植物组织培养中玻璃化问题研究进展.docVIP

摘 要：综述了组织培养中易出现玻璃化苗的植物种类、玻璃苗的形态解剖特征、生理生化特征、玻璃苗的成因以及防治玻璃苗形成的措施等。易出现玻璃化的植物种达80多种，其中草本植物多于木本植物。玻璃苗的组织含水量明显高于正常苗；糖代谢发生障碍，降解加快，利用滞缓；蛋白质含量及酶活性降低，叶绿素含量显著低于正常苗。取材部位及外植体大小、光照、温度、封口材料、培养基的类型、植物激素等条件不适合都可能引起玻璃化现象。提出了相应预防措施，为克服试管苗玻璃化提供有效的参考。 关键词：组织培养；试管苗；玻璃化；生理生化；培养环境 长期以来，植物组织培养中存在三大亟待解决的问题——外植体污染、褐化和玻璃化现象，这些因素严重阻碍了植物组培工作的进程。作为三大问题之一的玻璃化现象自从20世纪60年代就受到了关注，Phillips、Hackett等最早描述了石竹茎尖培养时所出现的半透明的异常试管苗现象[1-2]。对玻璃化现象进行系统而又全面的研究是在1981年，Debergh等明确提出了试管植物“玻璃化作用”（vitrification）这一概念。从此，组织培养中玻璃苗的成因和各种防范措施引起了人们的广泛注意。 “试管苗玻璃化”是指在进行植物组织培养中，试管苗生长异常，叶、嫩梢呈透明或半透明的水浸状，芽苗矮小肿胀失绿，叶片皱缩成纵向卷伸，脆弱易碎。这些试管苗在培养过程中发生了一种生理失调或生理病变，表现出分化能力低，难以增殖成芽，也难以生根成苗。目前，在对许多植物进行微体繁殖的过程中，玻璃苗或多或少都会发生，出现率达到100% 。本文在查阅国内外有关试管培养材料玻璃化的形成机理，诱发因素和防治措施等多个方面的基础上，结合自己的研究，提出了相关的看法，以期与同行们商榷。 1 易出现玻璃化现象的试管苗植物 在组织培养过程中，试管苗的玻璃化现象普遍存在，草本与木本植物中均有发生，目前已报道出现玻璃化苗的植物达80多种，草本玻璃化植物多于木本植物。已报道易出现玻璃化苗的木本植物有倒挂金钟、松、樟、瑞香、北美红杉、榕树[10]、琴叶榕、垂柳、美洲绿桤木[10]、陆地棉[11]、月季[11]、珠美海棠、西府海棠[12]、厚荚相思[13]、苹果[14]、红桎木[15]、花楸[16]、红叶石楠[17]、细叶桉[18]、桉树[18]等。草本植物有卷丹、石刁柏、叶子花、彩叶草、紫花苜蓿、菊花、旱芹、彩叶芋、一品红、二色补血草、矮牵牛、香雪球[1O]、金色补血草[10]、马蹄莲[10]、韭葱[10]、芥菜、洋桔梗、天门冬、薄荷、神灯白掌、黄瓜[20]、西瓜[20]、水仙[20]、香石竹、菘蓝[22]、蝴蝶兰[15]、日本粗榧[15]、鸡冠花[23]、大花蕙兰、油菜[24]、花椰菜[24]、重瓣丝石竹、绿巨人、满天星[26]、胡椒[27]、非洲菊[28]、洋蓟等。 2玻璃苗的形态解剖学特征 玻璃化现象是植物组织培养中特有的一种生理病变，是培养环境中的一些物理、化学因素和生化因子共同作用使植物组织新陈代谢紊乱所致[10,29-30]。玻璃化苗变为矮小肿胀，无节间或节间很短，呈现莲座状，顶梢和叶片部分或全部失绿、为半透明、水浸状，叶片皱缩反卷，芽苗不易分化和生根[31]，Debergh等对洋蓟玻璃苗的形成过程进行了详细阐述：叶片和小叶柄逐渐显示出多水，丛生叶中央的幼叶逐渐肿胀，然后肿胀的小叶突然明显地生长，长度约为正常叶的5～6倍，随后绿色叶片变为半透明，最终坏死。 对于组培中形成的玻璃苗解剖结构很早时候就有学者进行了相关研究，其总体解剖学特征是：叶绿体中基质和基粒的组织结构异常，叶绿素含量低，果胶及纤维素等发育不良，叶肉细胞间隙大，表皮组织发育不良，气孔器数量多少不等但功能失常，微管组织联系有缺陷，薄壁组织过度生长，栅栏组织减少或无[32]。陈国菊等在进行荠菜离体培养时，切取玻璃苗和正常苗及茎做常规石蜡切片，用显微镜观察发现玻璃苗细胞增大，栅栏组织和海绵组织不明显，细胞排列疏散、紊乱、间隙大、叶脉粗大突起，茎木质化程度差，导管与管胞很少，维管束不发达，皮层薄壁细胞排列不规则[19]。刘思颖等在观察丝石竹玻璃苗叶片后发现，表皮毛少，气孔开度小，保卫细胞下陷，正常苗的叶片却无此特征[33]。郭东红等发现玻璃苗顶端分生组织原体套结构异常，细胞明显液泡化[11]。这些对玻璃苗形态结构和解剖学特征的研究，不仅使从形态上判定玻璃苗更为便捷与准确，还为从细胞学水平上判定早期未发生形态变化的玻璃苗提供了理论依据。 3玻璃苗的生理生化特征 3.1 组织含水量 玻璃化苗体内由于自由水含量及水势增高，束缚水含量降低，导致玻璃苗水分生理异常，生理代谢水平下降，所以玻璃苗的组织含水量明显高于正常苗[12,20]。曹天旭等在称取满天星玻璃苗和正常苗鲜质量后发现组织含水量玻璃苗为95.8%多于正常苗的91. 7