糖在植物培养中的作用

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1、糖类在植物组织培养中的效应摘要糖类是影响植物组织培养成功与否的关键之一。迄今为止，已用于植物组 织培养的糖类有50多种。在植物体细胞组织培养中，蔗糖一直作为标准碳源，然而 其他糖类物质如:葡萄糖、麦芽糖和山梨醇对植物体细胞培养也产生了一定的影 响。在植物花药培养中，蔗糖较好,但应注意麦芽糖对花药培养的促进作用。关键词糖类，组织培养EFFECT OF SUGAR SOURCES ON PLANT TISSUE CULTUREAbstract Sugar has a great influence on plant tissue culture.So far,fifty kinds of suga

2、r have been used in plant tissue culture.In somatic culture,sucrose has been a standard carbon source,however other kinds of sugar such as glucose,maltose and sorbitol have a certain influence on in vitro tissue culture.In anther culture,sucrose is better,but more attention should be paid to maltose

3、 which has a positive effect in anther culture.Key words Sugar,Plant tissue culture在植物组织培养中糖类不仅为培养物提供能量，而且是培养物渗透环境的 主要调节者（吕芝香,1981;梁海曼,1991 ;孙宗修等,1993）。其中蔗糖作为碳源和渗压剂的比例 约为3 ： 13 ： 2,即约有1/42/5的蔗糖用于保持培养基的渗透压（梁海曼,1991）, 培养基中加入渗压剂甘露醇或山梨醇有利于培养物生长和分化（Hildebrandt等,1949;Kavi,1987）,不同糖类具有不同的生理效应（吕芝香,1981;梁海曼,

4、1991）。因 此,糖的种类和用量不仅影响培养物生长速度和生长量,而且影响其代谢水平、次 生代谢物合成、以及细胞的形态和发生（Fowler等,1982）,是影响植物组织培养成 功与否的关键之一。1981年吕芝香曾对植物组织培养中碳源的种类和浓度进行 了综述,近年来植物组织培养中糖类效应的研究取得很大进展，本文就此作一简单 介绍。1用于植物组织培养的糖类蔗糖能支持绝大多数植物离体培养物的旺盛生长（吕芝香,1981），一直被作为 植物组织培养的标准碳源而广泛应用（Fowler等,1982）。大多数合成培养基也均以 蔗糖作为唯一的碳源（梁海曼,1991）。就其合适的浓度,在各种作物上已作了比较 详细

5、的研究（吕芝香,1981;梁海曼,1991）。近来，其他糖类对植物组织培养的效应, 引起广泛关注。许多研究表明蔗糖并不一定是最佳碳源,不同植物对不同糖类的 反应不完全相同(Raquin,1983,Strickland 等,1987;Gertlowski 等,1993)。据我们初步 统计,至今已有单糖、二糖、三糖、多糖以及未经纯化的混合糖类近50种在植物 组织培养中被试验用作碳源或者渗压剂。如单糖:葡萄糖、果糖、半乳糖、脱氧 核糖、核糖、甘露糖、甘油、山梨糖、甘露庚糖、葡庚糖、木糖、阿拉伯糖、赤 藓糖、L-阿拉伯糖、鼠李糖、L-鼠李糖、岩藻糖;二糖:蔗糖;麦芽糖、乳糖、密二 糖、龙胆二糖、纤维二

6、糖;三糖:密三糖(棉子糖)、松三糖、麦芽三糖;四糖:木苏糖 多糖:可溶性淀粉、淀粉、直链淀粉、糊精、糖原;糖胺:半乳糖胺、葡萄糖胺;糖醇： 甘露醇、山梨醇、肌醇、D-葡糖醇;磷酸化糖:葡萄糖-1-磷酸,葡萄糖-6-磷酸;混合 糖类:密糖、乳青、玉米浸出液、麦芽浸膏、白糖、红糖、菊粉、果胶。2糖类对植物体细胞培养的影响50年代初(Gautheret,1955)首先对植物组织培养中糖类进行研究，他以胡萝卜 为材料研究组织生长的最适浓度和不同糖类的效应，结果表明蔗糖是最好的碳源, 以下依次为葡萄糖、麦芽糖、棉子糖、果糖和半乳糖。甘露糖和乳糖效果则较差, 戊糖和多糖无效。在火炬松(Pinus taed

