植物组织培养基及其配制

植物组织培养基及其配制

培养基好比土壤,是组织培养中离体材料赖以生存和发展的基地。因此,在组织培养基的各个环节中,应着重掌握培养基,了解它的组成和配制方法。

一、组成培养基的五类成分

目前,大多数培养基的成分是由无机营养物、碳源、维生素、生长调节物质和有机附加物等五类物质组成的。

1.无机营养物

无机营养物主要由大量元素和微量元素两部分组成,大量元素中,氮源通常有硝态氮或铵态氮,但在培养基中用硝态氮的较多,也有将硝态氮和铵态氮混合使用的。磷和硫则常用磷酸盐和硫酸盐来提供。钾是培养基中主要的阳离子,在近代的培养基中,其数量有逐渐提高的趋势。而钙、钠、镁的需要则较少。培养基所需的钠和氯化物,由钙盐、磷酸盐或微量营养物提供。微量元素包括碘、锰、锌、钼、铜、钴和铁。培养基中的铁离子,大多以螯合铁的形式存在,即FeSO4与Na2—EDTA(螯合剂)的混合。

2.碳源

培养的植物组织或细胞,它们的光合作用较弱。因此,需要在培养基中附加一些碳水化合物以供需要。培养基中的碳水化合物通常是蔗糖。蔗糖除作为培养基内的碳源和能源外,对维持培养基的渗透压也起重要作用。

3.维生素

在培养基中加入维生素,常有利于外植体的发育。培养基中的维生素属于B族维生素,其中效果最佳的有维生素B1、维生素B6、生物素、泛酸钙和肌醇等。

4.有机附加物

包括人工合成或天然的有机附加物。最常用的有酪朊水解物、酵母提取物、椰子汁及各种氨基酸等。另外,琼脂也是最常用的有机附加物,它主要是作为培养基的支持物,使培养基呈固体状态,以利于各种外植体的培养。

5.生长调节物质

常用的生长调节物质大致包括以下三类:

(1)植物生长素类。如吲哚乙酸(IAA)、萘乙酸(NAA)、2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)。

(2)细胞分裂素。如玉米素(Zt)、6-苄基嘌呤(6-BA或BAP)和激动素(Kt)。

(3)赤霉素。组织培养中使用的赤霉素只有一种,即赤霉酸(GA3)。

二、常用培养基配方及其特点

1.常用培养基配方

组织培养是否成功,在很大程度上取决于对培养基的选择。不同培养基有不同特点,适合于不同的植物种类和接种材料。开展组织培养活动时,应对各种培养基进行了解和分析,以便能从中选择使用。下面介绍组织培养几种常用培养基的配方见表9-1。

培养基中的激素种类和数量,随着不同培养阶段和不同材料而有变化,因此各配方中均不列入。

2.几种常用培养基的特点

(1) MS培养基。 MS培养基是目前普遍使用的培养基。它有较高的无机盐浓度,对保证组织生长所需的矿质营养和加速愈伤组织的生长十分有利。由于配方中的离子浓度高,在配制、贮存、消毒等过程中,即使有些成分略有出入,也不致影响离子间的平衡。MS固体培养基可用来诱导愈伤组织,或用于胚、茎段、茎尖及花药培养,它的液体培养基用于细胞悬浮培养时能获得明显成功。这种培养基中的无机养分的数量和比例比较合适,足以满足植物细胞在营养上和生理上的需要。因此,一般情况下,无须再添加氨基酸、酪蛋白水解物、

酵母提取物及椰子汁等有机附加成分。与其它培养基的基本成分相比,MS培养基中的硝酸盐、钾和铵的含量高,这是它的明显特点。

(2)B5培养基。B5培养基的主要特点是含有较低的铵,这是因为铵可能对不少培养物的生长有抑制作用。经过试验发现,有些植物的愈伤组织和悬浮培养物在MS培养基上生长得比B5培养基上要好,而另一些植物,在B5培养基上更适宜。

(3)N6培养基。N6培养基特别适合于禾谷类植物的花药和花粉培养,在国内外得到广泛应用。在组织培养中,经常采用的还有怀特(While,1963)培养基、尼许(Nitsch,1951)培养基等。它们在基本成分上大同小异。怀特培养基由于无机盐的数量比较低,更适合木本植物的组织培养。

三、培养液的配制

1.制备母液

为了避免每次配制培养基都要对几十种化学药品进行称量,应该将培养基中的各种成分,按原量10倍、100倍或1000倍称量,配成浓缩液,这种浓缩液叫做母液。这样,每次配制培养基时,取其总量的1/10、1/100、1/1000,加以稀释,即成培养液。现将培养液中各类物质制备母液的方法说明如下。

(1)大量元素。大量元素包括硝酸铵等用量较大的几种化合物。制备时,按表中排列的顺序,以其10倍的用量,分别称出并进行溶解,以后按顺序混在一起,最后加蒸馏水,使其总量达到1升,此即大量元素母液。

(2)微量元素。因用量少,为称量方便和精确起见,应配成100倍或1000倍的母液。配制时,每种化合物的量加大100倍或1000倍,逐次溶解并混在一起,制成微量元素母液。

(3)铁盐。铁盐要单独配制。由硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)5.57克和乙二胺四乙酸二钠(Na—EDTA)7.45克溶于1升水中配成。每配1升培养基,加铁盐5毫升。

