植物组织培养中的褐变现象及其防止措施Word版

褐化原因及防止措施褐变是指外植体在培养过程中体内的多酚氧化酶被激活，使细胞里的酚类物质氧化成棕褐色的醌类物质，这种致死性的褐化物不但向外扩散致使培养基逐渐变成褐色，而且还会抑制其他酶的活性，严重影响外植体的脱分化和器官分化，最后变褐而死亡的现象。

在组织培养中，褐变是普遍存在的，这种现象与菌类污染和玻璃化并称为植物组织培养的三大难题。

而控制褐变比控制污染和玻璃化更加困难。

因此，能否有效地控制褐变是某些植物能否组培成功的关键。

(一)褐变的原因影响褐变的因素极其复杂，随着植物种类、基因型、外植体的部位及生理状况等的不同，褐变的程度也有所不同。

1.与基因型有关不同植物与品种之间褐变现象是不同的，有人把此归结为基因型的不同。

一般来说植物材料中单宁类和多种羟酚类化合物的含量高，易引起外植体材料的严重褐化。

多数木本植物比草本植物易引起褐化，多年生草本植物比一年生草本植物易引起褐化。

2.与取样外植体的年龄有关通常幼龄部位产生褐化较轻，随着组织的老龄化含醌类物质增多而褐化加重。

因此，在外植体接种时常需要剥去鳞片和大叶片，尤其是以切取幼嫩的芽尖或切取顶芽分生组织(或带少量叶原基)接种更为理想。

3.与外植体取材时间有关一般在春夏季，尤其是春季采取生长旺盛的外植体产生褐化较轻，已木栓化或木质化的枝条和处于休眠状态的芽作为外植体时褐化严重。

即分生部位接种后形成醌类物质少，而分化的部位则形成醌类物质较多。

4.与培养基有关过高的无机盐浓度会引起棕榈科植物外植体酚的氧化，低盐培养基，尤其是Mn2+和 Cu2+离子浓度较低时，外植体的褐化程度较轻。

例如油棕用MS无机盐培养容易引起外植体的褐变，而用降低了无机盐浓度的改良MS培养基时则可减轻褐变，而且获得愈伤组织和胚状体。

植物生长调节物质使用不当时，材料也容易褐变，细胞分裂素BA有刺激多酚氧化酶活性提高的作用，这一现象在甘蔗的组织培养中十分明显。

培养基的PH值较低时常有利于减轻外植体的褐化。

植物组织培养中的褐变现象及其防止措施摘要：细胞受损后，由于细胞区隔作用被破坏，毒性酚类或其氧化物醌类物质毒害细胞，导致组织褐变，植物组织培养过程中培养低效或失败。

目前认为组织培养中褐变程度主要受外植体材料的基因型、生理状态、种类、大小、预处理、培养条件、培养基及培养方式的影响。

在目前的研究中控制褐变的有效方法主要有低温培养、暗培养、勤转种、添加抗氧化剂、增效剂或吸附剂于培养基中等。

关键词:植物;组织培养;褐变;防治方法褐变是植物组织培养中一种普遍存在的现象，是由于组织中多酚氧化酶被激活，使细胞酚类物质被氧化而产生棕褐色醌类物质，这种褐变现象又被称为酚污染。

多酚类物质及其氧化物醌类物质会抑制其它酶的活性，从而毒害整个外植体，严重影响外植体的脱分化、再分化和生长。

褐变这种现象与菌类污染和过度含水化(即玻璃化)并称植物组织培养的3 大难题。

目前褐变已成为植物组织培养发展的一大障碍[1]。

1 褐变现象的原因1.1 非酶促褐变非酶促褐变是由于细胞受胁迫或其他不利条件影响所造成的细胞程序化死亡或自然发生的细胞死亡，即坏死形成的褐变现象，并不涉及酚类物质的产生。

诸多不利条件都可以造成细胞的程序化死亡，但这种褐变若采取适当措施或者愈伤组织适应了胁迫环境就不再发生。

1.2 酶促褐变多数认为，植物组织培养中的褐化现象主要是由酶促褐变引起的，即由多酚氧化酶( P PO ，Polyphenol Oxidase) 作用于天然底物酚类物质而引起的。

