离体植物细胞脱分化与再分化及其影响因子研究

2024年3月28日发(作者：雨天室内手指操)

2020年第17期现代园艺

离体植物细胞脱分化与再分化及其影响因子研究

王培军，葛坤

（太原学院，山西太原030024）

：离体植物细胞脱分化、再分化是离体植物组织培养必须经历的过程。综述了离体植物细胞脱分化、再分化各时期形态结构

的变化及其影响因子。分析表明，植物细胞在诱导期、分裂期、分化期形态特征有显著差异，培养基为离体植物组织培养的营养提

供场所，其各成分种类及浓度、渗透压、酸碱度均对植物细胞脱分化、再分化有直接影响。

：离体植物；脱分化；再分化；植物激素

离体植物细胞脱分化、再分化是离体植物组织培

养必须经历的过程。植物细胞脱分化表现为植物特定

结构的组织由分化状态恢复到分生状态或胚性细胞状

态。离体培养的植物经过细胞脱分化，产生结构松散、

无极性的细胞团，这些细胞液泡化程度高，不存在胞间

连丝且不具有细胞壁，通常称为愈伤组织。愈伤组织在

适宜条件下，经过细胞再分化恢复原有细胞分化的能

力，进而发育成完整植株

[1]

。

1离体植物细胞脱分化与再分化的时期

从植物体上分离的组织，经过离体培养，通常经历

3个时期，即诱导期、分裂期、分化期。植物细胞在脱分

化前后发生变化最大的是质体，质体通常在原生质体、

叶绿体、白色体、有色体4种形式间相互转化

[2]

。分裂期

与分化期以原生质体形式存在，例如烟草叶肉细胞脱

分化时，叶绿体转化成原生质体，同时积累一定量的淀

粉，形成淀粉粒，维持细胞质体水平

[3]

。

1.1诱导期即细胞分裂的准备阶段

植物细胞在诱导期内由静止状态进入代谢活化状

态，细胞主要特征表现为细胞质与核糖体增加，核糖体

聚合形成多聚核糖体，RNA随之合成并累积，原生质

流动加速，淀粉消失。Steward等通过对胡萝卜的离体

组织培养发现，诱导期细胞形态和大小均未发生变化。

RNA增加的含量与细胞数目相比，是其8倍，不同植

物诱导期所需时间不同，同种植物但生理状态不同，诱

导期亦不相同。

1.2分裂期是细胞持续分裂的时期

植物细胞在分裂期特征主要表现为细胞体积变

小，数目和RNA含量增加。细胞核和核仁变大。随着

RNA含量持续增加并达到最高时，细胞核和核仁最

大，此时细胞体积最小，这一时期为细胞分裂高峰期。

1.3分化期是器官发生的时期

植物细胞在分化期特征主要表现为细胞内多种酶

的活性增加，如苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶、过氧化

基金项目：山西省自然科学基金青年面上项目（201801D221321）；山

西省重点研发项目（农业领域）（201703D221018-1）。

作者简介：王培军（1979-），男，汉族，山西盂县人，硕士，高级工程

师，研究方向：园林植物。

物酶等。随着ɑ-淀粉酶活性的增强，使得淀粉大量

累积，为根的生成、芽的分化提供能量。由于RNA聚合

酶活性的增强，加速了RNA和组蛋白的合成，植物细

胞在分化期形态和体积保持稳定，愈伤组织停止增殖，

外观上呈现由分生组织构成的“瘤状结构”，也称为“分

生组织结节”。离体植物组织培养中，“分生组织结节”

是分化期最为显著的特征，也和器官发生有非常密切

的联系。根原基以及芽原基是由瘤状分生组织结节外

围细胞单向极性生长而形成

[4]

