| 单词 | 甘蔗组织培养 |
| 释义 | 【甘蔗组织培养】 甘蔗为主要糖料作物。由甘蔗生产的食糖占全世界食糖总量的一半以上。作为一种农作物，甘蔗具有遗传背景复杂、长期以杂合遗传状态用无性繁殖以无性系方式在生产上应用的特点。组织培养技术为分离甘蔗无性系变异，制造新的变异种质及增进繁育速度等方面提供有力的工具。甘蔗的组织培养始于60年代初期，涅尔克(L．G．Nickell，1964)等美国夏威夷糖料种植者协会(HSPA)的一些学者基于生理学研究的需要，成功地建立了甘蔗的离体组织培养技术。1969年巴巴(R．Barba)及汉斯(D．J．Heinz)等报道从甘蔗愈伤组织诱导出再生植株，完成了组织培养技术中从细胞分化到植株再分化的全过程。70年代以后菲律宾、斐济、印度、巴西及中国(台湾及大陆)等地都相继开展甘蔗组织培养技术及其应用的研究。 广义的组织培养包括组织培养、细胞悬浮培养及原生质培养等各种离体培养方式，其主要技术内涵包括外植体的选择与制备，合适培养基的研究，培养过程中外源污染和生理性污染的克服，细胞脱分化与再分化的技术的调控及试管植株的增殖与移植等主要技术环节。初期甘蔗组织培养的外植体采用节间薄壁组织，以后的研究表明，甘蔗任何器官的幼嫩组织都可作为外植体，王敬驹等(1983)比较不同外植体的培养效果，认为幼嫩叶鞘的培养效果最好，且取材可以不受季节的限制。对于甘蔗组织培养基本培养基的研究，多数工作者，沿用植物组织培养最常用的MS培养基(Murashige & Skoog，1962)，实际上一般高盐类型的基本培养基如MS、N6(朱至清等1976)及B5(G．Eveleigh 1968)等培养基都适用于甘蔗，1969年巴巴等同时采用MS和怀特(White)培养基，结果在怀特培养基上诱导并继代一次以上的甘蔗愈伤组织丧失分化能力，这处情况可能与怀特培养基的低无机盐含量有关。甘蔗培养基常用的碳源是蔗糖，但很多糖类都可被甘蔗培养细胞所利用，1970年涅克尔与柯斯考克(H．P．Kortschak)比较了18种糖类对甘蔗愈伤组织生长的影响，结果棉子糖(Raffinose)和蔗糖的效果最好，葡萄糖、果糖和纤维二糖的培养效果亦很好，但与蔗糖同属双糖的麦芽糖却难为甘蔗细胞所利用，而非糖类的可溶性淀粉却有很好的培养效果。以后的实验进一步发现，对于甘蔗愈伤组织的生长与分化，不同糖类的反应不甚相同，1985年王敬驹等的资料表明，蔗糖对甘蔗愈伤组织的诱导效果优于葡萄糖，但在器官分化时，葡萄糖的效果却比蔗糖好。培养基中实现甘蔗细胞脱分化与再分化的主要因子是生长素，甘蔗培养基的常用生长素是2，4－D和萘乙酸，0．2～4mg／l为可选取的作用浓度，不同品种材料有明显的反应差异，表现在生长素浓度偏低时会出现苗的直接分化，浓度过高时则出现愈伤组织强烈生长，但质量很差，很快丧失细胞再分化能力。通过调节生长素浓度可以使甘蔗外植体实现愈伤组织诱导，产生胚状体及出现苗的直接分化等不同培养结果。1983年王敬驹等报告细胞分裂素对于甘蔗组织培养不是必需的植物激素，以低浓度和生长素配合使用时则有提高愈伤组织诱导效率的作用，但随其浓度的提高而愈起抑制作用，其原因可能与细胞分裂素有刺激和增进甘蔗细胞多酚氧化酶活性的作用，从而导致酚－醌物质的产生与毒害作用有关。甘蔗愈伤组织或胚状体在降低或撤除外源生长素时即可发生器官的再分化，但配合细胞分裂素时亦有提高分化效果的作用。甘蔗培养细胞的茎分化较根分化为容易，而10℃和24℃几乎不形成根，他们推测是否存在一种由温度调控的影响生根的酶。但王敬驹等研究发现，克服根分化难的简易有效措施是提高培养基的蔗糖浓度，6%～12%的蔗糖浓度比3%的浓度更易于促使根的分化。影响甘蔗组织培养物质量的一个重要培养基因素是有机附加物，早期HSPA的一些甘蔗组培工作者热心在培养基中加用精氨酸，迄今仍为一些人所运用。但以后的实验有不同的反应，如1978年陈文辉在实验中没有证实精氨酸的作用，但1982年他在细胞悬浮培养中，培养基中加50mg／l的精氨酸却提高了甘蔗F156的细胞值板率。