植物激素調節(jié)形態(tài)發(fā)生研究中細胞薄層培養(yǎng)的應用

周旖

【摘 要】所有的生命系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境之中，在不斷變化的環(huán)境條件下。主要依靠自我調節(jié)機制維持其穩(wěn)態(tài)，適應多變的環(huán)境。植物的生命活動受到多種因素的調節(jié)，其中最重要的是植物激素的化學調節(jié)，細胞薄層培養(yǎng)是指對植物外植體中的薄壁組織，例如：葉脈、葉柄、莖上撕下表皮等薄壁組織塊，放入培養(yǎng)培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)的過程。本文主要探究的就是植物激素調節(jié)形態(tài)發(fā)生研究中薄層培養(yǎng)的應用。

【關鍵詞】細胞薄層培養(yǎng) 植物激素 形態(tài)

現如今，對于植物激素調節(jié)形態(tài)發(fā)生的研究主要采用細胞薄層培養(yǎng)系統(tǒng)的研究方法。利用細胞薄層培養(yǎng)系統(tǒng)研究的工作非常多，它在植物細胞分裂和分化，植物生長發(fā)育調控機制和分子機制研究方面都取得了重要進展。由于細胞薄層培養(yǎng)外植體的內容激素水平低，對外源激素敏感，因此在不同類型和濃度的外源激素下存在多種形態(tài)發(fā)生形式。

一、植物激素調節(jié)

組織培養(yǎng)、原生質體培養(yǎng)、無性系變異、遺傳轉化和突變篩選的基礎是離體形態(tài)。 許多研究表明，植物激素在影響形態(tài)發(fā)生的許多因素中起著重要作用。 雖然各種植物激素的生理作用有專一性，但植物的各種生理效應（包括形態(tài)發(fā)生）是不同激素之間相互作用的綜合表現。

1.植物激素的概念

植物激素是微量的有機分子，對植物的生長、發(fā)育、衰老、休眠、抗逆性具有極其重要的作用。傳統(tǒng)的植物激素有生長素、細胞分裂素、赤霉素、脫落酸、乙烯，新公認的包括油菜素甾醇，還有獨腳金甾醇、水楊酸、茉莉酸等等。

第一，生長激素。

（1）達爾文試驗：

實驗過程：

①單側光照射，胚芽鞘彎向光源生長——向光性；

②切去胚芽鞘尖端，胚芽鞘不生長；

③不透光的錫箔小帽套在胚芽鞘尖端，胚芽鞘直立生長；

④不透光的錫箔小帽套在胚芽鞘下端，胚芽鞘彎向光源生長

（2） 溫特的試驗：

試驗過程：

接觸胚芽鞘尖端的瓊脂塊放在切去尖端的胚芽鞘一側，胚芽鞘向對側彎曲生長。

未接觸胚芽鞘尖端的瓊脂塊放在切去尖端的胚芽鞘一側，胚芽鞘不生長

（3） 郭葛的試驗：

分離出該促進植物生長的物質，確定是吲哚乙酸，命名為生長素

第二，生長素的生理作用。

生長素對植物生長調節(jié)作用具有兩重性，一般，低濃度促進植物生長，高濃度抑制植物生長（濃度的高低以各器官的最適生長素濃度為標準）。

生長素對植物生長的促進和抑制作用與生長素的濃度、植物器官的種類、細胞的年齡有關。

頂端優(yōu)勢是頂芽優(yōu)先生長而側芽受到抑制的現象。原因是頂芽產生的生長素向下運輸，使近頂端的側芽部位生長素濃度較高，從而抑制了該部位側芽的生長。

2.植物激素調節(jié)的特點

第一，向性運動：是植物體受到單一方向的外界刺激（如光、重力等）而引起的定向運動。

第二，感性運動：由沒有一定方向性的外界刺激（如光暗轉變、觸摸等）而引起的局部運動，外界刺激的方向與感性運動的方向無關。

第三，激素的特點：一是量微而生理作用顯著；二是其作用緩慢而持久。激素包括植物激素和動物激素。植物激素：植物體內合成的、從產生部位運到作用部位，并對植物體的生命活動產生顯著調節(jié)作用的微量有機物；動物激素：存在動物體內，產生和分泌激素的器官稱為內分泌腺，內分泌腺為無管腺，動物激素是由循環(huán)系統(tǒng)，通過體液傳遞至各細胞，并產生生理效應的。

第四，胚芽鞘：單子葉植物胚芽外的錐形套狀物。胚芽鞘為胚體的第一片葉，有保護胚芽中更幼小的葉和生長錐的作用。胚芽鞘分為胚芽鞘的尖端和胚芽鞘的下部，胚芽鞘的尖端是產生生長素和感受單側光刺激的部位和胚芽鞘的下部，胚芽鞘下面的部分是發(fā)生彎曲的部位。

