人工合成除草劑2，4-D在植物組織培養中的應用進展

劉振林，潘玉霞，楊盼盼，楊俊明

(1河北科技師范學院園藝科技學院，河北秦皇島，066600;2沈陽農業大學林學院)

在植物組織培養中，植物生長物質對培養材料的形態發生起到明顯的調節作用。在過去的幾十年中，人們合成了許多能影響植物生長和形態發生的化合物，其中包括氯化苯氧乙酸類除草劑2，4-D(2，4-Dicholrophenoxyacetic acid)。近年來，它作為一種高效的植物生長調節劑在植物組織培養快速繁殖體系中得到了廣泛的應用。

1 2，4-D的物理性質與化學結構

2，4-D是一種幾乎不溶于水，易溶于酒精的白色晶體，可以用少許1 mol/L NaOH溶液助溶，能不同程度地溶于醇、苯、醚、酮等大多數有機溶劑。在其分子結構中具有環狀結構，具有帶羧基的側鏈，在環與羧基之間有一定的立體結構(圖1)［1］。

圖1 人工合成除草劑2，4-D的結構簡式

2 2，4-D在植物細胞離體培養中的應用

根據細胞全能性學說，植物體內所有活的植物細胞都具有全能性，能通過胚胎發生或器官發生途徑發育成完整植株。其脫分化和再分化的過程主要通過培養基中添加的生長調節物質調節，其中以生長素和細胞分裂素的應用最為廣泛。2，4-D在植物組織培養中通過獨立或與其他生長調節物質共同對植物細胞起到誘導和調節作用。

2．1 2，4-D與植物愈傷組織誘導

在形態發生的早期階段，稱為愈傷組織的未分化細胞團開始發育。在植物愈傷組織誘導過程中，人們通常在培養基中添加生長素類物質以誘導植物愈傷組織的發生和細胞增殖，如NAA(萘乙酸)，IAA(吲哚乙酸)，2，4-D。其中2，4-D對植物愈傷組織增殖最有效。在大多數植物組織培養研究中，通常使用2，4-D誘導愈傷組織的濃度為10－5～10－7mol/L［2］，其形成愈傷組織的速度和數量都比其它生長素類物質明顯快和多。

在一些試驗中，2，4-D對植物愈傷組織的誘導是必不可少的。在大多數禾本科植物如小麥、大麥、水稻和黑麥的花藥培養中，外源生長素，特別是2，4-D(1～3 mg/L)，是啟動小孢子細胞分裂形成愈傷組織的必要條件。只有在添加一定濃度2，4-D的培養基上，大麥胚乳才能產生愈傷組織，而在添加其他種類生長素的培養基則不能［3］。小麥成熟胚再生體系的研究多采用2，4-D誘導愈傷組織［4～7］。桑樹只有在添加2，4-D的培養基上才能誘導出愈傷組織［8］。

2，4-D可單獨使用誘導愈傷組織，但與其他一些植物激素如KT，NAA，6-BA等結合使用更能有效地誘導愈傷組織［9～11］。一些秈稻品種在成熟胚上誘導愈傷組織時，激素只用2，4-D 誘導出的愈傷組織質量很差或不能有效誘導出愈傷組織［12，13］。丁路明等［14］在誘導早熟禾愈傷組織時發現，在2，4-D和6-BA配合使用時，愈傷組織的質量和誘導率要優于單獨使用2，4-D的情況。2，4-D通過與其他激素結合，誘導花椒嫩葉(MS+2，4-D 0．5 mg/L+BA 0．5 mg/L)［15］、駿棗葉片(MS+6-BA 0．5 mg/L+2，4-D 1．5 mg/L)［16］、天師栗葉片(MS+2，4-D 0．5 ～1．5 mg/L+TDZ 0．05 ～1．0 mg/L)［17］、花燭莖尖(MS+6-BA 1．0 mg/L+2，4-D 0．1 mg/L)［18］、花葉木槿葉片(MS+6-BA 2 mg/L+NAA 0．2 mg/L+2，4-D 0．2 mg/L)［19］、微甘菊芽尖和嫩莖(MS+2，4-D 2．0 mg/L+KT 1．0 mg/L)［20］、水稻(NB+2，4-D 2．0 mg/L+6-BA 0．5 mg/L)［21］、草莓“嫜姬”葉片(MS+6-BA 3．0 mg/L+2，4-D 0．2 mg/L)［22］、非洲山毛豆嫩莖(MS+2，4-D 1．00 mg/L+6-BA 0．70 mg/L)［23］形成愈傷組織，均取得了比較好的結果。