汉斯等(1977)和格林(Glenn 1981)等的工作指出，精氨酸只对成熟的静止期细胞有刺激生长的作用。甘蔗培养基中其他常用的有机附加物是椰乳和水解酪朊，均对促进培养物的生长有良好的作用，但天然椰乳由于品质难于一致，因而亦有加用椰乳不好的结果，如陈文辉(1982)加用10%(V／V)的椰乳却显著降低了甘蔗悬浮培养的植板率。在一些甘蔗组织培养中，由于培养物分泌多酚氧化物产生的酚－醌物质污染对细胞有毒害作用，成为甘蔗组织培养的一个障碍因素。克服这种生理性污染的方法是在培养基中加用半胱氨酸及抗坏血酸等抗氧化物质，或用活性炭吸附，但王敬驹等(1983)的实验指出，除加活性炭有改善作用外，其他物质没有明显效果，认为调控植物激素和转换新鲜培养基对减轻酚－醌物质积聚可能更有实用价值。在甘蔗组织培养再分化的植株中存在相当高的变异频率，对甘蔗组培苗在形态学、细胞学、酶学及农艺性状上出现广泛变异的现象已有很多报告，汉斯等(1971)根据叶片、叶耳、叶鞘及茸毛群等形态学特征，在H37－1933和H50－7209二个品种的组培苗中，分别统计到12．1%和34．8%的变异率，刘明钦(1976)等统计8个品种417株组培苗的形态学变异，最低的为1．8%，最高的达到34%，但陆耀邦等(1989)对73株形态学发生明显变异的组培苗进行连续无性世代的观察，发现多数变异在无性繁殖世代中逐渐消失，至第3年稳定地保持变异性状的只剩下一个株系，变异率由原始(第1年)的9．8%变为0．26%，说明多数无性系的形态学特征并不可靠。他们对组培苗的糖分、茎径、茎数等农艺性状变异亦看到至第3年种植才能较为真实地反应其固有的遗传变异。这一资料为甘蔗无性系变异的育种应用，揭示方法学上必须采取连续严密观察的技术路线。甘蔗组织培养的生产应用，从70年代中期以后取得可观的进展。1974年克里胥纳莫奇(M．Krixhnamurghi)等人感病品种的组培苗中分离出抗斐济病的个体，1977年汉斯等，1982年陈子云等及1983年拉金和斯考克罗夫特(P．J．Larkin & W．R．Scowcroft)等相继从不抗眼点病的材料中得到抗性的无性系变异植株，应用眼点病病原甘蔗长蠕孢菌的毒素来筛选培养物或组培苗，使分离筛选抗性变异体的工作更为有效。根据组培苗的农艺性状变异，刘明钦等(1978)从甘蔗F164的组培苗中选出70－6132和70－6136新品系，其公顷蔗茎产量和蔗糖产量都显著高于供体品种和当家品种，1984年他们又获得高糖优良新品系71－4829。陈子云(1986)通过对粤糖57／423组培苗的筛选，在120个选系中育成大茎高糖新品系77／36，1989年陆耀邦等也报告从SGS57／627品种的组培苗中选出产糖量比供体高10．2%的优良株系83／86。甘蔗组织培养在生产上应用的另一重要方面是快速繁殖种苗，甘蔗用茎段进行无性再生产，增殖系数很低，应用组培技术可在短期内大量繁殖种苗，1979年曾吉恕报告用甘蔗组培的大量胚状体发生技术可作为工厂化育苗的依据，1984－1986年期间，我国广西地区用此技术快繁优良品种桂糖11达3．3万公顷。1987年巴西黎(T．S．G．Lee)比较芽尖培养和体细胞胚胎发生的快繁效果，指出通过芽尖培养直接增殖小植株的方法优于胚状体发生，在6个月内可使一个培养芽增殖2．1×1010倍，且植株性状保持一致，避免了由细胞脱分化可能引起的性状变异。近年随生物技术的发展，在细胞培养基础上加选择压筛选甘蔗生化突变体的工作，在筛选抗盐、抗寒、抗氨基酸衍生物等细胞变异体方面都有工作报告(陈文辉等1982、刘明钦等1982，J．King等1983，陈晖等1991)，但在植株分化、变异特性的保持与传递等问题上，都有等进一步的工作。在原生质体培养基础上作遗传转化的实验亦在开展，1987年陈文辉试验把一个可选择的嵌合基因直接引入甘蔗原生质体，此类工作今后会有大的发展。【参考文献】：1 王敬驹，等．提高甘蔗组织培养效率的研究．