(4)有机物质。主要指氨基酸和维生素类物质。它们都是分别称量,分别配成所需的浓度(0.1~1.0毫克/毫升),用时按培养基配方中要求的量分别加入。

(5)植物激素。最常用的有生长素和细胞分裂素。这类物质使用浓度很低,一般为0.01~10毫克/升。可按用量的100倍或1000倍配制母液,配制时要单个称量,分别贮藏。 配制植物生长素时,应先按要求浓度称好药品,置于小烧杯或容量瓶中,用1~2毫升0.1N(克当量浓度)氢氧化钠溶解,再加蒸馏水稀释至所需浓度。配制细胞分裂素时,应先用少量0.5或1N的盐酸溶解,然后加蒸馏水至所需量。

以上各种混合液(母液)或单独配制药品,均应放入冰箱中保存,以免变质、长霉。至于蔗糖、琼脂等,可按配方中要求,随称随用。

2.配制培养基的具体操作

①根据配方要求,用量筒或移液管从每种母液中分别取出所需的用量,放入同一烧杯中,并用粗天平称取蔗糖、琼脂放在一边备用。

②将①中称好的琼脂加蒸馏水300~400毫升,加热并不断搅拌,直至煮沸溶解呈透明状,再停止加热。

③将①中所取的各种物质(包括蔗糖),加入煮好的琼脂中,再加水至1000毫升,搅拌均匀,配成培养基。

④用1N的氢氧化钠或盐酸,滴入③中的培养基里,每次只滴几滴,滴后搅拌均匀,并用pH试纸测其pH值,直到将培养基的pH值调到5.8。

⑤将配好的培养基,用漏斗分装到三角瓶(或试管)中,并用棉塞塞紧瓶口,瓶壁写上号码。瓶中培养基的量约为容量的1/4或1/5。

培养基的成分比较复杂,为避免配制时忙乱而将一些成分漏掉,可以准备一份配制培养基的

成分单,将培养基的全部成分和用量填写清楚。配制时,按表列内容顺序,按项按量称取,就不会出现差错。成分单的格式与内容见表9-2。

3.培养基的灭菌与保存

培养基配制完毕后,应立即灭菌。培养基通常应在高压蒸汽灭菌锅内,在汽相120℃条件下,灭菌20分钟。如果没有高压蒸汽灭菌锅,也可采用间歇灭菌法进行灭菌,即将培养基煮沸10分钟,24小时后再煮沸20分钟,如此连续灭菌三次,即可达到完全灭菌的目的。 经过灭菌的培养基应置于10℃下保存,特别是含有生长调节物质的培养基,在4~5℃低温下保存要更好些。含吲哚乙酸或赤霉素的培养基,要在配制后的一周内使用完,其它培养基最多也不应超过一个月。在多数情况下,应在消毒后两周内用完。

在实验中常用的培养基,可将其中的各种成分配成10倍、100倍的母液,放入冰箱中保存,用时可按比例稀释。配制母液有2点好处:一是可减少每次配制称量药品的麻烦,二是减少极微量药品在每次称量时造成的误差。母液可以配单一化合物母液,但一般都配成以下四种不同混合母液。应注意以下几个方面:A.药品称量应准确,尤其微量元素化合物应精确到0.0001克,大量元素可精确到0.01克。B.配制母液的浓度适当,一是长时间保存后易沉淀,二是浓度大,用量少,在配制培养基时易影响精确度。C.母液贮藏不宜过长,一般几个月左右,要定期检查,如出现浑浊、沉淀及霉菌等现象,就不能使用。D.母液应放在2-4℃的冰箱中保存。

(1)大量元素混合母液:指浓度大于0.5mmol/L的元素,即含N、P、K、Ca、Mg、S等六种盐类的混合溶液,可配成10倍母液,用时每配1000ml取100ml母液,配时要注意以下几点:a.各化合物必须充分溶解后才能混合。b.混合时注意先后顺序,特别要将钙离子与硫酸根离子,磷酸根离子错开,以免产生硫酸钙、磷酸钙等不溶性化合物沉淀。c.混合时要慢,边搅拌边混合。

(2)微量元素混合母液:指小于0.5mmol/L的元素即含除Fe以外的B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl等盐类的混合溶液,因含量低,一般配成100倍甚至1000倍,用时每配1000ml取10ml或1ml。配时也要注意顺次溶解后再混合,以免沉淀。

(3)铁盐母液:铁盐必须单独配制,若同其他无机元素混合配成母液,易造成沉淀。配法是将5.57gFeSO4.7H2O水溶液缓慢加入到7.45gNa2-EDTA微沸水溶液中,并不断搅拌,最后定容到1000ml,用时每配1000ml培养基取5ml。

(4)有机化合物母液:主要是维生素和氨基酸类物质,这些物质不能配成混合母液,一定要分别配成单独的母液,其浓度有每ml含0.1、1.0、10mg化合物,用时根据所需浓度适当取用。

(5)植物激素:每种激素必须单独配制成母液,浓度为每ml含0.1、0.5、1.0mg激素,激素浓度的表示方法有两种,一种是ppm(或每升中mg数),另一种是mol.用时根据需要取用。由于多数激素难溶于水,它们的配法如下:

1) IAA IBAGA3先溶与少量95%酒精,再加水定容到一定浓度。

2)NAA可溶于热水或少量95%的酒精中,再加水定溶到一定浓度。

3)2,4-D不溶于水,可用1mol的NaOH溶解后,再加水定容至一定浓度。

4)KIN和BA先溶于少量1mol的HCl中,再加水定容。

5)玉米素先溶于少量95%酒精中,再加水至一定浓度。

2培养基的配置

(1)混合培养基中的各成分。先量取大量元素母液,再依次加入微量元素母液、铁盐母液、有机成分,然后加入植物激素及其他附加成分。

(2)溶化琼脂。称取应加的琼脂和蔗糖,将琼脂浸泡到透明后,用蒸馏水加热烧开熔化琼脂,待琼脂完全溶化后,把1加入,用pH试纸测pH值,并用0.1mol的NaOH或HCl调pH为5.6-5.8,最后加水定容至所需体积。

(3)分装。将熬好的培养基分装于培养瓶中,分装时注意不要把培养基倒在瓶口上,以防引起污染,然后用封口膜或瓶盖封口。

(4)灭菌。由于培养基内有丰富的营养物质,极利细菌和真菌繁殖,造成污染,影响组培的成功,一般有高温高压消毒和过滤消毒两种方法。⒈高温高压消毒:一般用消毒锅消毒,注意消毒锅不能装的过满,采用三次放气灭菌法,即0.05Mpa下放三次气,在0.1Mpa维持15-20分钟。⒉过滤消毒:一些易受高温破坏的培养基成分如IAA、IBA、ZT等,不宜用高温高压法消毒,可用过滤消毒,可过滤消毒后再加入已高温高压消毒的培养基中,过滤消毒应在无菌室或超净工件台上进行,以避免污染培养基。

培养基的成分

组织培养过程中,外植体生长所需的营养和生长因子,主要是由培养基供应的。因此,培养基中应包括植物生长必需的16种营养元素和某些生理活性物质。所有这些物质,可概括为5大类:

1.无机营养物植物生长必须的有13种元素:氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铁(Fe)、硼(B)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(MO)、氯(Cl)。前六种属大量元素,后七种属微量元素。培养基的各种盐类中均含有上述这些元素。

无机氮可以两种形式供应,即硝态氮和铵态氮。有些培养基以硝态氮为主,另一些以铵态氮为主,多数二者兼而有之。

铁往往以无机铁供应,如硫酸亚铁,为了防止沉淀,目前皆用螯合铁,即硫酸亚铁加乙二胺四乙酸钠配成。

2.有机物质主要有两类:一是作为有机营养物质,为植物细胞提供碳、氢、氧、氮等必

要元素,如糖类(蔗糖、葡萄糖和果糖)、氨基酸及其酰胺类(如甘氨酸、天门冬酰胺、谷氨酰胺);另一类是一些生理活性物质,在植物代谢中起一定作用,如硫胺素(B1)、吡哆醇(B6)、烟酸、生物素、肌醇、单核甘酸及其碱基(如腺嘌呤等)。

3.植物生长刺激物质主要加入植物天然的五类激素物质及其人工合成的类似生长激素物质,如生长素中常用的吲哚乙酸、萘乙酸、2,4-二氯苯氧乙酸、吲哚丁酸;细胞分裂素中常用的有激动素、6-苄基氨基嘌呤、玉米素;赤霉素类中常用的有赤霉酸;乙烯类中常用的有乙烯和乙烯利。

4.其他附加物这些物质不是植物生长所必需的,但对细胞生长有益。

琼脂(agar)是固体培养基的必要成分,琼脂是一种由海藻中提取的高分子碳水化合物,本身并不提供任何营养。琼脂能溶解在热水中,成为溶胶,冷却至40℃即凝固为固体状凝胶。通常所说的“煮化”培养基,就是使琼脂溶解于90℃以上的热水。琼脂条的用量在6—10g/L之间,琼脂粉的用量在3—4g/L之间若浓度太高,培养基就会变得很硬,营养物质难以扩散到培养的组织中去。若浓度过低,凝固性不好。新买来的琼脂最好先试一下它的凝固力。一般琼脂以颜色浅、透明度好、洁净的为上品。琼脂的凝固能力除与原料、厂家的加工方式有关外,还与高压灭菌时的温度、时间、pH值等因素有关,长时间的高温会使凝固能力下降,过酸过碱加之高温会使琼脂发生水解,丧失凝固能力。时间过久,琼脂变褐,也会逐渐丧失凝固能力。加入琼脂的固体培养基与液体培养基相比优点在于操作简便,通气问题易于解决,便于经常观察研究等,但它也有不少缺点,如培养物与培养基的接触(即吸收)面积小,各种养分在琼脂中扩散较慢,影响养分的充分利用,同时培养物排出的一些代谢废物,聚集在吸收表面,对组织产生毒害作用。市售的各种琼脂几乎都含有杂质,特别是Ca、Mg及其他微量元素。因此在研究植物组织或细胞的营养问题时,则应避免使用琼脂。可在液体培养基表面安放一个无菌滤纸制成的滤纸桥,然后在滤纸桥上进行愈伤组织培养。