由于2，4-D很容易引起愈傷組織的形成，因此當要通過腋芽生枝或不定芽發育進行莖芽繁殖時，應當避免使用。

2．2 2，4-D 與芽的形成

一般在培養基中添加較高濃度的細胞分裂素和較低濃度的生長素類物質能促進側芽的萌發和不定芽的產生。2，4-D雖是一種高效促進愈傷組織增殖的生長素，但同時也是一種器官抑制劑，它有抑制芽形成的副作用。為了利于芽的分化，在分化培養基上，一般應去掉2，4-D，添加細胞分裂素［24］。

但也有例外。2，4-D是影響馬尾松未成熟合子胚不定芽誘導的最顯著因素［25］。2，4-D在與其它生長調節物質結合時，若配比得當，也可產生芽。樂東擬單性木蘭莖段在WPM+BA 1．5 mg/L+KT 0．5 mg/L+NAA 0．2 mg/L+2，4-D 0．2 mg/L 的培養基上，能產生較多的不定芽［26］。MS+6-BA 0．5 mg/L+2，4-D 4 mg/L對促進大葉種茶樹腋芽分化效果明顯，培養20 d后，芽分化率達81%，單生芽長約1 cm，葉片展開［27］。

在唐菖蒲組織培養快繁的研究中，MS+1 mg/L 2，4-D+0．5 mg/L KT+0．5 mg/L BA可直接誘導產生芽，縮短培養周期［28］。

2．3 2，4-D與體細胞胚胎發生

體細胞胚胎發生是離體培養材料形態發生和植株再生的一條有效途徑。一般認為2，4-D是誘導體細胞胚胎發生的最重要的激素，多數植物的體細胞胚胎發生的誘導都需要2，4-D。誘導胚狀體發生時使用 2，4-D 的常用濃度為 100 ～2 000 μmol/L［29］。

地被菊葉片外植體在添加0．75 mg/L 2，4-D的誘導培養基上誘導15 d，再進行分生培養，能夠誘導胚狀體發生［30］。花生胚軸誘導的胚性愈傷組織轉移至2，4-D 20 mg/L的MS培養基上形成體細胞胚［31］。

通過改變生長素和細胞分裂素的比例，能刺激體細胞形成胚組織。甜瓜在MS+BA 0．5 mg/L+2，4-D 1 mg/L的培養基上誘導體細胞胚的效率最高［32］。以仙客來的葉片為外植體進行體細胞胚誘導，在MS+BA 2 mg/L+KT 0．2 mg/L+2，4-D 0．5 mg/L 的培養基上誘導胚狀體，其誘導率為100%［33］。毛葉海棠胚狀體的誘導需生長素和細胞分裂素配合，對比細胞分裂素與2，4-D配合的培養結果，可發現毛葉海棠胚狀體的誘導，細胞分裂素是必需，同時也依賴于生長素的作用，而且生長素的濃度較高［34］。

2，4-D的作用具有階段性，在誘導體胚階段通常起促進作用，而在胚狀體分化發育階段一般起抑制作用［35］。0．5 mg/L 2，4-D 是誘導胚性愈傷組織最適宜的生長素濃度［36］，降低或去掉2，4-D，胚性細胞才能按照體胚的發育途徑正常發育。枸杞胚性愈傷組織形成后，如不及時降低或去掉2，4-D，則胚性細胞不能正常發育［37］。Saunders等［38］的研究表明，紫花苜蓿愈傷組織的誘導需要高濃度的2，4-D，而體細胞胚的形成則必須要降低2，4-D濃度或將其去除，否則胚性愈傷組織會在生長素的持續刺激下不斷產生愈傷組織，始終不能形成成熟的體細胞胚或再生植株。在三葉草、芹菜的組織培養和細胞懸浮培養中誘導體細胞胚發生，如不及時降低2，4-D的濃度，那么球形胚就產生次生胚［39，40］。朱長甫等［41］的研究表明，在胡蘿卜細胞培養中，以2，4-D誘導胚性細胞形成過程中能釋放糖蛋白，且及時去除2，4-D是使胚性細胞進一步分化和發育的前提。