植物学通报，1983，1：17～202 王敬驹．甘蔗组织培养与体细胞变异育种．农作物组织培养(颜昌敬主编)．1991，495～5113 陈晖，王敬驹．甘蔗抗羟脯氨酸细胞变异体筛选及其特性的研究．植物学报，1991，33：738～7434 陈耀邦，等．甘蔗诱变细胞再生植株的变异及其在无性世代中的稳定性．植物细胞工程就用基础研究新进展，1989，18～245 曾吉恕．甘蔗体细胞培养中胚状体发生．植物生理学报．1979，5：411～4166 Barba R，L G．Nickell，Nutrition and organ differentiation in tissue cultures of sugarcane，a monocotyledon．Planta(Berl)1969，89：299～3027 Chen W H，et al．Cell plating and selection of cold-tolerant cell line in sugarcane．In Plant tissue culture 1982(Fujiwara，A．ed．)1982，485～4868 Chen W H，et al．Transformatin of augarcane protoplast by direct uptake of a selectable chimaeric gene，Plant cell reports，1987，6：297～3019 Larkin P J，Scowcroft W R．Somaclonal Varition and eyesport toxin tolerance in sugacane，Plant cell tissue and organ cultere，1983，2：111～12210 Lee T S G．Micropagation of sugareane(Saccharum spp)，Ptant ecll，tissue and organ culture，1987，10：47～5511 LiuM C，Chen W H．Tissue and cell culture as aids to sugarcane breeding I．creation of genetic variation through callus culture．Euphytica，1976，25，293～40312 Liu M C，Chen W H．Tissue and cell culture as aids to sugacane breeding Ⅱ．performance and yield potential of callus derived Lines．Euphytica 1978，27：273～28213 Liu M C，et al．Tissue culture and cell culture as aids to sugacane breeding Ⅳ，a high sucrose and vigorously growing calliclone 71－4829，Taiwan sugar 1984，31：77～8314 Nickell L G，Tissue and cell culture of sugarcane-aneother research tool，Hawaiian Planters record，1964，57：223～22915 Nickell L G，Kortschak W H．The utilizatiion of sugars and starch as carbon source by sugarcance cell suspension cultures．Plant cell physiol．1970，11：183～285(中国科学院植物所王敬驹撰) |
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