植物组织培养中的褐变现象及其防止措施

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1、植物组织培养中的褐变现象 学生姓名：范荣艳学号：20085071093生命科学学院生物科学专业指导教师：远凌威职称：讲师摘要：细胞受损后，由于细胞区隔作用被破坏，毒性酚类或其氧化物醌类物质毒害细胞，导致组织褐变，植物组织培养过程中培养低效或失败。褐变是植物组织培养中三大难题中的首要问题，决定组培的成功与否。本文分析了褐变的原因及影响因素，讨论了几种防止措施和解决途径。关键词：组织培养；褐变；影响因素；解决途径Abstract:Celldamage,whichdestroyedtheroleofcelldifferentia

2、tion,makesthecellspoisonedbytoxicphenolsorinfra-redspectramaterial,leadingtothebrowningoftissueandtheprocessofplanttissuecultureinefficientorfail.Browningisthepremierfactorofthethreemajorproblemsintheplanttissueculture,decidingthesuccessoftissueculture.Thispaperan

3、alyzesthereasonsandfactorsofbrowning,anddiscussesseveralpreventivemeasuresandsolutions.KeyWords:Tissueculture;browning;influencingfactors;solutions引言近30年来，组培技术大量应用于花卉生产、农作物栽培以及特种经济植物的幼苗、脱毒苗，使作物种植逐步走向集中控制化、规模化、自动化、不受自然影响的工厂化生产。尽管组织培养方面理论研究比较成熟，但在试验和生产过程中常常会遇到外植体褐变、

4、污染和玻璃化现象这三大难题，而褐化能否得到有效控制是植物组织培养能否成功的关键所在。褐化现象主要发生在外植体、植物愈伤组织的继代培养、悬浮细胞培养、花药培养以及原生质体的分离与培养中。褐化产物不仅使外植体、细胞、培养基褐变，而且抑制外植体正常的生理生化反应，影响外植体的生长与分化，甚至导致其死亡。所以，如何防止或减少褐变显得尤为重要。1褐变的定义9褐变是植物组织培养中一种普遍存在的现象，是由于组织中多酚氧化酶被激活，使细胞酚类物质被氧化而产生棕褐色醌类物质，这种褐变现象又被称为酚污染。多酚类物质及其氧化物醌类物质会抑制其它

5、酶的活性，从而毒害整个外植体，严重影响外植体的脱分化、再分化和生长。褐变这种现象与菌类污染和过度含水化(即玻璃化)并称植物组织培养的3大难题。目前褐变已成为植物组织培养发展的一大障碍[4]。2褐变的类型根据褐变发生的原因，常把褐变分为非酶促褐变和酶促褐变。其中酶促褐变是组织培养中的主要褐变现象。2.1非酶促褐变非酶促褐变是由于细胞受胁迫或其他不利条件影响所造成的细胞程序化死亡或自然发生的细胞死亡，即坏死形成的褐变现象，并不涉及酚类物质的产生。诸多不利条件都可以造成细胞的程序化死亡，但这种褐变若采取适当措施或者愈伤组织适应了

6、胁迫环境就不再发生。 2.2酶促褐变多数认为，植物组织培养中的褐化现象主要是由酶促褐变引起的。酶促褐变如同一般的酶促反应，其发生必须具备三个条件，即酶、底物和氧。引起褐变的酶有多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶等。从初次培养和继代培养过程中试管苗的褐变程度和PPO的活性来看，表明PPO活性的高低是引起培养材料褐变的关键。引起褐变的酶的底物主要是酚类化合物，按其组成可分成3类:苯基羧酸、苯丙烷衍生物、黄烷衍生物（表1），但并非所有的酚类物质都是PPO的底物。在正常发育的植物组织中,底物、氧气、PPO同

7、时存在并不发生褐变，是因为在正常的组织细胞内由于多酚类物质分布在细胞的液泡内，而PPO则分布在各种质体或细胞质中，这种区域性分布致使底物与酶被质膜分隔开来。但当外植体或培养材料处于机械损伤等逆境，或细胞受伤或衰老时，细胞膜结构或细胞中物质区域化分布的破坏会导致酚氧化酶释放或合成，如果此时在合适的pH和温度等条件下，酚氧化酶、酚类(底物)和氧发生酶促氧化反应，形成有毒的棕褐色醌类物质,从而使组织发生褐变。此外，组织的老化或病变也可激活酚氧化酶而引起褐变。9表1酚类化合物的酚类类名典型化合物苯甲羧酸羟基苯酚、儿茶酚、没食子酸、

8、莽草酸苯甲烷衍生物绿原酸、肉桂酸、香豆酸、咖啡酸、单宁、木质素黄烷衍生物花青素、黄酮、芸香苷3影响褐变的因素3.1基因型不同种植物、同种植物的不同类型或品种，在组织培养中发生褐变的频率和程度都存在差异。这是由于各种植物表达的多酚类物质种类、含量以及酚氧化酶的种类、活性存在差异，有些植物种类组织培养较易成