2，4-D對百合體細胞胚的誘導具有雙重作用，它能啟動胚狀體發生中胚胎蛋白合成的早期反應，又能阻止胚狀體發育成熟過程中必需蛋白質的進一步合成。因此，百合鱗片外植體在含2，4-D的培養基預培養約5 d后，轉入無激素培養基培養，即可直接產生體細胞胚［42］。

在地被菊誘導體細胞胚發生的研究中，體胚誘導培養基為MS+KT 2．0 mg/L+2，4-D 2．0 mg/L+NAA 0．5 mg/L，誘導10 d 后，轉入去除2，4-D 的體胚發育培養基MS+KT 2．0 mg/L+NAA 0．5 mg/L 中培養30 d，體胚發生率最高為93．0%，平均每外植體分化的體胚數為13．6個［43］。

龍牙百合試驗結果表明:影響龍牙百合體細胞胚發生方式的因素是2，4-D。當2，4-D的質量濃度低于0．5 mg/L時，體細胞胚以直接方式發生。當2，4-D濃度適中時，體細胞胚以間接方式發生，誘導胚性愈傷組織的最適培養基為MS+0．5 mg/L 6-BA+2．0 mg/L 2，4-D，在分化形成體細胞胚時，需降低或去除 2，4-D［44］。

然而，并不是所有植物體細胞胚發生都需要2，4-D。2，4-D對邊防金花茶體細胞胚的發生不是必需的，而且高濃度的2，4-D不利于胚狀體的形成［45］。

2．4 2，4-D 與根的形成

2，4-D不能啟動根的分化，一般不宜用來誘導生根。但也有特例，在蛇尾蘭屬植物的培養中，2，4-D能夠誘導根的形成［46］。

3 2，4-D調節植物形態發生的機理

3．1 2，4-D誘導愈傷組織的機理

在培養基中，最重要的影響因素莫過于外源的植物激素組合，通常高濃度的生長素和低濃度的激動素有利于植物愈傷組織的誘導和增值。這其中2，4-D是誘導植物愈傷組織最有效的物質。據研究，cdc2/CDC2基因被證明是調節細胞分裂周期的基因，在其作用下，細胞分裂可從G1期轉入S期、G2期和M期。該基因的產物為一個3 kb的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶P34cdc2的磷酸化作用所調節。在分化細胞中P34cdc2水平降低，說明調節作用已經完成，而2，4-D具有通過調節P34cdc2蛋白合成而控制脫分化和細胞分裂重新啟動的作用［47］。

3．2 2，4-D對誘導體細胞胚發生的機理

2，4-D是誘導多種植物離體細胞轉變為胚性細胞的重要激素，其作用機制可能是:①通過激活一些基因表達特異蛋白以促進體細胞胚胎發育，也可以抑制這些基因表達以抑制體細胞胚胎發育;②2，4-D濃度與核DNA甲基化有關;③可能與培養細胞內部因子有關(通過改變細胞內源IAA而起作用)［48～50］。

4 需要進一步研究的問題

2，4-D作為一種高效的植物生長調節劑，具有生長素的作用。從眾多試驗可以看出，2，4-D在植物組織培養中的應用既有廣泛性，又有局限性。

廣泛性表現在:2，4-D較其它生長素類物質，誘導愈傷組織最為有效，因而廣泛應用。2，4-D是胚培養最重要的激素，多數植物的體細胞胚發生都需要2，4-D。

局限性表現在:一般在培養基中添加較高濃度的細胞分裂素和較低濃度的生長素類物質能促進側芽的萌發和不定芽的產生，而2，4-D在大多數試驗中都表現出對芽形成的抑制作用。同樣，2，4-D不能啟動根的分化。此外，一些研究表明，2，4-D不受吲哚乙酸的氧化酶的降解作用，能在植物體內保留較長時間引起染色體變異，有一定的致癌作用及殘留效應。

針對2，4-D在組織培養的應用中存在的局限性，應進一步加強其在調節植物形態發生機理方面的研究，以便使其在植物的組織培養中發揮更大的作用。

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