7、a)愈伤组织培养中，比较了单糖、二糖和三 糖的效应,蔗糖在所试糖类中效果最佳(Vuke等,1987),很多试验也观察到类似结果 (Hildebrandt 等,1949;Galiba,1986;Tiainen,1992;Yang,1992;Ashburner 等,1993;Eapen 等,1993;Harvey 等,1994;Jeannin,1995;Ramage,1996;Veramendi 等,1996)。多数植物组织培养物除蔗糖外，在葡萄糖、果糖为碳源时也能良好生长，其它 糖类的作用因植物种类不同而有很大差异(吕芝香,1981)。在西黄松(Pinusponderosa)下胚轴离体培养中葡萄

8、糖和蔗糖对愈伤组织的生长及保持具有相同 效果(Tuskan等,1990)oEapen和George(1990)比较了 13种糖对小米胚胎发生影响, 结果表明蔗糖和葡萄糖可以诱导小米愈伤组织形成正常胚状体，而乳糖、半乳糖 等五种糖类则无效。银叶茄(Solanum eleagnifolium)悬浮培养生长量以蔗糖为最 大，麦芽糖最小，而茄解碱产量各种糖类均相似(Nigra等,1990)。Flower等(1982)报 道在白长春花(Catharanthus roseus)离体培养中,葡萄糖有较高的生物产量,但生物 碱产量与使用蔗糖时相似，并发现培养物从蔗糖或葡萄糖为碳源培养基转移到果 糖为碳源时，其

9、生长量急剧下降，葡萄糖与半乳糖或者混合使用，在相同浓度下与 葡萄糖单独使用效果相似，但如果乳糖或半乳糖单独使用,效果很差，可能与培养 物中6 -半乳糖脱氢酶活性低有关。另外除红糖外，蜜糖、乳清、麦芽浸膏等混合 糖均未能支持培养物生长。在桤木(Alnus cremastogyne)枝条扩繁中,葡萄糖诱发的 枝条率及每个枝条可分离节段数量大(Tang等,1996)。烟草原生质体培养中，葡萄 糖、果糖和甘露糖与蔗糖具有相似的效果，而核糖则表现明显的促进作用,半乳糖 显著抑制细胞生长和分化(Caboche,1987)。以蔗糖作碳源，甘蔗出愈率较高，而对其分化 则以葡萄糖效果最佳(王敬驹等,1991)。

10、甘薯块根愈伤组织形成时，蔗糖、可溶性 淀粉、葡萄糖均为良好的碳源,果糖和麦芽糖较差,而在愈伤组织生长时，则以葡萄 糖和蔗糖为最佳，果糖和可溶性淀粉次之，木糖和半乳糖在愈伤组织形成和生长时 均不能被利用(吕芝香等,1981)。郑泗军(1996)以棉花未受精胚珠为外植体进行纤 维诱导，结果表明未受精胚珠在含葡萄糖的培养基上,纤维诱导率和纤维生长量最 高。在大豆茎尖的组织培养中，在4.5p mol/L 2,4-D条件下,研究不同碳源对体细胞 胚胎发生的影响，结果表明252504mmol/L果糖为最佳碳源，与84mmol/L蔗糖相 比,平均每个外植体形成的体细胞胚高出34倍(Loiseau ,1995

11、)。乳糖、葡萄糖和 果糖作碳源，在欧洲榛(Corylus aoellana)组织培养芽数量和长度均优于蔗糖，而半 乳糖效果则很差(Yu等,1993 )。乳糖促进欧洲冷杉(Abies alba)胚状体发生效果最佳, 可溶性淀粉其次;蔗糖、葡萄糖和乳糖只形成早期胚,不能成熟,而果糖则无效 (Schuller等,1993)。山梨醇作为碳源，杏培养物在十重、鲜重上均显著高于蔗糖或 蔗糖+甘露醇,并指出山梨醇的有利效应并不是由于渗透压变化所致 (Marino 等,1993)。在苹果离体培养中也发现山梨醇促进细胞生长和分化(Pua 等,1984;1985;Welander 等,1989)。近年来，麦芽糖作