在正常条件下,细胞中的酚和醌之间保持一种动态平衡,醌类物质水平较低;而酚氧化酶及其底物分布在正常组织的不同部位，酚类物质分布在细胞的液泡内，酶则分布在各种质体或细胞质内，这种区域性分布致使底物与酶被质膜分隔开来；但当外植体或培养材料处于机械损伤等逆境，或细胞受伤或衰老时，细胞膜结构或细胞中物质区域化分布的破坏会导致酚氧化酶释放或合成，如果此时在合适的pH 和温度等条件下，酚氧化酶、酚类（底物）和氧发生酶促氧化反应，形成有毒的棕褐色醌类物质,从而使组织发生褐变。

组培过程中的褐化问题许多植物的组织培养中发现有褐变现象，尤以木本植物组织培养中褐变严重。

褐变主要发生在外植体、愈伤组织的继代、悬浮细胞培养、原生质体的分离与培养等。

褐变产物不仅使外植体、细胞、培养基等变褐，而且对许多酶有抑制作用，从而影响培养材料的生长与分化，严重时甚至导致死亡。

[1] 褐变的机理正常细胞内，区域性分布使底物与PPO不能接触并不发生褐变，当细胞膜的结构发生变化和破坏时，酶和底物就结合在一块，在氧的作用下，生成醌，从而引起褐变。

引起褐变的条件：氧、引起褐变的酶、底物，缺一不可。

引起褐变的酶：多酚氧化酶（PPO是主要的）、过氧化物酶（POD）、、苯丙氨酸解氨酶等。

引起褐变的酶的底物：主要是酚类化合物，可分成3类：第一类是苯基羧酸，包括邻羟基苯酚、儿茶酚、没食子酸、莽草酸等；第二类是苯丙烷衍生物，包括肉桂酸、香豆酸、咖啡酸、单宁、木质素等；第三类是黄烷衍生物，包括花青素、黄酮、芸香苷等。

[2] 影响褐变的因素因子是复杂的，随植物的种类、基因型、外植体部位及生理状态等的不同，褐变的程度也有所不同。

A.植物种类及基因型红豆杉愈伤组织的诱导及继代培养过程中，常常发生培养细胞褐变现象，轻者影响细胞生长和繁殖，重者导致细胞死亡。

豆科植物和芸苔属植物原生质体培养中容易褐化也是一个普遍的问题，橡胶的花药培养中，海垦2号花药的褐变较少，因而愈伤组织的诱导容易；而有些品系花药容易褐变，因而愈伤组织的诱导困难。

在组织培养中，有些品种、品系难以成功，而有些则容易成功。

油菜叶原生质体品种373褐化比品种94591、95386严重B.外植体部位及生理状态荔枝茎的愈伤组织中度褐变，而根的愈伤组织全部褐变。

欧洲栗幼年型的材料培养时含醌类物质少，成年型材料培养时含醌类物质多，后者比前者褐变严重。

油棕幼嫩外植体（如胚）培养较少褐变，高度分化的叶片接种后则容易褐变。

C.培养基成分及培养条件硬紫草从长期继代培养且次生代谢物含量高引起培养物的褐变。

褐化原因及防止措施褐变是指外植体在培养过程中体内的多酚氧化酶被激活，使细胞里的酚类物质氧化成棕褐色的醌类物质，这种致死性的褐化物不但向外扩散致使培养基逐渐变成褐色，而且还会抑制其他酶的活性，严重影响外植体的脱分化和器官分化，最后变褐而死亡的现象。

