活性炭在植物組織培養中的應用

張愛萍

目前，活性炭已被廣泛應用于植物組織培養中，在許多試驗中效果良好，這已有不少報道，但有關活性炭作用機理的研究很少，對于某種植物的培養，加不加活性炭，以及加多少，仍處于摸索和積累經驗的階段。一般認為活性炭通過吸附而發生作用，它可以吸附培養基中的有害物質，包括瓊脂中所含的雜質，外植體在培養過程中分泌的酚、醌類等對外植體自身有害的物質以及蔗糖在高壓滅菌時產生的5－羥甲基糠醛。但活性炭同時又能吸附生長調節物質，維生素B6、葉酸和煙酸等有益物質。因此，必須考慮活性炭的用量。

培養物對培養基中的添加物，尤其是植物生長調節劑的種類和濃度非常敏感，但關于活性炭吸附何種物質和吸附能力尚缺乏直接和確切的證據。有報道說IAA和2ip與活性炭結合得非常快，NAA、KT、BA也能同活性炭結合，有關活性炭吸附能力的研究報告，僅檢索到1988年卜學賢、陳維倫發表在《植物生理學報》上的《活性炭對培養基中生長調節物質的吸附作用》一篇。該論文中說，在pH3.5～6.5范圍內，活性炭吸附BA的能力無明顯變化。隨著活性炭顆粒的增大，活性炭吸附能力急劇下降，每毫克直徑小于0.13mm的分析純粉狀活性炭大約能吸附100ug左右的生長調節物質。這說明只需極少量的活性炭就可以完全吸附培養基里常用濃度的。從菊花、雙色磯松、矮牽牛的組培試驗可以看出，同時加有0.5％活性炭和生長調節劑的培養基與只加有活性炭的培養基相似，完全不表現生長調節物質的作用。

在組織培養中活性炭主要用于以下幾個方面：

一、促進芽的增殖、莖和苗的生長

在莖尖培養和莖段培養時，為防止褐變和有害物質的積累，常在培養基中加入適量活性炭，湯浩等研究表明，果蔗莖尖培養時培養基中加入0.05％的活性炭對防止培養基褐變有良好的效果，有利芽的誘導和增殖。在防止褐變方面，王敬駒等研究表明，活性炭的防褐效果憂于Vc和半胱氨酸。黃霞等在香蕉莖尖培養時也發現，活性炭可改善外植體褐變情況，而Vc不僅不能改善外植體褐變情況，反而使其褐化程度加深。但當vc與活性炭配合使用時，其合適的濃度組合卻比只使用相同濃度的活性炭時更能改善外植體褐變情況，其中機理尚不清楚，有待進一步研究。

在庫拉索蘆薈芽增殖培養中發現，將消毒嫩莖接種于附加不同糖、生長調節劑和活性炭的培養基，當活性炭為0.3％時，平均增殖芽30個；當活性炭為0.5％時，平均增殖芽41個。活性炭對葡萄試管苗的生長有促進作用，不僅表現在株高和葉片數上，而且其植株也比對照生長健壯、葉色深綠，唐菖蒲培養中，在成苗培養基上添加0.2～1.0％的活性炭，對提高成苗率和提高大苗的百分比有著顯著的效果，且在此范圍內活性炭的用量與其促進效果成正相關。活性炭還可促進中國水仙、百合，大花蕙蘭小球莖，馬鈴薯微型薯的形成，加快繁殖速度。但邢世巖等(1989)認為活性炭對苦楝和臭椿的叢生芽及嫩莖的誘導有抑制作用。

韓文璞等(2001)在甜櫻桃組織培養培養中發現甜櫻桃組織培養時，在培養基中加入250mg/L的活性炭，生長表現最好，試管苗增殖5.1倍，苗高4.5cm；活性炭為500mg/L時，增殖4.3倍，苗高3.6cm；當活性炭濃度增至750～1000mg/L時，增殖效果明顯下降并受到抑制。可見在適宜的濃度范圍內，活性炭對試管苗的生長有促進作用，而高濃度時，則起抑制作用。

二、用于生根培養基

活性炭最廣泛的應用是用于培養物的生根。一般認為活性炭創造的黑暗環境有利于根的誘導和根系的生長。在甜櫻桃組織培養中，添加500～1000mg/L活性炭生根率為95.7％～100％，添加2000～4000mg/L活性炭時，生根率大幅度下降，莖的木質化程度也隨濃度的增加而增加。不加活性炭的試管苗根系愈傷化加重，根的組織疏松并褐化，需降低生長素濃度。加入活性炭培養的生根苗移栽成活率均高于對照，且隨濃度的增加(1000～4000mg/L)成活率由92.6％提高到100％，移栽后6天即產生次生根，莖葉開始生長，而對照的生根苗成活率僅46.3％。但王喬春(1991)在梨生根培養基中加入活性炭不僅不能促進生根，反而顯著的抑制生根，主要原因可能是活性炭吸附了培養基中的生長素。

