空间植物组织培养的优化方法探讨.pdf

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1、载人航天2011年第3期成果应用空间植物组织培养的优化方法探讨张岳郑慧琼(中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所)摘要空间微重力环境中将生物材料培养好是确保空间实验成功的一个重要前提。采用空间实验模拟培养盒和实验室常用的培养皿进行拟南芥愈伤组织的优化方法研究。实验结果表明：相对密闭的小环境中，氧气供应不足是实验细胞生长发育的主要限制因素，在培养基中添加O．002mg／ml硝酸银和1％29性炭可以明显提高细胞对缺氧的耐受性．关键词空问实验植物组织培养分类号V419．6文献标识码A拟南芥文章编号1674

2、—5825(2011)03—0058—07l引言空间实验是以人类长期空间生活所必需为研究目的，在空间培养或栽培植物，评估作物在空间产生种子的生长条件，筛选适合空间种植的植物品种，了解在没有重力和完全封闭条件下植物生长发育的主要问题等是很重要的空间实验。尽管目前在空间已进行了多次植物生长试验，但是要在空间成功地利用植物生产粮食与蔬菜，尚需解决包括重力在内的诸多与植物生长发育有关的环境因子的影响问题。随着分子生物学的研究进展，载人航天的纵深发展，空间站的建立、月球探测、火星和小行星的探测成为人类探测宇宙的未来发

3、展规划，也预示空间生物学研究的迫切性。但是，目前飞行器用于空间生物学实验的功耗及培养空间十分有限，常规的植物培养需要较大的培养空间，在资源有限的情况下要获得较好的实验结果十分困难。因此，植物细胞培养的体积小、培养基成分可控、没有特殊的光照要求等成为空间生物学研究重要体系。而植物细胞培养的容器及培养条件是获得有价值的空间实验数据的关键，但是，当前这方面的资料十分有限。美国NASA常用的细胞培养容器有以下几种：(1)CeHCultureModule(CCM)，该系统可供多种生物学样品进行培养，可变温，可为药物，

4、激素，放射性标签及其他实验所用。(2)SingleLoopforCellCul—ture(SLCC)。SLCC的容积为10ml，6个SLCC装在一个培养箱，可进行细菌和各种动植物细胞培养。(3)BiotechnologySystem(BTS)，BTS是在“和平号”空间站中用于动物组织培养，蛋白晶体生长等生物学实验的容器。欧洲ESA常用的生物培养容器为theEuropeanModularCultivationSystem(EMCS)，既可以用于短期飞行实验，又可用于长期的空间站实验。空间细胞培养装置的一个发展

5、趋势是培养装置的标准化、模块化，已多次在空间进行过哺乳动物细胞、细菌、鱼、植物和小昆虫的飞行实验【11。我国空间实验容器也是微量化的，卡式玻瓶容积25ml，改良的动态细胞培养系统(DCCS)包括两个培养室，每个容积2mlt21。“实践8号”利用小型密闭培养成功地进行了青菜从种子萌发到开花传粉的全过程的培养实驸3l。有限的空间内提高生物样品的培养效率是空间实验取得成功的一个前提条件。本实验利用中德合作项目中使用的模拟空间实验培养容器对拟南芥愈伤组织进行培养实验，研究在较小培养体积和环境中获得最优化实验结果的方

6、法，包括培养基组成、愈来稿日期：20lo-10-18；修回日期：201l埘_05。作者简介：张岳(1976．O仁)。女，博士。助理研究员，主要从事空间生物学研究工作。58成果应用载人航天2011年第3期伤组织大小、愈伤组织重量等，为进一步的进行的空间植物细胞培养提供参考。2实验材料与方法所有实验均为培养21d观察愈伤组织的生长状态，每个实验至少做3个皿的重复实验。2．1愈伤组织诱导和继代培养拟南芥(ArabidopsisthadiaflaCV．columbia)种子经过75％酒精lmin、10％次氯酸钠消毒

7、4min，再用无菌水冲洗3—5次后，播种于添加了2mg／12，4一D的MS培养基I蜘上，进行诱导培养。24周后，将新诱导出的愈伤组织转移至相同的培养基进行继代培养。继代培养34月后，将愈伤组织接种至2mg／l2，4一D的MS液体培养中，建立悬浮细胞系。最后，在正式实验前20d将数对生长期的细胞接种于含有2m矾2，4一D的MS固体培养基上，进行预培养14d，选取生长状态较好的细胞(细胞呈淡黄色，表面有光泽)作为待用材料。2．2优化激素配比与培养的方法直径为6cm的培养皿中倒入MS培养基10ml，培养基中激素配

8、比(2，4一D：BA)分别为：0．5：0．1、0．5：O．2、1：0．1、1：0．2、2：O．1、2：0．2、2：0(mg／l：mg／1)。每个培养皿中接种4块愈伤组织，每块愈伤组织直径约为5mIn。2．3优化接种愈伤组织块直径对愈伤组织生长的影响的方法向直径为9cm的培养皿中倒入含有2mg／l2，4一D的MS培养基20ml，每皿培养基中接种的愈伤组织块直径分别为：lmm、2ram、4mm、5mm、6mm。2．4