離體植物細胞脫分化與再分化及其影響因子研究

2024年3月28日發(作者：雨天室內手指操)

2020年第17期現代園藝

離體植物細胞脫分化與再分化及其影響因子研究

王培軍，葛坤

（太原學院，山西太原030024）

：離體植物細胞脫分化、再分化是離體植物組織培養必須經歷的過程。綜述了離體植物細胞脫分化、再分化各時期形態結構

的變化及其影響因子。分析表明，植物細胞在誘導期、分裂期、分化期形態特征有顯著差異，培養基為離體植物組織培養的營養提

供場所，其各成分種類及濃度、滲透壓、酸堿度均對植物細胞脫分化、再分化有直接影響。

：離體植物；脫分化；再分化；植物激素

離體植物細胞脫分化、再分化是離體植物組織培

養必須經歷的過程。植物細胞脫分化表現為植物特定

結構的組織由分化狀態恢復到分生狀態或胚性細胞狀

態。離體培養的植物經過細胞脫分化，產生結構松散、

無極性的細胞團，這些細胞液泡化程度高，不存在胞間

連絲且不具有細胞壁，通常稱為愈傷組織。愈傷組織在

適宜條件下，經過細胞再分化恢復原有細胞分化的能

力，進而發育成完整植株

[1]

。

1離體植物細胞脫分化與再分化的時期

從植物體上分離的組織，經過離體培養，通常經歷

3個時期，即誘導期、分裂期、分化期。植物細胞在脫分

化前后發生變化最大的是質體，質體通常在原生質體、

葉綠體、白色體、有色體4種形式間相互轉化

[2]

。分裂期

與分化期以原生質體形式存在，例如煙草葉肉細胞脫

分化時，葉綠體轉化成原生質體，同時積累一定量的淀

粉，形成淀粉粒，維持細胞質體水平

[3]

。

1.1誘導期即細胞分裂的準備階段

植物細胞在誘導期內由靜止狀態進入代謝活化狀

態，細胞主要特征表現為細胞質與核糖體增加，核糖體

聚合形成多聚核糖體，RNA隨之合成并累積，原生質

流動加速，淀粉消失。Steward等通過對胡蘿卜的離體

組織培養發現，誘導期細胞形態和大小均未發生變化。

RNA增加的含量與細胞數目相比，是其8倍，不同植

物誘導期所需時間不同，同種植物但生理狀態不同，誘

導期亦不相同。

1.2分裂期是細胞持續分裂的時期

植物細胞在分裂期特征主要表現為細胞體積變

小，數目和RNA含量增加。細胞核和核仁變大。隨著

RNA含量持續增加并達到最高時，細胞核和核仁最

大，此時細胞體積最小，這一時期為細胞分裂高峰期。

1.3分化期是器官發生的時期

植物細胞在分化期特征主要表現為細胞內多種酶

的活性增加，如苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶、過氧化

基金項目：山西省自然科學基金青年面上項目（201801D221321）；山

西省重點研發項目（農業領域）（201703D221018-1）。

作者簡介：王培軍（1979-），男，漢族，山西盂縣人，碩士，高級工程

師，研究方向：園林植物。

物酶等。隨著ɑ-淀粉酶活性的增強，使得淀粉大量

累積，為根的生成、芽的分化提供能量。由于RNA聚合

酶活性的增強，加速了RNA和組蛋白的合成，植物細

胞在分化期形態和體積保持穩定，愈傷組織停止增殖，

外觀上呈現由分生組織構成的“瘤狀結構”，也稱為“分

生組織結節”。離體植物組織培養中，“分生組織結節”

是分化期最為顯著的特征，也和器官發生有非常密切

的聯系。根原基以及芽原基是由瘤狀分生組織結節外

圍細胞單向極性生長而形成

[4]