其他替代物,有玻璃纤维、滤纸桥、海绵、脱脂棉、卡拉胶等,总的要求是排出的有害物质对培养材料没有影响或影响较小。

活性炭(activecarbon)可以降低组织培养物的有害代谢物浓度,对细胞生长有利;?活性炭为木炭粉碎经加工形成的粉沫结构,它结构疏松,孔隙大,吸水力强,有很强的吸附作用,它的颗粒大小决定着吸附能力、粒度越小,吸附能力越大。温度低吸附力强,温度高吸附力减弱,甚至解吸附。通常使用浓度为0.5—l0g/L。它可以吸附非极性物质和色素等大分子物质,包括琼脂中所含的杂质,培养物分泌的酚、醌类物质以及蔗糖在高压消毒时产生的5—羟甲基糖醛及激素等。

抗生物质(antibiotic),包括青霉素、链霉素、庆大霉素等,用量在5—20mg/L之间。添加抗生物质可防止菌类污染,减少培养中材料的损失,尤其是快速繁殖中,常因污染而丢弃成百上千瓶的培养物,采用适当的抗生素便可节约人力、物力和时间。尤其对大量通气长期培养,效果更好。对于刚感染的组织材料,可向培养基中注入5%—10%的抗菌素。抗生素各有其抑菌谱,要加以选择试用,也可两种抗生素混用。但是应当注意抗生素对植物组织的生长也有抑制作用,可能某些植物适宜用青霉素,而另一些植物却不大适应。值得提醒的是,在工作中不能以为有了抗菌素,而放松灭菌措施。此外,在停止抗生素使用后,往往污染率显著上升,这可能是原来受抑制的菌类又滋生起来造成。5.其他对生长有益的未知复合成

分常用的为植物的天然汁液,如椰乳、酵母提取物、荸荠汁、苹果汁、生梨汁等。他们的作用是供给一些必要的微量营养成分、生理活性物质和生长激素物质等。

配制培养基有两种方法可以选择,一是购买培养基中所有化学药品,按照需要自己配制;二是购买商品的混合好的培养基基本成分粉剂,如MS、B5等。

自己配制可以节约费用,但浪费时间、人力、且有时由于药品的质量问题,给实验带来麻烦。就目前国内的情况看,大部分还是自己配制。为了方便起见,现以MS培养基为例介绍配置培养基的主要过程。

1、配制几种母液

(1)配制MS大量元素母液

一般将大量元素分别配制成100倍的母液,使用时再分别稀释100倍。

分别称取

NH4NO3 165g KH2PO4 17g

KNO3 190g CaCl2·2H2O 44g

MgSO4·7H2O 37g

各自配成1L的母液。倒入1L试剂瓶中,存放于冰箱中。

(2)配制MS微量元素母液

一般将微量元素配制成100倍母液。

依次称取

KI 0.083g Na2MoO4·2H2O 0.025g

H3BO3 0.62g CuSO4·5H2O 0.0025g

MnSO4·H2O 1.69g CoCl2·6H2O 0.0025g

ZnSO4·7H2O 0.86g

配成1L母液,倒入1L试剂瓶中,存放于冰箱中。

CuSO4·5H2O和CoCl2·6H2O 由于称取量很小,如果天平精确度没有达到万分之一,可先配成调整液。

分别称取

CuSO4·5H2O 0.05g CoCl2·6H2O 0.05g

各自配成100ml的调整液,然后取5ml就还有0.0025g的量。

(3)配制MS有机母液

一般配制成100倍MS有机母液。

依次称取

肌醇 10g 盐酸硫胺素(VB1) 0.01g

烟酸 0.05g 甘氨酸 0.2g

盐酸吡哆醇(VB6) 0.05g

配成1L母液,倒入1L试剂瓶中,存放于冰箱中。

(4)配制MS铁盐母液

一般配制成100倍MS铁盐母液。

依次称取

EDTA二钠 3.73g FeSO4·7H2O 2.78g

配成1L母液,倒入1L试剂瓶中,存放于冰箱中。

所以MS母液有5种大量元素母液,加上MS微量元素母液、MS有机母液和MS铁盐母液,共8种母液。

激素母液的配制

各种生长素和细胞分裂素要单独配制,不能混合在一起,生长素类一般要先用少量95%的酒精或1当量的NaOH溶解,细胞分裂素一般要先用1当量的盐酸溶解,然后再加蒸馏水定容。一般取100mg配成100ml母液。

2、配制培养基

以配置1L MS培养基为例,按顺序进行如下操作:

(1)先在烧杯中放入一些蒸馏水。

(2)分别取上面八种母液10ml倒入。

(3)一般称取30g蔗糖倒入,搅拌溶解。

(4)加蒸馏水用量筒定溶至1L。

(5)按设计好的方案添加各种激素,由于激素的用量很小,而且激素对组培植物的生长至关重要。所以有条件的话最好用微量可调移液器吸取,减少误差。

(6)用精密试纸或酸度计调整PH至5.7-5.8。(有条件的话使用酸度计,比较精确)可配1当量的HCL和1当量的NaOH用来调溶液PH值。

1当量HCL配制:用量筒量取8.3ml配成100ml溶液。

1当量NaOH配制:称取NaOH 4g 配成100ml溶液。

(7)称取5g左右琼脂粉(质量好的琼脂粉),倒入上面配好的溶液中,放在电炉上加热至沸腾,直到琼脂粉熔化。

(8)稍微冷却后,分装入培养容器中。无盖的培养容器要用封口膜或牛皮纸封口,用橡皮筋或绳子扎紧。

(9)放入消毒灭菌锅灭菌,灭菌20分钟左右。

(10)灭菌后从灭菌锅中取出培养基,平放在实验台上令其冷却凝固。

植物组织培养基及其配制

培养基好比土壤,是组织培养中离体材料赖以生存和发展的基地。因此,在组织培养基的各个环节中,应着重掌握培养基,了解它的组成和配制方法。

一、组成培养基的五类成分

目前,大多数培养基的成分是由无机营养物、碳源、维生素、生长调节物质和有机附加物等五类物质组成的。

1.无机营养物

无机营养物主要由大量元素和微量元素两部分组成,大量元素中,氮源通常有硝态氮或铵态氮,但在培养基中用硝态氮的较多,也有将硝态氮和铵态氮混合使用的。磷和硫则常用磷酸盐和硫酸盐来提供。钾是培养基中主要的阳离子,在近代的培养基中,其数量有逐渐提高的趋势。而钙、钠、镁的需要则较少。培养基所需的钠和氯化物,由钙盐、磷酸盐或微量营养物提供。微量元素包括碘、锰、锌、钼、铜、钴和铁。培养基中的铁离子,大多以螯合铁的形式存在,即FeSO4与Na2—EDTA(螯合剂)的混合。

2.碳源

培养的植物组织或细胞,它们的光合作用较弱。因此,需要在培养基中附加一些碳水化合物以供需要。培养基中的碳水化合物通常是蔗糖。蔗糖除作为培养基内的碳源和能源外,对维持培养基的渗透压也起重要作用。

3.维生素

在培养基中加入维生素,常有利于外植体的发育。培养基中的维生素属于B族维生素,其中效果最佳的有维生素B1、维生素B6、生物素、泛酸钙和肌醇等。

4.有机附加物

包括人工合成或天然的有机附加物。最常用的有酪朊水解物、酵母提取物、椰子汁及各种氨基酸等。另外,琼脂也是最常用的有机附加物,它主要是作为培养基的支持物,使培养基呈固体状态,以利于各种外植体的培养。

5.生长调节物质

常用的生长调节物质大致包括以下三类:

(1)植物生长素类。如吲哚乙酸(IAA)、萘乙酸(NAA)、2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)。

(2)细胞分裂素。如玉米素(Zt)、6-苄基嘌呤(6-BA或BAP)和激动素(Kt)。

(3)赤霉素。组织培养中使用的赤霉素只有一种,即赤霉酸(GA3)。

二、常用培养基配方及其特点

1.常用培养基配方

组织培养是否成功,在很大程度上取决于对培养基的选择。不同培养基有不同特点,适合于不同的植物种类和接种材料。开展组织培养活动时,应对各种培养基进行了解和分析,以便能从中选择使用。下面介绍组织培养几种常用培养基的配方见表9-1。

培养基中的激素种类和数量,随着不同培养阶段和不同材料而有变化,因此各配方中均不列入。

2.几种常用培养基的特点

(1) MS培养基。 MS培养基是目前普遍使用的培养基。它有较高的无机盐浓度,对保证组织生长所需的矿质营养和加速愈伤组织的生长十分有利。由于配方中的离子浓度高,在配制、贮存、消毒等过程中,即使有些成分略有出入,也不致影响离子间的平衡。MS固体培养基可用来诱导愈伤组织,或用于胚、茎段、茎尖及花药培养,它的液体培养基用于细胞悬浮培养时能获得明显成功。这种培养基中的无机养分的数量和比例比较合适,足以满足植物细胞在营养上和生理上的需要。因此,一般情况下,无须再添加氨基酸、酪蛋白水解物、

酵母提取物及椰子汁等有机附加成分。与其它培养基的基本成分相比,MS培养基中的硝酸盐、钾和铵的含量高,这是它的明显特点。

(2)B5培养基。B5培养基的主要特点是含有较低的铵,这是因为铵可能对不少培养物的生长有抑制作用。经过试验发现,有些植物的愈伤组织和悬浮培养物在MS培养基上生长得比B5培养基上要好,而另一些植物,在B5培养基上更适宜。

(3)N6培养基。N6培养基特别适合于禾谷类植物的花药和花粉培养,在国内外得到广泛应用。在组织培养中,经常采用的还有怀特(While,1963)培养基、尼许(Nitsch,1951)培养基等。它们在基本成分上大同小异。怀特培养基由于无机盐的数量比较低,更适合木本植物的组织培养。

三、培养液的配制

1.制备母液

为了避免每次配制培养基都要对几十种化学药品进行称量,应该将培养基中的各种成分,按原量10倍、100倍或1000倍称量,配成浓缩液,这种浓缩液叫做母液。这样,每次配制培养基时,取其总量的1/10、1/100、1/1000,加以稀释,即成培养液。现将培养液中各类物质制备母液的方法说明如下。

(1)大量元素。大量元素包括硝酸铵等用量较大的几种化合物。制备时,按表中排列的顺序,以其10倍的用量,分别称出并进行溶解,以后按顺序混在一起,最后加蒸馏水,使其总量达到1升,此即大量元素母液。

(2)微量元素。因用量少,为称量方便和精确起见,应配成100倍或1000倍的母液。配制时,每种化合物的量加大100倍或1000倍,逐次溶解并混在一起,制成微量元素母液。

(3)铁盐。铁盐要单独配制。由硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)5.57克和乙二胺四乙酸二钠(Na—EDTA)7.45克溶于1升水中配成。每配1升培养基,加铁盐5毫升。

