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植物細胞的分化及影響因素

植物細胞的分化及影響因素

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在自然狀態下植物中的細胞和組織的分化是按照固定的途徑和方式進行的。但在組織培養的愈傷組織中,細胞分化很大程度上取決于外界環境因素。在特定的培養條件下,愈傷組織的薄壁細胞可以保持在同一狀態下,而不出現分化。通過改變各種環境因子,如培養基成分等我們可以誘導和控制細胞的分化。在實際生產中對細胞分化影響大的物質是生長素和蔗糖。此外,有證據表明細胞分裂素和赤霉素也參與木質部的形成...

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在自然狀態下植物中的細胞和組織的分化是按照固定的途徑和方式進行的。但在組織培養的愈傷組織中,細胞分化很大程度上取決于外界環境因素。在特定的培養條件下,愈傷組織的薄壁細胞可以保持在同一狀態下,而不出現分化。通過改變各種環境因子,如培養基成分等我們可以誘導和控制細胞的分化。在實際生產中對細胞分化影響大的物質是生長素和蔗糖。此外,有證據表明細胞分裂素和赤霉素也參與木質部的形成。

1、生長素

  法國植物學家Camus(1949)曾把小的營養芽嫁接在一種菊苣屬植物根的培養物的上表面,幾天之后,在芽下的薄壁組織中分化出了維管束。這些維管束將芽的維管組織與外植體中的維管組織連接在一起。即使在嫁接點上放置一張玻璃紙,切斷了愈傷組織和芽之間的直接接觸,維管組織的分化依然發生。這表明,芽對維管組織分化的刺激作用必然是由一種或幾種擴散性的化學物質引起。這個發現后來被Wetmore和Sorokin(1955)所證實。他們利用洋丁香未分化愈傷組織作為試驗材料,其中完全不含維管成分。他們把鮮重為400mg的愈傷組織塊置于一種培養基上,這種培養基所含的成分不利于維管組織的分化。愈傷組織的上表面被修整得相當平滑,上面割開一個V形缺口,然后把一個營養芽的下端削成楔形,嵌在愈傷組織表面的缺口之中。為了防止嫁接點變干,在嵌入營養芽之前,先用不含任何營養成分的1%瓊脂灌入缺口。此后20~30d之內,處在芽下面的愈傷組織細胞在芽的誘導下發生了分裂,結果先由一些細胞形成了若干短的立柱狀結構,后來即發育成環狀維管組織。含有蔗糖和生長素的瓊脂能有效地取代芽的作用,同樣能夠誘導維管組織的分化。

  一般來說,低濃度的生長素能刺激木質部的發生,生長素濃度和木質部分化過程之間存在著一種反比關系。在洋丁香愈傷組織中,改變生長素濃度還能導致維管組織分化位置的變化。

  2、蔗糖

  生長素對維管組織分化所起的作用看來在很大程度上取決于糖的存在。當培養基中生長素含量低時,通過改變蔗糖含量,即可改變洋丁香和菜豆愈傷組織塊中所形成的木質部和韌皮部的相對數量。在洋丁香中,如果灌入到愈傷組織頂面缺口里的瓊脂含有0.05mg/L IAA和1%蔗糖,在愈傷組織中只能形成數量很少的木質部分子。若保持生長素濃度不變,而把蔗糖水平提高到2%,則有利于木質部的形成,但韌皮部卻很少形成甚至不形成。在蔗糖含量為2.5%~3.5%時,木質部和韌皮部都能分化,而當蔗糖含量為4%時,所形成的維管組織中只是韌皮部,很少或沒有木質部。與洋丁香不同,在爬山虎懸浮培養中,當蔗糖含量一直增加到8%時,木質部分也隨之增加。不同的園藝植物影響木質部的形成所需的蔗糖含量不同。對于爬山虎木質部發生來說,蔗糖含量直到1.5%時仍然沒有什么效果,而這一含量在洋丁香中卻正處在適含量的附近。

  試驗證明,除了蔗糖之外,屬于二糖的麥芽糖和海藻糖也能刺激某些植物愈傷組織導管的分化。葡萄糖、果糖和其他單糖則無刺激作用。在有生長素存在條件下的,蔗糖可能起著一種幾乎像激素一樣的作用。


3、細胞分裂素和赤霉素

  除生長素外,細胞分裂素、赤霉素或它們的配合使用,對維管組織或其組成分子的分化有著明顯的影響。在煙草愈傷組織的培養中,伯格曼(Bergmann L.,1964)觀察到激動素可以增加愈傷組織中管胞形成的比例,在合適的濃度下,幾乎可以使管胞數目增加100培。若在含有5%椰子汁的培養基中加入1mg/L激動素,能使導管分化提高30%。激動素對木質部及其組成分子的誘導作用,據認為這是激動素通過改變糖的代謝途徑,從而促進了木質素前身的合成而起作用的。Bornman(1974)還報道,對于煙草愈傷組織木質部發生來說,在IAA和激動素之間存在著一種協同作用。其他一些報道也表明,生長素和細胞分裂素可能都與導管分子的分化有關。在一種只含有生長素的培養基中,有兩個在根中含有玉米素的胡蘿卜品種無論在光下還是在黑暗中都能分化出導管分子。在同樣的培養基中,另外兩個根中不含玉米素的胡蘿卜品種則只有在光下才能形成導管分子。對于后兩個品種中的一個品種已證明,光能導致玉米素的合成。由此可知,在這些系統中,細胞分裂素對于木質部發生具有肯定的作用。Shininger等于1975年研究發現,在具有生長素和細胞分裂素的培養基上,豌豆根端培養5~7d后就有管胞分子的分化,同時,發現根皮層細胞中管胞的分化率與細胞分裂素的濃度呈正相關。

  此外,據報道,對于木質部分化來說,在生長素和赤霉素之間存在著一種刺激性的相互作用,它們協同促進管胞的形成。