。由此可見，離體植物器

官再生必須經過細胞脫分化形成愈傷組織，然后再分

化形成根、莖分生組織，最后生成根和芽。

2植物激素是離體植物細胞脫分化與再分化的必

備條件

植物個體發育與植物體內遺傳信息的“開放”有直

接關系，不同遺傳信息中的“開”“關”決定了合成不同

的蛋白質和酶，而植物激素是控制遺傳信息的主要“因

子”。離體植物組織培養中，植物激素必不可少，參與了

植物細胞脫分化、分裂、再分化的全過程，正是由于切

割和外源激素的作用，改變了植物遺傳信息，進而改變

了其代謝路線，使之發育成完整個體。

2.1生長素的作用

植物生長素是對細胞分裂的啟動最早發生作用的

激素，是離體植物組織培養過程中細胞脫分化形成愈

傷組織不可缺少的激素。科研工作者用14C、32P、3H

標記化合物發現生長素與組蛋白結合，活化部分受阻

遏的基因，恢復轉錄合成mRNA和轉譯，進而形成各

種酶和蛋白質。在誘導期階段，生長素促進細胞開始代

謝活動，原生質流動，RNA累積，核糖體增加。生長素

對細胞膜、乙烯、細胞壁的合成以及各細胞器的功能等

產生影響，如2,4-D對細胞脫分化的啟動及分生組織

的形成起關鍵作用。

2.2細胞分裂素的作用

在離體植物組織培養過程中，細胞分裂素使已脫

分化的細胞或細胞團持續進行有絲分裂，進而得以繼

代培養。科研工作者用32P、14C、3H標記化合物，發現

細胞分裂素主要在G2期即有絲分裂準備期產生

訛輵輩

調節

現代園藝2020年第17期

作用。在大豆細胞團的培養實驗中加入10

-9

~10

-6

mol/L

的玉米素（ZT），發現玉米素促進細胞分裂，并且細胞

增殖數與玉米素濃度成正比；之后將細胞團轉入無玉

米素的培養基中，48h后細胞停止分裂，72h后將停止

分裂的細胞團轉入玉米素的培養基中，16h后細胞重

啟分裂，24h后達到頂峰

[5]

。通過以上實驗表明，細胞分

裂素主要功能是促進細胞的分裂，通常不能或很難啟

動DNA轉錄過程，只能促使已復制的DNA的細胞進

行分裂。

2.3植物激素對植物細胞再分化的促進

植物細胞的再分化需要生長素和細胞分裂素同時

促進，但2種激素的不同比例對細胞再分化影響不同。

如豌豆根在含有生長素和細胞分裂素的培養基中進行

離體培養時，5~7d出現管狀分子，隨著細胞分裂素濃

度的增加，根皮層薄壁細胞中管胞分化率隨之增加。科

研工作者用3H標記其胸腺嘧啶，進一步證實2種激

素同時促進了管胞的形成。

3離體植物細胞脫分化與再分化的影響因子

離體植物組織培養過程中，細胞脫分化和再分化

的影響因子很多，外因主要為營養條件、環境條件，內

因主要為植物材料的遺傳性和生理性。離體植物組織

培養的培養基為植物細胞分化提供所需營養，同時有

調節滲透壓、酸堿度，支持植物體（固體培養基）等作

用。培養基主要成分為4類：水、無機鹽、有機營養物、

植物激素

[6]

。

3.1無機鹽

無機鹽包括大量元素和微量元素，植物細胞脫分

化、再分化對大量元素氮、磷、鉀、硫、鈣、鎂需求量很

大，因植物種類不同。培養基中硝酸鹽與銨鹽添加比例

不同，銨鹽用量低于硝酸鹽，通常不超過8mmol/L，硫、

鈣、鎂含量不低于1~3mmol/L，微量元素鐵、錳、鋅、銅、

硼、碘、鈷、鉬在培養基用量甚微，卻是植物細胞分裂、

分化必不可少的元素。錳對植物光合作用糖的合成有

重要作用，鐵為植物細胞呼吸作用發生氧化還原反應

時提供電子，同時也是各種酶的主要成分；鉬是植物細

胞無機氮化物轉化為蛋白質的重要元素。培養基中無

機鹽類對于維持其酸堿度和滲透壓起關鍵作用，酸堿

度過高或過低會使細胞內蛋白質等電點發生變化，影

響蛋白質合成，進而導致外植體褐變而死亡。

3.2有機物

根據植物營養研究報道，離體植物與整株植物相

比所需營養有所不同，整株植物因其是自養狀態，故只

有無機營養就可以生長，離體植物組織細胞為異養狀

態，必須通過細胞滲透吸收營養才能進行脫分化與再

分化，因此培養基除無機鹽類還需添加碳源和有機營

養。

訛輶輩

培養基中有機物主要包括糖源、維生素、氨基酸和

酰氨。糖源為植物細胞脫分化、再分化提供能源和碳

源，實驗中常用的糖類為蔗糖，添加濃度因植物材料不

同而不同，可用滲透壓測定儀測出外植體滲透壓，根據

此值確定添加蔗糖的濃度，工業生產培養考慮成本時

常用綿白糖作為糖源。Vb（鹽酸硫胺素）是植物細胞分

裂生成愈傷組織必須的元素，Vc（抗壞血酸）可有效抑

制褐變，Vpp（煙酸）可促進胚胎發育，肌醇對細胞壁生

成有促進作用，且用量是維生素中最高的，通常為

100mg/L，氨基酸和酰胺作為有機氮源，對細胞脫分化、

再分化以及胚胎發育有重要作用，通常將甘氨酸、絲氨

酸、谷氨酸、天冬酰胺等混合使用。

3.3植物激素

培養基中最常用的植物激素有生長素、細胞分裂

素、赤霉素。生長素中IAA（吲哚乙酸）在植物體內極不

穩定，很容易被吲哚乙酸氧化酶氧化而失活。生長素

2,4-D則穩定得多，且活性是IAA的8倍，添加濃度一

般為2~5mmg/L。細胞脫分化需高濃度的2,4-D，植物

細胞進行再分化時，2,4-D濃度不宜太高。細胞分裂素

在誘導細胞分裂，促進細胞分化有重要作用。ZT（玉米

素）活性最高，常用濃度范圍為0.5~2mmg/L，但因其成

本較高并不常使用，KT和BA較常用，木本植物常添

加2ip（異戊基烯腺嘌呤）促進幼莖分化。不同植物激素

添加比例會影響外植體器官發生的方向，只有比值適

中時可生長愈傷組織，生長素濃度高于細胞分裂素濃

度時，抑制芽分化，對根生成有促進作用；生長素濃度

低于細胞分裂素濃度時，則抑制根的生成，而對芽分化

有促進作用

[7]