(4)有机物质。主要指氨基酸和维生素类物质。它们都是分别称量,分别配成所需的浓度(0.1~1.0毫克/毫升),用时按培养基配方中要求的量分别加入。

(5)植物激素。最常用的有生长素和细胞分裂素。这类物质使用浓度很低,一般为0.01~10毫克/升。可按用量的100倍或1000倍配制母液,配制时要单个称量,分别贮藏。 配制植物生长素时,应先按要求浓度称好药品,置于小烧杯或容量瓶中,用1~2毫升0.1N(克当量浓度)氢氧化钠溶解,再加蒸馏水稀释至所需浓度。配制细胞分裂素时,应先用少量0.5或1N的盐酸溶解,然后加蒸馏水至所需量。

以上各种混合液(母液)或单独配制药品,均应放入冰箱中保存,以免变质、长霉。至于蔗糖、琼脂等,可按配方中要求,随称随用。

2.配制培养基的具体操作

①根据配方要求,用量筒或移液管从每种母液中分别取出所需的用量,放入同一烧杯中,并用粗天平称取蔗糖、琼脂放在一边备用。

②将①中称好的琼脂加蒸馏水300~400毫升,加热并不断搅拌,直至煮沸溶解呈透明状,再停止加热。

③将①中所取的各种物质(包括蔗糖),加入煮好的琼脂中,再加水至1000毫升,搅拌均匀,配成培养基。

④用1N的氢氧化钠或盐酸,滴入③中的培养基里,每次只滴几滴,滴后搅拌均匀,并用pH试纸测其pH值,直到将培养基的pH值调到5.8。

⑤将配好的培养基,用漏斗分装到三角瓶(或试管)中,并用棉塞塞紧瓶口,瓶壁写上号码。瓶中培养基的量约为容量的1/4或1/5。

培养基的成分比较复杂,为避免配制时忙乱而将一些成分漏掉,可以准备一份配制培养基的

成分单,将培养基的全部成分和用量填写清楚。配制时,按表列内容顺序,按项按量称取,就不会出现差错。成分单的格式与内容见表9-2。

3.培养基的灭菌与保存

培养基配制完毕后,应立即灭菌。培养基通常应在高压蒸汽灭菌锅内,在汽相120℃条件下,灭菌20分钟。如果没有高压蒸汽灭菌锅,也可采用间歇灭菌法进行灭菌,即将培养基煮沸10分钟,24小时后再煮沸20分钟,如此连续灭菌三次,即可达到完全灭菌的目的。 经过灭菌的培养基应置于10℃下保存,特别是含有生长调节物质的培养基,在4~5℃低温下保存要更好些。含吲哚乙酸或赤霉素的培养基,要在配制后的一周内使用完,其它培养基最多也不应超过一个月。在多数情况下,应在消毒后两周内用完。

在实验中常用的培养基,可将其中的各种成分配成10倍、100倍的母液,放入冰箱中保存,用时可按比例稀释。配制母液有2点好处:一是可减少每次配制称量药品的麻烦,二是减少极微量药品在每次称量时造成的误差。母液可以配单一化合物母液,但一般都配成以下四种不同混合母液。应注意以下几个方面:A.药品称量应准确,尤其微量元素化合物应精确到0.0001克,大量元素可精确到0.01克。B.配制母液的浓度适当,一是长时间保存后易沉淀,二是浓度大,用量少,在配制培养基时易影响精确度。C.母液贮藏不宜过长,一般几个月左右,要定期检查,如出现浑浊、沉淀及霉菌等现象,就不能使用。D.母液应放在2-4℃的冰箱中保存。

(1)大量元素混合母液:指浓度大于0.5mmol/L的元素,即含N、P、K、Ca、Mg、S等六种盐类的混合溶液,可配成10倍母液,用时每配1000ml取100ml母液,配时要注意以下几点:a.各化合物必须充分溶解后才能混合。b.混合时注意先后顺序,特别要将钙离子与硫酸根离子,磷酸根离子错开,以免产生硫酸钙、磷酸钙等不溶性化合物沉淀。c.混合时要慢,边搅拌边混合。

(2)微量元素混合母液:指小于0.5mmol/L的元素即含除Fe以外的B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl等盐类的混合溶液,因含量低,一般配成100倍甚至1000倍,用时每配1000ml取10ml或1ml。配时也要注意顺次溶解后再混合,以免沉淀。

(3)铁盐母液:铁盐必须单独配制,若同其他无机元素混合配成母液,易造成沉淀。配法是将5.57gFeSO4.7H2O水溶液缓慢加入到7.45gNa2-EDTA微沸水溶液中,并不断搅拌,最后定容到1000ml,用时每配1000ml培养基取5ml。

(4)有机化合物母液:主要是维生素和氨基酸类物质,这些物质不能配成混合母液,一定要分别配成单独的母液,其浓度有每ml含0.1、1.0、10mg化合物,用时根据所需浓度适当取用。

(5)植物激素:每种激素必须单独配制成母液,浓度为每ml含0.1、0.5、1.0mg激素,激素浓度的表示方法有两种,一种是ppm(或每升中mg数),另一种是mol.用时根据需要取用。由于多数激素难溶于水,它们的配法如下:

