培养基

第三章 培 养 基

第一节 培养基的基本成分和主要培养基

培养基的组成对植物组织培养的成功关系甚大。离体组织对适合生长的营养需求随物种的不同而有很大差别，甚至同一物种不同部位的组织和器官所需的营养物质也不完全相同（Murashige and Skoog ，1962）。因此，没有哪个培养基能完全满足各种植物组织和器官的要求。

最早的一些植物组织培养基，如White （1943）的根培养基和Gautheret （1939）的愈伤组织培养基都是从早先用于完整植株培养的营养液发展而来。White 培养基是基于Uspenski 和Uspenskaia 的海藻培养基（1925），Gautheret 的培养基是根据Knop （1865）的盐溶液（水溶液）而设计，所有后来的培养基配方都是以White 和Gautheret 的培养基为基础。

早在20世纪30、40年代，植物组织培养初期所使用的培养基成分比较简单，无机盐浓度低，培养效果也差，与当时生产的化学试剂纯度不高，含杂质较多有关。若无机盐浓度较高，对植物组织有害的物质必然也相应增多。因此，20世纪30、40年代使用的培养基浓度偏低。

某些愈伤组织（如胡萝卜组织、黑樱桃组织及多数瘤状组织）可以在只含有无机盐和可利用糖的简单培养基上生长。而对于大多数其他植物来说，则需要在培养基中补充不同数量和不同比例的维生素、氨基酸和生长调节物质，所以，通常把许多复杂的营养物质组合到培养基中（见图3.1）。

图3.1 培养基改良过程中营养物质的变化

当新的培养工作开始时，必须拟定适合该培养工作特殊要求的培养基。因此，20世纪60年代用于植物组织培养的各种效果好的培养基配方相继诞生（见表 3.1）。其中最有代表性的是Murashige 和Skoog （1962）的MS 培养基，也是目前应用最普遍、适应范围最广泛

的一种培养基，主要是由于它含有较高浓度的-3NO 、K ＋、+4NH ，对一般植物组织和细胞有

促进生长的作用。此后，为了适应不同物种，在MS 配方的基础上修改设计了多种培养基，有适合十字花科植物的B 5培养基（Gamborg 等，1968）、适合木本植物的WS 配方（Wolter and Skoog ，1966）和LS 配方（Linsmal and Skoog ，1962）、适合禾本科植物花粉培养的N 6配方（朱至清等，1975，1987）及Nitsch 修改的H 培养基（1969）等（见图 3.2）。

图3.2 培养基的发展过程

一、培养基的组成

1. 无机营养物

在植物生命中矿质元素是非常重要的，例如，镁是叶绿素分子的一部分，钙是细胞壁的一个组分，氮是氨基酸、维生素、蛋白质和核酸的一个重要组成部分。此外，C 、H 和O 为植物生长所必需。已知 12 种元素，即氮（Nitrogen ）、磷（Phosphorus ）、硫（Sulphur ）、钙（Calcium ）、钾（Potassium ）、镁（Magnesium ）、铁（Iron ）、锰（Manganese ）、铜（Copper ）、锌（Zinc ）、硼（Boron ）和钼（Molybdenum ），其中前6种元素要求的量相对大，因此，称为大量元素或主要元素，后6种需要量少，称为少量或微量元素。根据国际植物生理学会的建议，植物所需元素的量大于0.5 mmol/L 的称为大量元素，少于0.5 mmol/L 的为微量元素（De Fossard ，1976）。

在水中溶解矿物盐时，各种矿质元素要经过解离和电离。在培养基中的活性因素与其说是化合物，不如说是不同类型的离子。一种离子可能通过一种以上的盐提供。例如，在MS

培养基中， 3NO 离子通过NH 4NO 3和KNO 3供应，而K ＋则是通过KNO 3和KH 2PO 4供应。

因此，两种培养基之间的比较可以通过比较其中不同离子总的浓度进行。

如前所述，White 培养基是最早植物组织培养的培养基之一，它包含了所有必需的营养物，广泛用于根培养。但是许多研究者的经验表明，这个培养基中无机营养物在数量上对愈伤组织的良好生长是不适合的（Murashinge 和Skoog ，1962）。这一缺点通过在培养基中加入复杂的混合物，如酵母提取液、水解酪蛋白、椰乳、氨基酸等较早地得到解决（Reinert 和White ，1965；Risser 和White ，1964），并以形成适宜的合成培养基为目的。后来，有些研究者通过增加各种无机营养物，尤其是钾和氮的应用有效地取代了有机添加物。现在广泛采用的多数植物组织培养基（见表3.1），其中的矿物盐（离子）较White 培养基更丰富。Heller （1953）所采用的铝（Aluminium ）和镍（Nickel ）未被证明是必要的，并被后来的研究者删除。钠（Sodium ）、氯（Chlorine ）和碘（Iodine ）的必要性也没有被证实。

Heller （1953）进行过植物组织培养中无机营养物的详细的研究，并特别强调铁和氮。在原来的White 培养基中（1943），铁以Fe 2（SO 4）3的形式加入，但Street 及其合作者以FeCl 2取代并用于根培养，因为这个方案中含有锰和其他金属离子杂质（Street 和Henshaw ，1966）。但是，FeCl 2也没有提供一个纯粹的满意的离子来源。在这个方案中，铁在pH 值为

5.2左右时对组织是有效的。众所周知，根培养开始后一周内，培养基的pH 值从开始的4.9～5.0升至5.8～

6.0，根开始表现出缺铁的征兆。克服这个问题的方法就是，在多数培养基中采用现在用的Fe.EDTA ，在这个方案中pH 值达到

7.6～

8.0时铁仍然有效。根通过与铁结合的自然螯合物，当pH 值为6.0时愈伤组织培养物还能利用铁（Heller ，1953）。

培养基中无机氮的供应有两种形式——硝酸盐和铵盐。作为氮的惟一来源时，硝酸盐远