劉用生等(1997)在蘋果試管苗生根中發現，在培養基中僅含0.5mg/LNAA時，新稍基部產生愈傷組織，設有生根；在0.05％活性炭存在條件下，0.5mg/L和3mg/LNAA均未能表現作用，與僅含 0.05％活性炭處理相似，附加5.5mg/LNAA能表現一定作用，8mg/LNAA效果較佳。這表明活性炭吸附生長素，但生長素濃度大時，被吸附后還有一定剩余，與活性炭同時發揮作用。甜柿試管苗生根困難，添加活性炭有利于其生根，且根健壯，移栽易成活，這可能與活性炭能夠提供暗環境和對培養基中的代謝有害物質的吸收的雙重效應有關。另外在葡萄試管苗生根中，添加活性炭根生長加快，而且質地柔韌不易折斷，對照的根雖然稍多些，但粗短質脆。

三、用于胚培養，促進成苗

在許多植物的胚培養時，也用到了活性炭，甜柿含酚類物質較多，組培時褐變嚴重，從而增加了胚培養的難度，需添加抗氧化劑，艾鵬飛(2002)等研究發現，活性炭抗褐化效果比檸檬酸、聚乙烯吡咯烷酮效果都好，Cain等在培養葡萄胚珠時也發現，培養基中加入0.1％活性炭可減輕組織變褐和培養基變色，并產生較少愈傷組織，而不加恬性炭則組織變褐，并因產生愈傷組織過多而最終死亡，朱際君等(1983)在培養基中加入活性炭能促進早熟桃萌發成正常苗，且促進根系生長，幼苗健壯，提高了試管苗的質量。

核果類果樹的一些品種，特別是早熟品種的胚往發育不全，在胚培過程中，一般需經過2-3個月的低溫處理(1～40℃)，才能打破休眠。近年來一些研究表明，在培養基中加入GA或BA可代替低溫打破休眠。早熟杏胚培養中，活性炭存在情況下，打破休眠所需BA的濃度大幅度提高。在培養基中活性炭為0.02％時，10mg/LBA和5mg/LIAA配合效果最好，成苗率達到83.3％，與對照相比，幼苗健壯，根系發達，在培養基中活性炭為0.05％時，上述激素組合，成苗率僅為25％，與20mg/LBA和5mg/LIAA配合成苗率達50％，苗高與0.02％活性炭與10mg/LBA和5mg/LIAA組合無顯著差異，但根長顯著高于后者。劉用生等發現，無活性炭時僅需0.5mg/LBA即可有效打破杏和蘋果胚的休眠，而在加有200mg/L活性炭的桃幼胚培養基中則需要10mg/L的BA才能打破休眠。

四、用于花藥培養

花藥培養的主要目的是誘導花粉發育成單倍體，可以快速地獲得純系，縮短育種周期。但實踐表明，小孢子的啟動發育對藥壁組織有相當大的依賴關系。目前對小孢子啟動和進一步發育的機理和條件了解不多，花粉培養難度較大，活性炭用于花藥培養是Nakamura等首先提出的。目前，已經在油菜、馬鈴薯、煙草、玉米、黑麥、小黑麥、龍眼、辣椒、甜椒和水稻的花藥培養中得到應用。

季彪俊等(1998)研究發現，活性炭對于水稻花藥培養一次成苗的誘導率、分化率和綠苗率有明顯的抑制作用，可能由于活性炭的吸附作用，小孢子的發育條件得不到滿足。但對多級成苗的生根壯苗有顯著的促進作用，可能由于外殖體對培養基的要求降低，隨代謝增強，不斷向培養基中分泌有毒物質，活性炭通過吸附培養基中的有毒物質而促進外殖體的生長。朱海山(1996)發現在玉米花藥培養中所有加活性炭的處理的胚狀體分化和綠色小植株產生的百分率均高于未加活性炭的對照。高睦槍等(2001)發現活性炭(0.5g/L)加入玉米花藥培養基中能顯著地提高胚誘導效率。海熱古力(2001)的玉米花藥培養試驗也證明活性炭有利于玉米花藥培養。

綜上所述，活性炭主要應用于以上四方面，四方面的應用中部有積極作用，活性炭對生長的影響包括兩個方面，一是對根莖生長的直接作用，其機理尚不清賒，二是通過間接的吸附作用改變培養基中生長調節的有效濃度。在一定濃度范圍內，活性炭可發揮其吸附特性的正效應，即吸附對外植體分化發育有害的物質；當濃度繼續增加則出現負效應，即吸附對外植體分化發育有益的物質，不同培養物對生長調節物的要求是不同的，因此，對不同培養物不同階段的培養，要做具體試驗來確定其用量。