1) IAA IBAGA3先溶与少量95%酒精,再加水定容到一定浓度。

2)NAA可溶于热水或少量95%的酒精中,再加水定溶到一定浓度。

3)2,4-D不溶于水,可用1mol的NaOH溶解后,再加水定容至一定浓度。

4)KIN和BA先溶于少量1mol的HCl中,再加水定容。

5)玉米素先溶于少量95%酒精中,再加水至一定浓度。

2培养基的配置

(1)混合培养基中的各成分。先量取大量元素母液,再依次加入微量元素母液、铁盐母液、有机成分,然后加入植物激素及其他附加成分。

(2)溶化琼脂。称取应加的琼脂和蔗糖,将琼脂浸泡到透明后,用蒸馏水加热烧开熔化琼脂,待琼脂完全溶化后,把1加入,用pH试纸测pH值,并用0.1mol的NaOH或HCl调pH为5.6-5.8,最后加水定容至所需体积。

(3)分装。将熬好的培养基分装于培养瓶中,分装时注意不要把培养基倒在瓶口上,以防引起污染,然后用封口膜或瓶盖封口。

(4)灭菌。由于培养基内有丰富的营养物质,极利细菌和真菌繁殖,造成污染,影响组培的成功,一般有高温高压消毒和过滤消毒两种方法。⒈高温高压消毒:一般用消毒锅消毒,注意消毒锅不能装的过满,采用三次放气灭菌法,即0.05Mpa下放三次气,在0.1Mpa维持15-20分钟。⒉过滤消毒:一些易受高温破坏的培养基成分如IAA、IBA、ZT等,不宜用高温高压法消毒,可用过滤消毒,可过滤消毒后再加入已高温高压消毒的培养基中,过滤消毒应在无菌室或超净工件台上进行,以避免污染培养基。

培养基的成分

组织培养过程中,外植体生长所需的营养和生长因子,主要是由培养基供应的。因此,培养基中应包括植物生长必需的16种营养元素和某些生理活性物质。所有这些物质,可概括为5大类:

1.无机营养物植物生长必须的有13种元素:氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铁(Fe)、硼(B)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(MO)、氯(Cl)。前六种属大量元素,后七种属微量元素。培养基的各种盐类中均含有上述这些元素。

无机氮可以两种形式供应,即硝态氮和铵态氮。有些培养基以硝态氮为主,另一些以铵态氮为主,多数二者兼而有之。

铁往往以无机铁供应,如硫酸亚铁,为了防止沉淀,目前皆用螯合铁,即硫酸亚铁加乙二胺四乙酸钠配成。

2.有机物质主要有两类:一是作为有机营养物质,为植物细胞提供碳、氢、氧、氮等必

要元素,如糖类(蔗糖、葡萄糖和果糖)、氨基酸及其酰胺类(如甘氨酸、天门冬酰胺、谷氨酰胺);另一类是一些生理活性物质,在植物代谢中起一定作用,如硫胺素(B1)、吡哆醇(B6)、烟酸、生物素、肌醇、单核甘酸及其碱基(如腺嘌呤等)。

3.植物生长刺激物质主要加入植物天然的五类激素物质及其人工合成的类似生长激素物质,如生长素中常用的吲哚乙酸、萘乙酸、2,4-二氯苯氧乙酸、吲哚丁酸;细胞分裂素中常用的有激动素、6-苄基氨基嘌呤、玉米素;赤霉素类中常用的有赤霉酸;乙烯类中常用的有乙烯和乙烯利。

4.其他附加物这些物质不是植物生长所必需的,但对细胞生长有益。

琼脂(agar)是固体培养基的必要成分,琼脂是一种由海藻中提取的高分子碳水化合物,本身并不提供任何营养。琼脂能溶解在热水中,成为溶胶,冷却至40℃即凝固为固体状凝胶。通常所说的“煮化”培养基,就是使琼脂溶解于90℃以上的热水。琼脂条的用量在6—10g/L之间,琼脂粉的用量在3—4g/L之间若浓度太高,培养基就会变得很硬,营养物质难以扩散到培养的组织中去。若浓度过低,凝固性不好。新买来的琼脂最好先试一下它的凝固力。一般琼脂以颜色浅、透明度好、洁净的为上品。琼脂的凝固能力除与原料、厂家的加工方式有关外,还与高压灭菌时的温度、时间、pH值等因素有关,长时间的高温会使凝固能力下降,过酸过碱加之高温会使琼脂发生水解,丧失凝固能力。时间过久,琼脂变褐,也会逐渐丧失凝固能力。加入琼脂的固体培养基与液体培养基相比优点在于操作简便,通气问题易于解决,便于经常观察研究等,但它也有不少缺点,如培养物与培养基的接触(即吸收)面积小,各种养分在琼脂中扩散较慢,影响养分的充分利用,同时培养物排出的一些代谢废物,聚集在吸收表面,对组织产生毒害作用。市售的各种琼脂几乎都含有杂质,特别是Ca、Mg及其他微量元素。因此在研究植物组织或细胞的营养问题时,则应避免使用琼脂。可在液体培养基表面安放一个无菌滤纸制成的滤纸桥,然后在滤纸桥上进行愈伤组织培养。