。

3.4培養基的滲透壓與酸堿度

離體植物細胞通過細胞滲透吸收營養進而開始脫

分化、再分化直到器官形成，故只有當外植體滲透壓低

于或等于培養基滲透壓時，才能利用滲透勢吸收培養

基中的營養。培養基滲透壓由無機鹽、有機物以及各種

物質的濃度決定，其中糖源起主要決定作用，因此可通

過調節糖濃度來調節培養基滲透壓。植物細胞脫分化、

再分化以及器官發生與培養基酸堿度有著密切聯系。

正常整株植物可自行調節體內酸堿度，在單細胞或原

生質體培養中，需精確測定培養基pH值時，可用pH

測定儀進行測定，而離體植物組織培養常用pH試紙

比色測定，通常最適范圍為5.8~6.0，用1mol/LHCl或

1mol/LNaOH進行調節。

4結語

植物細胞脫分化與再分化是研究離體植物組織培

養的主要問題，離體植物細胞必須經歷脫離原分化狀

態，恢復到分生狀態的過程即經過脫分化恢復細胞分

裂的能力，進而再分化生成各組織器官等。培養基是影

響其脫分化與再分化的主要外因之一。（下轉第61頁）

2020年第17期現代園藝

出現葉緣枯焦、枝條停止生長等狀態不佳的現象

[11]

，參

考引種來源地氣候，選擇地理成分以熱帶性質為主的

沙生植物，可以為平潭島及鄰近島嶼植物引種馴化時

提供建議，篩選出適生于平潭海岸環境的沙生植物。

4.2海岸沙生植物潛在應用配置

海岸沙生植物分布具有明顯的條帶性

[9]

，為滿足海

岸不同生境條件景觀提升需求，參考鄭俊鳴等

[17]

將海

岸沙生植物生境劃分為濱海沙生地帶、鹽生濕地地帶、

海岸林地帶3種，根據篩選的優質海岸沙生植物，選擇

適宜的種類進行配置。

4.2.1濱海沙生地帶景觀。該地帶基質由砂礫構成并伴

有貝殼碎片，前緣受潮水影響，土壤鹽漬化嚴重[4]，植

被應選擇沙生草本、灌木和藤本為主。配置模式：鹽地

鼠尾栗+海邊月見草+單葉蔓荊+龍舌蘭+草海桐；

溝葉結縷草+腎葉打碗花+中華補血草+濱海珍珠

菜+仙人掌+濱柃；琉璃繁縷+番杏+厚藤+珊瑚菜

+華南狗娃花+車桑子。

4.2.2鹽生濕地地帶景觀。該地帶基質由砂土構成，潮

汐變化大，伴有季節性積水，配置時應選擇耐鹽堿、沼

生性的沙生植物為主

[18]

。配置模式：苦郎樹+草海桐+

中華補血草+狗牙根；苦郎樹+文殊蘭+厚藤+鹽地

鼠尾栗。

4.2.3海岸林地帶景觀。該地帶土壤為弱堿性，土壤貧

瘠，林下植物稀疏，適合營造喬灌草相結合的海岸防護

林體系，可顯著改善環境條件、有效抗御自然災害。配

置模式：臺灣相思+車桑子+碩苞薔薇+濱柃+蘆葦

+鹵地菊；黑松+木麻黃+草海桐+黑面神+天門冬

+中華補血草；潺槁木姜子+濱柃+雀梅藤+柞木+

仙人掌+濱海珍珠菜。

上嘗試構建喬灌草相結合的穩定植物群落，可用于平

潭島和同緯度海島植被恢復和植物引種馴化。

海岸沙生植物具有較強的適生性和生態功能，利

用海岸沙生植物營造濱海植物生境，可充分發揮其生

態效益。同時，海岸是一個脆弱的生態系統，一旦被破

壞，植被難以恢復。因此，在進行海島景觀改造和海岸

植被修復時，應適地適樹，選擇合適的沙生植物進行應

用，營造一個景觀效果佳、生態效益好的海岸生境。

（收稿：2020-06-02）

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5結語

通過對平潭3座無居民海島的調查，共發現47種

海岸沙生植物，從植物組成來看，3座無居民海島優勢

科現象不明顯，生境惡劣。對其進行屬的區系地理分析

得出，3座無居民海島海岸沙生植物以熱帶成分為主，

篩選出30種園林利用價值較高的沙生植物，如潺槁木

姜子、濱柃、草海桐、濱海珍珠菜、厚藤等，并在此基礎

（上接第58頁）總之，離體植物組織培養因植物種類與

外植體材料不同，所需培養基也不相同，并不存在一種

單一物質能夠啟動植物細胞分裂、分化，而是多種物質

協同作用，促進細胞利用細胞全能性來表達其固有的

遺傳性狀。

（收稿：2020-05-09）

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