12、碳源对植物组织培养的利用受到重视，在柑桔属离体培养中 发现在蔗糖存在下加0.1%麦芽浸膏可极显著促进胚胎发生(Kochba等,1973)。半 乳糖、麦芽糖、乳糖、甘油也可明显促进其胚胎发生(Strickland等,1987)。Kochba 等(1982)在甘蓝和甘蓝型油菜原生质体培养中,麦芽糖作碳源可促进胚胎发生 (Loudon等,1989)。在苜蓿中,麦芽糖、麦芽浸膏和果糖可明显促进胚胎发生，并发 现NH+4对麦芽糖效应存在促进作用(Tiainen,1992)。以麦芽糖和乳糖作碳源，培养 35个月的粳稻愈伤组织绿苗率仅达24%,而蔗糖对照则无再生能力(Asano等,1994)。在分化培养基中

13、加入麦芽糖可促进籼稻原生质体愈伤组织的分化 (Ghosh等,1993)。长期以麦芽糖或乳糖为碳源培养匍匐剪股颖(Agrostis stolonifera) 愈伤组织，其绿苗率达7693%,比蔗糖高出436倍(Asano等,1994)。胡萝卜悬浮 培养中也发现麦芽糖优于蔗糖(Verma等,1977)。亚麻培养物长芽以麦芽糖为好; 长根则以蔗糖为佳(Millam等,1992)。但麦芽糖不能支持糖械(Acer saccharum)、甘 蔗愈伤组织生长和花生体细胞胚胎发生(吕芝香等,1981;Nickell等,1970;王敬驹 等,1991;Eapen 等,1993)。3糖类对植物花药培养的影响植物花

14、药培养中,过去一般均以蔗糖作为碳源，其合适浓度因作物种类不同 而异(梁海曼,1991)。近年来发现其它糖类特别是麦芽糖代替蔗糖能够促进花药培 养效率(Raqi-un;1983;Hunter,1987;朱全清,1991;孙敬三等,1991;孙宗修等,1993)引 起广泛注意,在淀粉为凝固剂的培养基上加入12%蜜二糖与只供应8%蔗糖相比, 大麦花药培养胚胎发生率高35倍，达3540%,但蜜二糖单独使用未能促进其胚胎 发生(Sorvari等,1987),水稻花药培养中加入1%甘露醇可明显促进愈伤组织形成, 大麦花药培养时除9%蔗糖外，还加了山梨醇(梁海曼,1991)。甘露醇能被细胞吸收 和水解,山梨

15、醇能被细胞吸收,但不能水解，而蜜二糖不能被胞吸收和水解(Dracup 等,1986;王敬驹等,1991),说明在某些情况下,使用渗压剂对作物花药培养有利。在小麦花药培养中供应9%葡萄糖优于蔗糖(朱全清,1991),在棉花中也有类似 的报道(Barrow等,1978;Barrow,1986)。1983年Raquin首先报道了以麦芽糖代替蔗 糖可促进矮牵牛的花药培养效率。Hunter于1987年比较麦芽糖、纤维二糖、蔗 糖、葡萄糖等六种碳源对大麦花药培养的影响时，发现以麦芽糖作为碳源时，大麦 品种“Igri”每个花药出苗达27株,培养效率比蔗糖作碳源极显著提高,Finnie等 (1989)、Kuh

16、lmann 和 Foroughi-Wehr(1989)、Cai 等(1993)均报道了类似的结果，后 者并观察到纤维二糖同样具有大幅度提高大麦花药培养效率的作用。在大麦小孢 子培养中，以麦芽糖作碳源，小孢子能持续分裂，并形成愈伤组织，而葡萄糖、果糖和 蔗糖单独使用或与麦芽糖合用均未见到小孢子分裂，且其存活期比糖饥饿时短，因 此指出葡萄糖、果糖和蔗糖对小孢子有毒害作用(Scott等,1994)。在小麦花药培 养中发现以麦芽糖代替蔗糖可提高小麦品种“Orofen”的胚胎产量34倍,10个 花药可产生50个胚胎(Last等,1990)。Orshinsky等(1990)、Devaux(1992)和陈耀峰 等(1993)也报道了麦芽糖对小麦花药培养的促进作用。另外，麦芽糖作碳源是小麦 小孢子培养成功的关键之一(Mejza等,1993)。陈英等(1991)发现3%蔗糖+3%麦芽 糖处理籼稻品种，绿苗分化率平均为36.3%,绿苗产量平均为2.08%,明显优于6%蔗 糖。孙宗修等(1993)比较了麦