植物组培中试管苗的玻璃化问题

  【摘 要】 玻璃化现象普遍发生于不同植物组织、器官的组织培养中。本文主要讨论植物组织培养中所遇到的试管苗玻璃化问题，分析其产生的原因，并针对这些原因提出预防和解决方法，同时关注该领域的最新研究进展。
　　【关键词】 玻璃化；产生原因；预防解决

　　在许多草本植物和木本植物的组织培养中，常常见到试管苗的玻璃化（过度含水化）现象，它同褐变、菌类污染等已成为植物组织培养中的三大难题。玻璃化苗移栽很难成活，是组织培养中的一个棘手问题，也是植物快繁体系的一大障碍。因此，植物组织培养中玻璃化发生的原因和防止措施逐渐受到较多的注意和研究。
　　1 玻璃苗的形态解剖与生理特点
　　玻璃苗是植物组织培养中出现的半透明、水浸状、畸形的试管植物，移栽很难成活。玻璃苗的叶、嫩梢呈水晶透明或半透明，水浸状，植株矮小肿胀，失绿，叶片皱缩成纵向卷曲，脆弱易碎；叶片表皮缺少角质层蜡质，没有功能性气孔，不具备栅栏组织、仅有海绵组织；体内含水量高，但干物质、叶绿素、蛋白质、纤维素和木质素含量低。由于其组织畸形，吸收养料与光合器官功能不全，分化能力大大降低，因此很难继续用作继代培养和扩大繁殖的材料。
　　2 试管苗玻璃化的产生原因
　　试管苗玻璃化虽是植物组织培养中经常发生的现象, 但迄今为止, 人们对于玻璃苗的成因却无肯定的看法。目前人们认为玻璃苗的形成可能有以下几方面的原因:
　　2.1 由于玻璃苗苯丙氨酸解氨酶活性降低, 而这种酶是植物木质素和纤维素合成途径的关键酶之一, 因而导致粗纤维的含量下降, 细胞壁膨压下降, 水势降低, 细胞吸水过多而发生畸变；
　　2.2由于玻璃苗的叶绿素含量很低, 因此, 其光合作用减弱, 物质合成能力下降, 导致发育不良而发生畸变；
　　2.3培养条件对试管植物的玻璃化影响很大。人们认为: 培养容器中的相对湿度,培养基中无机盐和碳水化合物的含量,氮素的供应形态, 琼脂含量以及培养温度等因素皆可影响玻璃苗的发生率。有人发现琼脂和蔗糖浓度与玻璃化成负相关，即琼脂或蔗糖浓度越高，越影响其衬质势和水分状况，玻璃苗的比率越低。
　　2.4 培养基中的植物激素也和玻璃化程度有关。许多学者都证明，培养基中BA浓度和培养温度与玻璃化成正相关，BA浓度越高和培养温度越高，玻璃苗的比率越大。GA3和IAA促进细胞过度生长，也会导致玻璃化。AII含量增多也会加强ACC合成酶的活性，促进乙烯的形成。乙烯会促进叶绿素的分解和株型肿胀，形成玻璃苗。所以多次继代培养于高浓度激素水平的培养基中，易形成玻璃苗。
　　2.5 不同封口膜对玻璃化苗产生的影响。玻璃苗是培养瓶内气体于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）。这一点，在我们的水稻花培工作中得以验证，以前用棉塞封口时未见过玻璃化苗，自2003年改用塑料薄膜封口，则在密集、丛生苗群中多发现玻璃苗。
　　此外，不同部位的节段外植体也与玻璃化有关，如以留兰香茎部节段再生形成的试管苗玻璃化严重，而中部茎段次之，茎尖最少（柴明良，（1992）；而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）。有时，茎尖外植体越小，出现玻璃化的比率越大，如瑞香茎尖培养中外植体大小与玻璃化负相关（郭东红等，1989）
　　3玻璃化现象的预防
　　到目前为止, 人们对于试管苗的玻璃化现象还没有一种有效的, 普遍适用的防止方法。目前对待玻璃化的策略就是尽可能采取可能有益、肯定无害的预防性措施，必要时进行个别因子的平衡剂量试验。我们可以采取以下几方面的措施来防止玻璃化现象的发生或者降低玻璃苗的发生率。
　　3.1 适当提高光照培养时的光照强度。延长光照时间，因强光有助于克服玻璃化，却未见光照有增加玻璃化发生率的报道。
　　3.2 琼脂浓度不低于0.8 %，条状琼脂事先用双蒸馏水浸泡24 h 以去杂质，使用粒状琼脂时尽可能选用含灰量低于2.5 %。因为琼脂杂质中的Ca2+、Mg2+、Fe2+、Zn2+、Cu2+等含量高，会影响培养基中矿质元素的适宜含量和合理比例。
　　3.3 注意通气以尽可能降低培养容器内的空气相对湿度和改善氧气供应状况，可以采用上海和北京等几家组培器皿生产公司生产的可调节通气的组培专用瓶。
　　3.4 适当降低培养基中NH4+浓度，或者及时转移，NH4+浓度高低交替以兼顾不定芽增殖系数和控制玻璃苗发生。适当提高培养基中的Ca2+浓度可能有益，至少不会增加玻璃苗的发生。
　　3.5 注意碳源种类和浓度的选择，梁海曼等对石竹培养物的分析表明玻璃苗的总可溶性糖含量较高而蔗糖含量明显较低，故玻璃苗的糖代谢异常。因此，有必要对碳源供应进行深入研究。
　　3.6 适当添加IAA、GA3、ABA，减少BA。一般认为IAA 对植物幼茎，叶柄等组织木质化部的分化有直接作用，GA3 对蛋白酶、核酸、淀粉酶的生物合成有促进作用，GA3，IAA的急剧下降可能诱发木质素、蛋白质以及核酸等物质合成的失调，而ABA 的适当含量是维持植物正常生长所必需。
　　3.7 考虑到玻璃化发生是“生长因子不平衡的产物”、是培养物“中毒”、不能很好适应培养基和培养环境的结（下转第102页）（上接第103页）果，因而，注意提高培养物对逆境的耐受能力应该是有益的。
　　3.8 在高温季节，培养室必须有降温设施，控制室温不超过32℃。
　　3.9 减小接种密度。
　　3.10 外植体的类型影响玻璃苗的产生，这与内源激素的含量和分布有关，一般来说，选取顶芽部位有助于减少玻璃苗的产生。
　　4 研究进展
　　近年来，国内对玻璃化的研究愈来愈深入。在研究报导中，虽有材料的个体差异，但大多能得到相似的结果，在某些问题上已达成共识，更重要的是解决了许多疑点、难点。例如，已经证实玻璃化只是植株的一种表型特征，其玻璃化的组织器官在一定条件下还可以“恢复”。高国训等均将玻璃化苗逆转为正常植株，说明玻璃化并不能遗传。另外，叶绿素、蛋白质、木质素、酚、乙烯几各种酶活性变化在玻璃苗形成过程中的作用已基本弄清。因此，植物生理学、生物化学、组织培养学等多学科的合作，将会为玻璃化苗形成机理、普遍使用且经济有效的预防措施及玻璃苗逆转等研究提供更有力的证据，使组织培养技术这一生物技术更加完善。
　　国内外研究者在玻璃化植株的解剖学特点、生理生化变化、形成原因及控制方法上取得了可喜的进展,如蔡祖国等人提出了防止玻璃苗发生的具体途径。但是对于玻璃化发生规律和机理至今尚无定论。
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