其他替代物,有玻璃纤维、滤纸桥、海绵、脱脂棉、卡拉胶等,总的要求是排出的有害物质对培养材料没有影响或影响较小。

活性炭(activecarbon)可以降低组织培养物的有害代谢物浓度,对细胞生长有利;?活性炭为木炭粉碎经加工形成的粉沫结构,它结构疏松,孔隙大,吸水力强,有很强的吸附作用,它的颗粒大小决定着吸附能力、粒度越小,吸附能力越大。温度低吸附力强,温度高吸附力减弱,甚至解吸附。通常使用浓度为0.5—l0g/L。它可以吸附非极性物质和色素等大分子物质,包括琼脂中所含的杂质,培养物分泌的酚、醌类物质以及蔗糖在高压消毒时产生的5—羟甲基糖醛及激素等。

抗生物质(antibiotic),包括青霉素、链霉素、庆大霉素等,用量在5—20mg/L之间。添加抗生物质可防止菌类污染,减少培养中材料的损失,尤其是快速繁殖中,常因污染而丢弃成百上千瓶的培养物,采用适当的抗生素便可节约人力、物力和时间。尤其对大量通气长期培养,效果更好。对于刚感染的组织材料,可向培养基中注入5%—10%的抗菌素。抗生素各有其抑菌谱,要加以选择试用,也可两种抗生素混用。但是应当注意抗生素对植物组织的生长也有抑制作用,可能某些植物适宜用青霉素,而另一些植物却不大适应。值得提醒的是,在工作中不能以为有了抗菌素,而放松灭菌措施。此外,在停止抗生素使用后,往往污染率显著上升,这可能是原来受抑制的菌类又滋生起来造成。5.其他对生长有益的未知复合成

分常用的为植物的天然汁液,如椰乳、酵母提取物、荸荠汁、苹果汁、生梨汁等。他们的作用是供给一些必要的微量营养成分、生理活性物质和生长激素物质等。

配制培养基有两种方法可以选择,一是购买培养基中所有化学药品,按照需要自己配制;二是购买商品的混合好的培养基基本成分粉剂,如MS、B5等。

自己配制可以节约费用,但浪费时间、人力、且有时由于药品的质量问题,给实验带来麻烦。就目前国内的情况看,大部分还是自己配制。为了方便起见,现以MS培养基为例介绍配置培养基的主要过程。

1、配制几种母液

(1)配制MS大量元素母液

一般将大量元素分别配制成100倍的母液,使用时再分别稀释100倍。

分别称取

NH4NO3 165g KH2PO4 17g

KNO3 190g CaCl2·2H2O 44g

MgSO4·7H2O 37g

各自配成1L的母液。倒入1L试剂瓶中,存放于冰箱中。

(2)配制MS微量元素母液

一般将微量元素配制成100倍母液。

依次称取

KI 0.083g Na2MoO4·2H2O 0.025g

H3BO3 0.62g CuSO4·5H2O 0.0025g

MnSO4·H2O 1.69g CoCl2·6H2O 0.0025g

ZnSO4·7H2O 0.86g

配成1L母液,倒入1L试剂瓶中,存放于冰箱中。

CuSO4·5H2O和CoCl2·6H2O 由于称取量很小,如果天平精确度没有达到万分之一,可先配成调整液。

分别称取

CuSO4·5H2O 0.05g CoCl2·6H2O 0.05g

各自配成100ml的调整液,然后取5ml就还有0.0025g的量。

(3)配制MS有机母液

一般配制成100倍MS有机母液。

依次称取

肌醇 10g 盐酸硫胺素(VB1) 0.01g

烟酸 0.05g 甘氨酸 0.2g

盐酸吡哆醇(VB6) 0.05g

配成1L母液,倒入1L试剂瓶中,存放于冰箱中。

(4)配制MS铁盐母液

一般配制成100倍MS铁盐母液。

依次称取

EDTA二钠 3.73g FeSO4·7H2O 2.78g

配成1L母液,倒入1L试剂瓶中,存放于冰箱中。

所以MS母液有5种大量元素母液,加上MS微量元素母液、MS有机母液和MS铁盐母液,共8种母液。

激素母液的配制

各种生长素和细胞分裂素要单独配制,不能混合在一起,生长素类一般要先用少量95%的酒精或1当量的NaOH溶解,细胞分裂素一般要先用1当量的盐酸溶解,然后再加蒸馏水定容。一般取100mg配成100ml母液。

2、配制培养基

以配置1L MS培养基为例,按顺序进行如下操作:

(1)先在烧杯中放入一些蒸馏水。

(2)分别取上面八种母液10ml倒入。

(3)一般称取30g蔗糖倒入,搅拌溶解。

(4)加蒸馏水用量筒定溶至1L。

(5)按设计好的方案添加各种激素,由于激素的用量很小,而且激素对组培植物的生长至关重要。所以有条件的话最好用微量可调移液器吸取,减少误差。

(6)用精密试纸或酸度计调整PH至5.7-5.8。(有条件的话使用酸度计,比较精确)可配1当量的HCL和1当量的NaOH用来调溶液PH值。

1当量HCL配制:用量筒量取8.3ml配成100ml溶液。

1当量NaOH配制:称取NaOH 4g 配成100ml溶液。

(7)称取5g左右琼脂粉(质量好的琼脂粉),倒入上面配好的溶液中,放在电炉上加热至沸腾,直到琼脂粉熔化。

(8)稍微冷却后,分装入培养容器中。无盖的培养容器要用封口膜或牛皮纸封口,用橡皮筋或绳子扎紧。

(9)放入消毒灭菌锅灭菌,灭菌20分钟左右。

(10)灭菌后从灭菌锅中取出培养基,平放在实验台上令其冷却凝固。


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