MS培養基配方研究

蔡祖國 李桂榮 姜立娜 陳學進 周俊國

（河南科技學院園藝園林學院，河南新鄉 453003）

組織培養是植物生物技術的重要組成部分，一方面離體快繁、無病毒苗木生產、花藥和花粉培養等應用于商業生產帶來了較大的經濟效益，另一方面組織培養也為植物細胞工程、基因工程、體細胞無性系變異篩選等技術操作搭建了平臺。MS培養基是植物組織培養中應用最多的培養基種類之一，但此經典配方在相關教材及文獻中經常出現不同版本，甚至被誤引。究其原因：一是國內相關文獻中培養基配方大多以化合物的質量濃度進行標注，化合物種類及結晶水不同導致配方表中質量濃度有差異；二是引用者無法獲得或沒有仔細閱讀MS培養基配方原文，沒有深入了解MS培養基的成分組成及濃度設置的基本內涵，在轉載中誤引。本文對MS培養基這一經典配方給予考證和解讀，以期為深入學習該經典配方提供參考。

1 MS培養基配方考證

自1937年White建立第一個植物組織培養專用培養基以來，適用于不同研究目的和培養對象的培養基不斷出現，目前已經有數十種組分各異的培養基配方。培養基命名一般采用“命名人+發表年份”或“培養基代號+發表年份”的形式，例如White（1943年）培養基、Nitsch（1969 年）培養基[1]、B5（1968 年）培養基[2]、N6（1975 年）培養基等。 1962 年，Murashige和Skoog在Physiologia Plantarum上發表了文章，于是就有了MS培養基[3]。其礦物質鹽基本配方如表1所示，其有機成分及配方為30 g/L蔗糖、10 g/L瓊脂、1 g/L乙二胺、2.00 mg/L甘氨酸、1～30 mg/L吲哚乙酸、0.04～10.00mg/L 激動素、100.00mg/L 肌醇、0.50mg/L煙酸、0.50mg/L鹽酸吡哆醇、0.10mg/L鹽酸硫胺素。

表1 礦物質鹽配方

MS培養基源于對White培養基的改良，最初用于煙草愈傷組織培養。與低鹽的White培養基相比，MS培養基中的礦質營養濃度顯著提高，特別是N、K含量的提高，促進了煙草愈傷組織細胞快速生長。

2 MS培養基配方解讀

2.1 MS培養基基本成分

MS培養基營養成分可分為礦質營養和有機營養兩大類。其中礦質營養（表1）來源于14種化合物，種類豐富。礦質營養中濃度＞0.5mmol/L的元素為大量元素，濃度＜0.5mmol/L的元素為微量元素。MS 培養基中大量元素包括 N、P、K、Ca、Mg、S 等，微量元素包括 B、Mn、Zn、I、Mo、Cu 等。 MS 培養基中有機組分包括蔗糖、維生素、甘氨酸和肌醇等植物離體培養基礎物質，而瓊脂和植物生長調節劑等可根據培養方式和培養目的適當選用。從培養基基本成分可看出，MS培養基是一種營養全面、豐富的培養基。

2.2 MS培養基營養成分的濃度

從前人研究可以看出，MS培養基中營養成分的濃度可用質量濃度或物質的量濃度表示，而使用物質的量濃度的好處是配制培養基時無須考慮無機鹽試劑中結晶水數量。一般情況下，在植物組織培養中使用mmol/L表示大量元素和有機物質的濃度，而使用μmol/L表示微量元素、激素、維生素以及其他有機組分的濃度。在MS培養基礦質營養中，N來源于NH4NO3和 KNO3，濃度為 60mmol/L；K 來源于 KNO3、KH2PO4和 KI，濃度約為 20 mmol/L；Ca、Mg、S、P 濃度范圍為1～3mmol/L；微量元素需求量少，過多易產生毒害，濃度范圍為0.1～100.0μmol/L。在MS培養基中，礦質營養累計質量濃度為4 633.33mg/L。因此，MS培養基是一種高鹽培養基。MS培養基配方中無機化合物的質量濃度看似隨機，其實與營養元素的供應及其物質的量濃度存在一定關系，且各種元素物質的量濃度多數為整數，體現了配方設計者獨具匠心。MS培養基中的有機營養組分均以質量濃度標注，多數亦取整數，便于實際稱量，濃度范圍從以mg/L計量的維生素到以g/L計量的糖類不等。

