氧化酶是多酚氧化酶(PP〇)和酪氨酸酶,另外还报道有儿茶酚酶、甲酚酶和酚酶、过氧化物酶。在苜蓿细胞的悬浮培养中用苜蓿斑点蚜虫唾液(显不酣氧化酶活性)处理,结果表明解虫唾液和酪氨酸酶两者均能增加酚类物的分泌,导致悬浮培养物的褐化。研究表明,PPO是一种含铜的蛋白,其活性依赖于铜的氧化还原作用,不耐热,在45~50t以上活性迅速下降,40°C以下则保持稳定的活性。
  2影响褐化的因素
  2.1基因型
  据报道,组织培养中存在褐化现象的果树植物有:银杏、美味猕猴桃、软枣猕猴桃、狗枣猕猴桃、葛枣猕猴桃、苹果、梨、桃、悬钩子、板栗、无花果、葡萄、龙眼、荔枝、腰果、阿月浑子、核桃、柿、油橄榄、香蕉、大蕉、椰子、油棕、海枣、咖啡等;观赏园艺植物有:瑞香、卡德兰、兰属、大花茉莉、倒挂金钟、观赏羽衣甘蓝、花烛、郁金香、牡丹、凤梨、飞燕草、风铃草、紫叶黄栌、大岩桐、苜蓿、茶树、桉树、东北红豆杉、巴拉圭冬青等;蔬菜植物有番茄、芹菜、芋、魔芋等。
  由于酚类物质含量和酚氧化酶活性上的差异,有些植物种类或品种组织培养难于成功,有些则容易成功。如在芭蕉属中的香蕉、大蕉等种类中,B基因越多,茎尖组织褐变程度越重,繁殖成功率越低。荔枝的幼胚培养褐化率,绿沙品种较高,东刘1号较低。
  2.2外植体的生理状态
  一般来说,褐变随材料的年龄和组织木质化程度而增加。Gannoun等报道,阿月浑子2年和4年生材料培养获得成功,但8年和26年生材料则出现褐变现象。引起褐变的物质也因生长季节不同而有差异。卡德兰在新茎旺盛生长的6~9月间褐变物显著增加,在生长较弱的冬春季则显著减少。核桃、欧洲栗、海枣、牡丹也有类似的情况。相反,红豆杉在旺盛生长季节的幼嫩茎段褐变少。巴拉圭冬青采自温室的茎段比采自田间的进行培养时褐变轻。巨桉组织培养的母株要求置于短日照下生长。

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