。由此可见，离体植物器

官再生必须经过细胞脱分化形成愈伤组织，然后再分

化形成根、茎分生组织，最后生成根和芽。

2植物激素是离体植物细胞脱分化与再分化的必

备条件

植物个体发育与植物体内遗传信息的“开放”有直

接关系，不同遗传信息中的“开”“关”决定了合成不同

的蛋白质和酶，而植物激素是控制遗传信息的主要“因

子”。离体植物组织培养中，植物激素必不可少，参与了

植物细胞脱分化、分裂、再分化的全过程，正是由于切

割和外源激素的作用，改变了植物遗传信息，进而改变

了其代谢路线，使之发育成完整个体。

2.1生长素的作用

植物生长素是对细胞分裂的启动最早发生作用的

激素，是离体植物组织培养过程中细胞脱分化形成愈

伤组织不可缺少的激素。科研工作者用14C、32P、3H

标记化合物发现生长素与组蛋白结合，活化部分受阻

遏的基因，恢复转录合成mRNA和转译，进而形成各

种酶和蛋白质。在诱导期阶段，生长素促进细胞开始代

谢活动，原生质流动，RNA累积，核糖体增加。生长素

对细胞膜、乙烯、细胞壁的合成以及各细胞器的功能等

产生影响，如2,4-D对细胞脱分化的启动及分生组织

的形成起关键作用。

2.2细胞分裂素的作用

在离体植物组织培养过程中，细胞分裂素使已脱

分化的细胞或细胞团持续进行有丝分裂，进而得以继

代培养。科研工作者用32P、14C、3H标记化合物，发现

细胞分裂素主要在G2期即有丝分裂准备期产生

訛輵輩

调节

现代园艺2020年第17期

作用。在大豆细胞团的培养实验中加入10

-9

~10

-6

mol/L

的玉米素（ZT），发现玉米素促进细胞分裂，并且细胞

增殖数与玉米素浓度成正比；之后将细胞团转入无玉

米素的培养基中，48h后细胞停止分裂，72h后将停止

分裂的细胞团转入玉米素的培养基中，16h后细胞重

启分裂，24h后达到顶峰

[5]

。通过以上实验表明，细胞分

裂素主要功能是促进细胞的分裂，通常不能或很难启

动DNA转录过程，只能促使已复制的DNA的细胞进

行分裂。

2.3植物激素对植物细胞再分化的促进

植物细胞的再分化需要生长素和细胞分裂素同时

促进，但2种激素的不同比例对细胞再分化影响不同。

如豌豆根在含有生长素和细胞分裂素的培养基中进行

离体培养时，5~7d出现管状分子，随着细胞分裂素浓

度的增加，根皮层薄壁细胞中管胞分化率随之增加。科

研工作者用3H标记其胸腺嘧啶，进一步证实2种激

素同时促进了管胞的形成。

3离体植物细胞脱分化与再分化的影响因子

离体植物组织培养过程中，细胞脱分化和再分化

的影响因子很多，外因主要为营养条件、环境条件，内

因主要为植物材料的遗传性和生理性。离体植物组织

培养的培养基为植物细胞分化提供所需营养，同时有

调节渗透压、酸碱度，支持植物体（固体培养基）等作

用。培养基主要成分为4类：水、无机盐、有机营养物、

植物激素

[6]

。

3.1无机盐

无机盐包括大量元素和微量元素，植物细胞脱分

化、再分化对大量元素氮、磷、钾、硫、钙、镁需求量很

大，因植物种类不同。培养基中硝酸盐与铵盐添加比例

不同，铵盐用量低于硝酸盐，通常不超过8mmol/L，硫、

钙、镁含量不低于1~3mmol/L，微量元素铁、锰、锌、铜、

硼、碘、钴、钼在培养基用量甚微，却是植物细胞分裂、

分化必不可少的元素。锰对植物光合作用糖的合成有

重要作用，铁为植物细胞呼吸作用发生氧化还原反应

时提供电子，同时也是各种酶的主要成分；钼是植物细

胞无机氮化物转化为蛋白质的重要元素。培养基中无

机盐类对于维持其酸碱度和渗透压起关键作用，酸碱

度过高或过低会使细胞内蛋白质等电点发生变化，影

响蛋白质合成，进而导致外植体褐变而死亡。

3.2有机物

根据植物营养研究报道，离体植物与整株植物相

比所需营养有所不同，整株植物因其是自养状态，故只

有无机营养就可以生长，离体植物组织细胞为异养状

态，必须通过细胞渗透吸收营养才能进行脱分化与再

分化，因此培养基除无机盐类还需添加碳源和有机营

养。

訛輶輩

培养基中有机物主要包括糖源、维生素、氨基酸和

酰氨。糖源为植物细胞脱分化、再分化提供能源和碳

源，实验中常用的糖类为蔗糖，添加浓度因植物材料不

同而不同，可用渗透压测定仪测出外植体渗透压，根据

此值确定添加蔗糖的浓度，工业生产培养考虑成本时

常用绵白糖作为糖源。Vb（盐酸硫胺素）是植物细胞分

裂生成愈伤组织必须的元素，Vc（抗坏血酸）可有效抑

制褐变，Vpp（烟酸）可促进胚胎发育，肌醇对细胞壁生

成有促进作用，且用量是维生素中最高的，通常为

100mg/L，氨基酸和酰胺作为有机氮源，对细胞脱分化、

再分化以及胚胎发育有重要作用，通常将甘氨酸、丝氨

酸、谷氨酸、天冬酰胺等混合使用。

3.3植物激素

培养基中最常用的植物激素有生长素、细胞分裂

素、赤霉素。生长素中IAA（吲哚乙酸）在植物体内极不

稳定，很容易被吲哚乙酸氧化酶氧化而失活。生长素

2,4-D则稳定得多，且活性是IAA的8倍，添加浓度一

般为2~5mmg/L。细胞脱分化需高浓度的2,4-D，植物

细胞进行再分化时，2,4-D浓度不宜太高。细胞分裂素

在诱导细胞分裂，促进细胞分化有重要作用。ZT（玉米

素）活性最高，常用浓度范围为0.5~2mmg/L，但因其成

本较高并不常使用，KT和BA较常用，木本植物常添

加2ip（异戊基烯腺嘌呤）促进幼茎分化。不同植物激素

添加比例会影响外植体器官发生的方向，只有比值适

中时可生长愈伤组织，生长素浓度高于细胞分裂素浓

度时，抑制芽分化，对根生成有促进作用；生长素浓度

低于细胞分裂素浓度时，则抑制根的生成，而对芽分化

有促进作用

[7]