2.3 MS培養基配方明細

為了更加清楚地呈現MS培養基的營養種類、營養成分提供形式及用量，在此充實了化合物名稱、分子量及物質的量濃度等信息。MS培養基基本營養組分配方如表2、3、4所示。

表2 MS培養基中的大量元素配方

表3 MS培養基中的微量元素配方

在MS培養基配方中，營養元素分為大量元素、微量元素和有機成分三類。在配制MS培養基母液時，為了防止大量元素中的Ca2+和PO43-/SO42-混溶沉淀以及微量元素Fe2+被氧化成堿式硫酸鐵而沉淀，一般將鈣鹽單獨溶解，將鐵鹽配制成EDTA螯合鐵。因此，實際應用中一般將MS培養基母液配制成大量元素（不含鈣鹽）、鈣鹽、微量元素（不含鐵鹽）、鐵鹽、有機營養5種，稱之為五液式，分開保存。

表4 MS培養基中的有機成分配方

3 結論與討論

MS培養基是組織培養中使用較多的培養基種類之一，至今已發展了許多改良版本。MS培養基是Murashige和Skoog在進行煙草組織培養時設計的，具有較高濃度的銨鹽和硝酸鹽，能為培養物快速生長提供充足營養，但對生長緩慢、無機鹽濃度要求低的植物材料生長不利，甚至造成銨鹽毒害。目前已有許多MS培養基改良配方，如為維持MS培養基的微量元素濃度，將MS培養基中大量元素濃度減半或減少到原來的3/4，出現1/2MS或3/4MS；或僅將大量元素中的硝酸銨和硝酸鉀濃度減半，或不添加硝酸銨，或用硝酸鈉替換硝酸銨，或用1.6倍濃度的硝酸鉀和0.5倍濃度的硝酸銨；或用FeEDDHA代替FeNaEDTA，以便于植物體吸收。此外，有時還根據植物對維生素濃度的需求，將MS培養基的維生素用LS、B5或Nitsch培養基中的維生素替代，或僅添加部分種類的維生素，以致MS培養基各種新版本不斷出現。近年來，隨著培養基制作工藝便捷化的需要，市場上推出了MS干粉培養基，就是將MS培養基各種組分進行脫水處理，便于保存和銷售，使用時按比例加水溶解即可。MS干粉培養基可以是全營養培養基，也可以是不添加蔗糖、瓊脂或維生素的改良版。

培養基制作環節多，操作不當有可能引起培養基組分在數量或質量上發生改變，最終影響培養基配方忠實性。在培養基母液配制過程中，不同礦質元素高濃度下混存容易出現沉淀現象，同時低價態鐵在光照和非密封狀態下容易氧化變質。因此，常將大量元素母液濃度控制在10～20倍，將鈣鹽母液單獨配制，將鐵鹽溶解在EDTA溶液中避光保存。在培養基高溫滅菌、培養過程中，也容易引起MS培養基配方中有效營養成分的改變。汪良駒等[4]研究發現，高溫滅菌降低了MS培養基的pH值，這可能與高溫滅菌下糖類物質分解有關。陳永勤[5]研究認為，高溫滅菌后的MS培養基pH值降低，這與鐵鹽和其他微量元素發生了相互作用有關。Papathanasiou等[6]發現，MS培養基光照下可溶性鐵濃度會發生較大變化。這些研究為保證MS培養基配方忠實性提供了參考。

MS培養基是植物組織培養的經典配方，是初學者掌握培養基有關知識的典范，也是許多教科書收錄的重要內容。在文獻參考中，初學者雖然發現不同參考資料中MS培養基配方表存在一定差異，但也無法辨別版本真偽，終因早期原始文獻難以查閱而不了了之。本文基于原始文獻，還原了MS培養基真實配方，對MS培養基配方中營養元素類別、供給形式及濃度設計進行了解讀，并對現存MS培養基的改良版及實踐操作中配方忠實性進行了探討，以期為初學者深入學習該經典配方提供參考。同時，隨著信息獲取途徑的不斷拓展，許多經典文獻也常被轉載成不同版本，廣大初學者一定要查閱經典文獻的原著、原文，才能挖掘到其中內涵，做到悟原理、獲真知。