组培苗玻璃化问题

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1、组培苗的玻璃化问题日期:2010年4月1日 来源:互联网 作者:植物组培网 点击:908在进行植物组织培养时,经常会发现试管苗生长异常,表现为试管苗叶、嫩梢呈水晶透明或半透时,水浸状;整株矮小肿胀、失绿;叶片皱缩成纵向卷曲、脆弱易碎;叶表缺少角质层蜡质,没有功能性气孔,不具有栅栏组织,仅有海绵组织。这种试管苗生长异常现象就是P.Debergh(1981)首先命名的“玻璃化”(Vitrification)。是植物组织培养过程中所特有的一种生理失调或生理病变。玻璃苗中因其体内含水量高,干物质、叶绿素、蛋白质、纤维素和森质素含量低、角质层、栅栏组织等发育不全,表现为光合能力和酶活性降

2、低,组织畸形,器官功能不全,分化能力降低,所以很难继续用作继代培养和扩大繁殖的材;生根困难,移栽后也很难成活。植物微体快速繁殖时玻璃苗的出现已成为一种很普遍的现象,该苗有时多达50%以上,严重影响繁殖率的提高,已成为茎尖脱毒、工厂化育苗和材料保存等方面的严重障碍,造成人、财、物的极大浪费,所以试管苗下班化现象对植物组织培养的危害是相当严重的,也是亟待解决的问题。(一)玻璃苗发生的因素琼脂和蔗糖浓度与玻璃化成负相关,琼脂或蔗糖浓度越高,玻璃苗的比率越低。Daniel G. W. Brown认为玻璃化可能是培养基渗透势不当所致。碳源不仅为芽的形成提供能量,而

3、且也起渗透调节作用,主要影响培养基的渗势(Salisbury等)。随琼脂浓度及纯度的增加,培养基硬度增加,从而影响其衬质势和水分状况。Debergh等研究表明,液体培养基的水势影响玻璃苗的形成,Ziv等认为只要降低培养容器中的相对湿度,就可以降低玻璃苗的比例。刘思颖等(1988)测得丝石竹玻璃苗叶片的水势约为正常苗的1.9倍,含水量为正常苗的2.09倍—2.21倍。自由水和高湿度可能与肉质嫩梢的形成有关。Davis等研究表明,液体培养是导致玻璃化的主要原因。可以断定,试管苗玻璃化可能是培养基内水分状态不适应的一种生理变态。许多学者证明培养基中BA浓度和培养温度与玻璃化成正相关,

4、BA浓度越高或培养温度越高,玻璃苗比率越大。Debergh曾用14C-KT研究表明,随琼脂浓度的增加,KT利用率降低。同时也证明,随BA浓度的增加,玻璃化率增加。Bornman等用14C-BA研究表明,14C-BA的积累与不定芽分化和玻璃化是同步的。玻璃化苗的一个重要特征是叶脉明显加长,而GA3也有类似效应,也许GA3促进了细胞过度生工,从而导致玻璃化。生长素可以改变细胞壁的机械特性,使其具有更大的可塑性。许多研究表明,非受伤的物理和化学协迫可以增加乙烯的合成。玻璃化被认为是一种非受伤协迫条件下形态上的反应。玻璃苗苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性低于正常植株。在协迫条件下乙烯的快

5、速合成,又通过抑制氨基环丙烷羧酸(ACC)酶的形成,对乙烯起反馈调节作用。通过改善气体交换防止玻璃化形成,可能与克服乙烯反馈抑制有关。一种与膜有关的过氧化物酶直接或间接掺入ACC合成乙烯。现已证明,IAA-氧化酶体系至少在乙烯合成的最后一步起作用。IAA含量降低将进一步通过IAA调节S-腺苷甲硫氨酸(SAM)转化成ACC这一过程,从而降低了乙烯形成。Kevers等曾证明,对于玻璃苗,碱性过氧化酶同功酶活性增加,而酸性同功酶活性降低。但总可溶性过氧化物酶活性增加,仅限于碱性提取物。有人认为,玻璃化的形成主要是膜的效应而与核酸无关。乙烯促进了叶绿素分解及细胞的畸形发展。乙烯处理破坏

6、了膜的结构,随着细胞壁解离,细胞内积累有在量纤维素及泡状物质。可见,乙烯对玻璃化的影响,与改变组织的生理生化及纤维结构有关。 Hakkart F. A.等认为玻璃苗是培养瓶内气体与外界交换不畅造成的。密闭的封瓶口材料是导致玻璃化的原因之一(陈国菊等1992,李云等1996)。培养基中高的含N量,特别是高的氨态N,也是导致玻璃化的因素。有人发现不同部位的节段外植体与玻璃化有关,以留兰香基部节段所形成的试管苗玻璃苗严重,中部茎段次之,茎尖最好(柴明良);重瓣丝石竹中部茎段出现玻璃苗较多,基部茎段较少,茎尖没有(郭达初)。郭东红等(1989)认为瑞香茎尖外植体

7、大小与玻璃化相关,茎尖外植体越小,出现玻璃苗比率越大。(二)玻璃苗发生的机理 Kevers等的试验表明,苹果砧木M7等的玻璃苗是由于过氧化物酶——吲哚乙酸氧化酶系统控制的乙烯过饱和的影响,并认为细胞激动素和NH4+离子的过剩是一种最初的胁迫,受胁迫的试管苗在乙烯过剩的空气中,抑制了乙烯的生物合成,结果降低苯丙氨酸解氨酶(PAL)和酸性过氧化物酶的活性,从而妨碍组织木质化,导致形成玻璃苗。一种诱导协迫(过多的细胞分裂素和NH4+),可以通过酚含量的快速化调节不断增加的过氧化物酶活性。乙

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