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活性炭在植物组织培养中的应用

?作者: 组培设备 发布时间:2020-04-15 17:32?? 浏览次数:

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  活性炭是一种具有极丰富空隙构造的多孔径炭化物,有良好的吸附性。活性炭已被广泛应用于植物组织培养中,可吸附培养基中的有害物质,包括琼脂中所含的杂质、外植体在培养过程中分泌的酚醌类等对外植体自身有害的物质以及蔗糖在高压灭菌时产生的5-羟甲基糠醛,同时也能吸附生长调节物质、维生素B6、叶酸和烟酸等有益物质。在植物组织培养中活性炭主要应用于以下几个方面。

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  1、防褐变,提高初代培养成活率

  在初代培养中,加入适量活性炭,可以吸附外植体产生的致死性褐化物,促进外植体成活。研究表明,蝴蝶兰、芍药、杜鹃、香蕉、苹果属植物等初代培养时,加入适量活性炭可明显改善外植体褐变情况。在许多植物的胚培养时,也使用了活性炭。甜柿含酚类物质较多,组培时褐变严重,从而增加了胚培养的难度,需添加抗氧化剂。艾鹏飞等研究发现,活性炭抗褐化效果比柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮效果好。Cain等在培养葡萄胚珠时也发现,培养基中加入0.1%活性炭可减轻组织变褐和培养基变色,并产生较少愈伤组织,而不加活性炭则组织会变褐,并因产生愈伤组织过多而死亡。

  2、促进芽增殖和苗生长

  在新梢增殖阶段,在适宜的浓度范围内,活性炭可明显促进芽的增殖及新梢的形成和伸长。在库拉索芦荟芽增殖培养中发现,将消毒嫩茎接种于附加不同糖、生长调节剂和活性炭的培养基,当活性炭浓度为0.3%时,平均增殖芽30个;当活性炭浓度为0.5%时,平均增殖芽41个。韩文璞等在甜樱桃组织培养中发现,在培养基中加入250 mg/L的活性碳,生长表现好,可使试管苗增殖5.1倍,苗高4.5 cm,且生长健壮,叶色浓绿;活性炭为500 mg/L时,增殖4.3倍,苗高3.6 cm;当活性炭浓度增至750~1 000 mg/L时,增殖效果明显下降并受到控制。在唐菖蒲培养中发现,成苗培养基中添加0.2%~1.0%的活性炭,对提高成苗率和提高大苗的百分比有显著的效果,且在此范围内活性炭的用量与其促进效果呈正相关。活性炭对葡萄试管苗的生长有促进作用,不仅表现在株高和叶片数上,而且其植株生长健壮、叶色深绿。活性炭还可促进中国水仙、百合、大花蕙兰小球茎、马铃薯微型薯的形成,加快繁殖速度。

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  3、创造黑暗环境,促进生根

  活性炭广泛的应用是用于培养物的生根。一般认为活性炭创造的黑暗环境有利于根的诱导和根系的生长,其机理一般认为与活性炭减弱光照有关,可能是由于根顶端产生促进根生长的IAA,但IAA易受可见光的光氧化而被破坏,因此活性炭的主要作用就是通过减弱光照保护IAA,从而间接促进了根的生长,由于根的生长加快,吸收能力增强,反过来又促进了茎、叶的生长。

  在甜樱桃组织培养中,添加500~1 000 mg/L活性炭的生根率为95.7%~100%,添加2 000~4 000 mg/L活性炭时,生根率大幅度下降,茎的木质化程度也随浓度的增加而增加;不加活性炭的试管苗根系愈伤化加重,根的组织疏松并褐化,需降低生长素浓度。加入活性炭培养的生根苗移栽成活率均高于对照,且随浓度的增加(1 000~4 000 mg/L)成活率由92.6%提高到100%,移栽后6 d即产生次生根,茎叶开始生长,而对照的生根苗成活率仅46.3%。刘用生等在苹果试管苗生根培养中发现,在培养基中NAA仅含0.5 mg/L时,新稍基部产生愈伤组织,没有生根;在0.05%活性炭存在条件下,NAA含0.5 mg/L和3 mg/L均未能表现作用,与仅含0.05%活性炭处理相似,附加NAA 5.5 mg/L能表现一定作用,NAA 8 mg/L时效果较佳。这表明活性炭吸附生长素,但生长素浓度大时,被吸附后还有一定剩余,与活性炭同时发挥作用。甜柿试管苗生根困难,添加活性炭有利于其生根,且根系健壮,移栽易成活,这可能与活性炭能提供暗环境和能吸收培养基中代谢有害物质的双重效应有关。另外在葡萄试管苗生根培养中,添加活性炭后根系生长加快,而且质地柔韧不易折断,对照的根虽稍多些,但粗短质脆。可见生根培养时,只有培养基中活性炭和生长素的量适当,才能促进生根,活性炭过多时,大量吸附培养基中的生长素不仅不能促进生根,反而抑制生根。

  4、用于花药培养

  花药培养的主要目的是诱导花粉发育成单倍体,可快速获得纯系,缩短育种周期,但实践表明,小孢子的启动发育对药壁组织有相当大的依赖关系。目前对小孢子启动和进一步发育的机理和条件了解不多,花粉培养难度较大。花药培养时,培养基中加入活性炭对提高诱导频率也有一定效果。活性炭用于花药培养是Nakamura等首先提出的,目前,已在油菜、马铃薯、烟草、玉米、黑麦、小黑麦、龙眼、辣椒、甜椒和水稻的花药培养中得到应用。朱海山发现在玉米花药培养中所有加活性炭处理的胚状体分化和绿色小植株产生的百分率均高于未加活性炭的对照。另外,在培养基中加入适量的活性炭,可降低玻璃苗的产生频率,对防止产生玻璃苗有良好作用。

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  5、注意事项

  在活性炭应用中都发现,活性炭添加过量时会大量吸附培养基中的生长调节物质,导致生长调节物质不能正常发挥作用。卜学贤等研究发现,每1 mg直径小于0.13 mm的分析纯粉状活性炭大约能吸附100 ug左右的生长调节物质。在菊花、矮牵牛等组培试验中发现,同时加有0.5%活性炭和生长调节剂的培养基与只加有活性炭的培养基相似,完全不表现生长调节物质的作用。同时,活性炭的加入会削弱琼脂的凝固能力。因此,使用活性炭要有量的意识,只有适量使用才能充分发挥其积极作用。

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