。

3.4培养基的渗透压与酸碱度

离体植物细胞通过细胞渗透吸收营养进而开始脱

分化、再分化直到器官形成，故只有当外植体渗透压低

于或等于培养基渗透压时，才能利用渗透势吸收培养

基中的营养。培养基渗透压由无机盐、有机物以及各种

物质的浓度决定，其中糖源起主要决定作用，因此可通

过调节糖浓度来调节培养基渗透压。植物细胞脱分化、

再分化以及器官发生与培养基酸碱度有着密切联系。

正常整株植物可自行调节体内酸碱度，在单细胞或原

生质体培养中，需精确测定培养基pH值时，可用pH

测定仪进行测定，而离体植物组织培养常用pH试纸

比色测定，通常最适范围为5.8~6.0，用1mol/LHCl或

1mol/LNaOH进行调节。

4结语

植物细胞脱分化与再分化是研究离体植物组织培

养的主要问题，离体植物细胞必须经历脱离原分化状

态，恢复到分生状态的过程即经过脱分化恢复细胞分

裂的能力，进而再分化生成各组织器官等。培养基是影

响其脱分化与再分化的主要外因之一。（下转第61页）

2020年第17期现代园艺

出现叶缘枯焦、枝条停止生长等状态不佳的现象

[11]

，参

考引种来源地气候，选择地理成分以热带性质为主的

沙生植物，可以为平潭岛及邻近岛屿植物引种驯化时

提供建议，筛选出适生于平潭海岸环境的沙生植物。

4.2海岸沙生植物潜在应用配置

海岸沙生植物分布具有明显的条带性

[9]

，为满足海

岸不同生境条件景观提升需求，参考郑俊鸣等

[17]

将海

岸沙生植物生境划分为滨海沙生地带、盐生湿地地带、

海岸林地带3种，根据筛选的优质海岸沙生植物，选择

适宜的种类进行配置。

4.2.1滨海沙生地带景观。该地带基质由砂砾构成并伴

有贝壳碎片，前缘受潮水影响，土壤盐渍化严重[4]，植

被应选择沙生草本、灌木和藤本为主。配置模式：盐地

鼠尾栗+海边月见草+单叶蔓荆+龙舌兰+草海桐；

沟叶结缕草+肾叶打碗花+中华补血草+滨海珍珠

菜+仙人掌+滨柃；琉璃繁缕+番杏+厚藤+珊瑚菜

+华南狗娃花+车桑子。

4.2.2盐生湿地地带景观。该地带基质由砂土构成，潮

汐变化大，伴有季节性积水，配置时应选择耐盐碱、沼

生性的沙生植物为主

[18]

。配置模式：苦郎树+草海桐+

中华补血草+狗牙根；苦郎树+文殊兰+厚藤+盐地

鼠尾栗。

4.2.3海岸林地带景观。该地带土壤为弱碱性，土壤贫

瘠，林下植物稀疏，适合营造乔灌草相结合的海岸防护

林体系，可显著改善环境条件、有效抗御自然灾害。配

置模式：台湾相思+车桑子+硕苞蔷薇+滨柃+芦苇

+卤地菊；黑松+木麻黄+草海桐+黑面神+天门冬

+中华补血草；潺槁木姜子+滨柃+雀梅藤+柞木+

仙人掌+滨海珍珠菜。

上尝试构建乔灌草相结合的稳定植物群落，可用于平

潭岛和同纬度海岛植被恢复和植物引种驯化。

海岸沙生植物具有较强的适生性和生态功能，利

用海岸沙生植物营造滨海植物生境，可充分发挥其生

态效益。同时，海岸是一个脆弱的生态系统，一旦被破

坏，植被难以恢复。因此，在进行海岛景观改造和海岸

植被修复时，应适地适树，选择合适的沙生植物进行应

用，营造一个景观效果佳、生态效益好的海岸生境。

（收稿：2020-06-02）

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5结语

通过对平潭3座无居民海岛的调查，共发现47种

海岸沙生植物，从植物组成来看，3座无居民海岛优势

科现象不明显，生境恶劣。对其进行属的区系地理分析

得出，3座无居民海岛海岸沙生植物以热带成分为主，

筛选出30种园林利用价值较高的沙生植物，如潺槁木

姜子、滨柃、草海桐、滨海珍珠菜、厚藤等，并在此基础

（上接第58页）总之，离体植物组织培养因植物种类与

外植体材料不同，所需培养基也不相同，并不存在一种

单一物质能够启动植物细胞分裂、分化，而是多种物质

协同作用，促进细胞利用细胞全能性来表达其固有的

遗传性状。

（收稿：2020-05-09）

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