第五，瓊脂：能攜帶和傳送生長素的作用；云母片是生長素不能穿過的。

第六，生長素的橫向運輸：發(fā)生在胚芽鞘的尖端，單側光刺激胚芽鞘的尖端，會使生長素在胚芽鞘的尖端發(fā)生從向光一側向背光一側的運輸，從而使生長素在胚芽鞘的尖端背光一側生長素分布多。

第七，生長素的豎直向下運輸：生長素從胚芽鞘的尖端豎直向胚芽鞘下面的部分的運輸。

第八，生長素對植物生長影響的兩重性：這與生長素的濃度高低和植物器官的種類等有關。一般說，低濃度范圍內促進生長，高濃度范圍內抑制生長。

第九，頂端優(yōu)勢：植物的頂芽優(yōu)先生長而側芽受到抑制的現象。由于頂芽產生的生長素向下運輸，大量地積累在側芽部位，使這里的生長素濃度過高，從而使側芽的生長受到抑制的緣故。解出方法為：摘掉頂芽。頂端優(yōu)勢的原理在農業(yè)生產實踐中應用的實例是棉花摘心。

二、細胞薄層培養(yǎng)在形態(tài)發(fā)生中的應用

1.利用TCL培養(yǎng)直接獲得器官分化

據不完全統(tǒng)計，已有十幾種類別的植物進行了薄層培養(yǎng)。例如：煙草屬、海棠屬、蕓苔屬、鳶尾屬、甜菜屬、田菁屬、芭蕉屬（Musa）大麥屬、 藍豬耳屬、長春花屬、茄屬（Solanum） 兵豆屬、菊苣屬、四棱豆屬、蠶豆屬、 黃杉屬、橢圓玫瑰樹等。植物的各個部分都可以用作薄層培養(yǎng)的外植體，例如：莖、葉、花梗、葉柄、花序軸、莖尖、 花序的苞葉、花瓣等。不同來源的薄層外植體在培養(yǎng)基與環(huán)境的調控下，表現出不同 的分化途徑。現如今，利用TCL培養(yǎng)直接獲得的器官分化有花芽、營養(yǎng)芽、 根、 單細胞毛等，幾乎涉及到了植物的所有的器官。因此認為薄層培養(yǎng)是研究形態(tài)發(fā)生的一個較理想的實驗體系。根據器官分化的形式可將其分為四類：①表皮或亞表皮細胞進行分裂后即進行器官分化；②細胞分裂后形成愈傷組織；③無器官發(fā)生的細胞分裂轉化為形成器官的細胞分裂；④進行一次簡單形式的分化，如分化成表皮毛或單細胞的根毛。

2.研究器官分化的影響因素

薄層培養(yǎng)的分化方向可以根據供體植株的生理狀態(tài)（是否處于開花期）倍性、 取材部位、生理生化因素及物理因素等確定。在植物發(fā)育的研究中，了解各個影響因素的具體作用是控制器官分化的一個有力工具。在對營養(yǎng)芽與花芽的誘導過程中，對影響因素的研究較多。尤其花器官的發(fā)生和形成是植物個體發(fā)育中極其復雜的生理過程。影響這些變化的因子又非常多，為開花機 理的研究造成了困難。近幾年利用薄層進行花芽誘導影響因素的研究表明：外植體的生理狀態(tài)、取材部位、供體植株的倍性、生長調節(jié)物質、多胺、碳水化合物、銨鹽等含氮化合物、以及光、溫度等許多因素都對花芽分化起著不同程度的調節(jié)作用。利用薄層培養(yǎng)的研究可將成花過程中 宏觀與微觀、內因與外因、生理與形態(tài)變化之間的關系有機地聯系起來。

3.克服某些品種的再生困難，篩選新品種

在一些難于再生的植物種類中，應用薄層培養(yǎng)可以克服它們的再生困難，得到高頻率的再生植株。例如單子葉植物葉段橫切薄層培養(yǎng)可以隨意控制體胚及非胚性愈傷組織的形成，在小麥、大麥、燕麥、高粱等多種單子葉植物上獲得了器官分化。此外，在香蕉上利用薄層培養(yǎng)還得到了抗萎黃病的新品種。

三、結束語

薄層培養(yǎng)可以認識到植物發(fā)育過程的本質，獲得與植物器官分化、發(fā)育相關的重要信息。然而，在很多情況下，在選擇培養(yǎng)基時，都是憑經驗，以及材料進行選擇，而對于供體植株的實際狀態(tài)，內源生長物質的質量和數量都沒有一個確定的理論基礎礎。在對器官分化的影響因素進行研究時，還需要進一步的深入。