在组织培养中，褐变是普遍存在的，这种现象与菌类污染和玻璃化并称为植物组织培养的三大难题。

而控制褐变比控制污染和玻璃化更加困难。

因此，能否有效地控制褐变是某些植物能否组培成功的关键。

(一)褐变的原因影响褐变的因素极其复杂，随着植物种类、基因型、外植体的部位及生理状况等的不同，褐变的程度也有所不同。

1.与基因型有关不同植物与品种之间褐变现象是不同的，有人把此归结为基因型的不同。

一般来说植物材料中单宁类和多种羟酚类化合物的含量高，易引起外植体材料的严重褐化。

多数木本植物比草本植物易引起褐化，多年生草本植物比一年生草本植物易引起褐化。

2.与取样外植体的年龄有关通常幼龄部位产生褐化较轻，随着组织的老龄化含醌类物质增多而褐化加重。

因此，在外植体接种时常需要剥去鳞片和大叶片，尤其是以切取幼嫩的芽尖或切取顶芽分生组织(或带少量叶原基)接种更为理想。

3.与外植体取材时间有关一般在春夏季，尤其是春季采取生长旺盛的外植体产生褐化较轻，已木栓化或木质化的枝条和处于休眠状态的芽作为外植体时褐化严重。

即分生部位接种后形成醌类物质少，而分化的部位则形成醌类物质较多。

4.与培养基有关过高的无机盐浓度会引起棕榈科植物外植体酚的氧化，低盐培养基，尤其是Mn2+和 Cu2+离子浓度较低时，外植体的褐化程度较轻。

例如油棕用MS无机盐培养容易引起外植体的褐变，而用降低了无机盐浓度的改良MS培养基时则可减轻褐变，而且获得愈伤组织和胚状体。

植物生长调节物质使用不当时，材料也容易褐变，细胞分裂素BA有刺激多酚氧化酶活性提高的作用，这一现象在甘蔗的组织培养中十分明显。

培养基的PH值较低时常有利于减轻外植体的褐化。

论植物组织培养褐变产生的因素及对策植物组织培养是指将植物体中的一种或几种组织或细胞分离和培养在含有适宜营养成分和生长调节剂的培养基中，使其继续生长、分化和增殖的技术。

这种技术广泛应用于植物育种、植物生产、植物品种改良等方面。

然而，在植物组织培养过程中，褐变现象是一种常见的问题，严重影响了培养细胞的生长表现和生产效率。

因此，本文对植物组织培养褐变产生的因素及对策进行了详细的探讨。

一、植物组织培养褐变产生的因素1. 细胞或组织质损伤：在分离组织和细胞时，过度的力量和操作方法可能会导致组织褐变，这是由于细胞膜、内膜或细胞壁的破裂，导致物质泄漏进入外部环境所致。

2. 呼吸引起的氧化：在植物组织培养过程中，呼吸是组织代谢的基本现象，它产生的能量用于细胞代谢和细胞分裂。

然而，呼吸不充分或呼吸能力不足可能会导致氧化酶的活性增强，导致产生了过多的氧自由基，导致组织褐变。

3. 培养基中的不完整培养物质：培养基的配方以及培养过程中不完整培养物质可能会导致褐变。

例如，培养基中的钾离子过多可能导致组织和细胞质产生褐变。

4. 微生物或污染：组织培养广泛应用于微生物的细胞生长和变异。

然而，过量的细菌孳生或微生物污染可能会使组织发生内部腐败或污染。

5. 外部环境：在植物组织培养中，外部环境可能导致褐变的发生。

例如，高温、高湿度或光照强度过高等因素都可能对组织产生不利影响，导致组织褐变。

二、植物组织培养褐变的对策1. 准确按照操作方法进行：在分离和转移细胞或组织时，必须遵循操作规程。

任何超过细胞或组织能力的力量，都可能导致它们破裂和损伤，从而导致细胞褐变。

2. 控制培养物质：应对植物组织培养液内成分进行判断，控制氮、钾等营养物质的浓度，并定期植物异质接种和营养料补充来促进组织生长和分化。

3. 保护组织环境：采取洁净措施，保持培养环境无微生物侵入，减少细菌数量。

避免热、湿、光照强度过高的环境，加强组织生长环境的把控。

4. 装置保持：“装置”保持在可靠性、稳定性和实用性等方面总体考虑下选择合适的装置设备，减少操作过程带来的不良影响，通过装置控制，避免过度呼吸和氧化酶的活性增强等情况，道避免组织褐变。

植物组织培养褐变产生的因素及对策褐变在许多植物组织培养过程中，常遇到褐变问题。

褐变主要发生在外植体，在植物愈伤组织的继代、悬浮细胞培养以及原生质体的分离与培养中也经常发生。

褐变产物不仅使外植体、细胞、培养基等变褐，而且对许多酶有抑制作用，从而影响培养材料的生长与分化，严重时甚至导致死亡。

本文探讨植物组织培养中褐变现象的影响因素、机理及防范措施，对我们进行科学研究或工厂生产，包括植物组织的培养原生质体、悬浮细胞和植物器官的培养都有着十分重要的现实意义。

1、褐变的危害褐变是指外植体在培养过程中，自身组织从表面培养基释放褐色物质，以致培养基逐渐变成褐色，外植体也随之进一步变褐而死亡的现象。

褐变的发生与外植体组织中所含的酚类化合物数量多少及多酚氧化酶活性有直接关系。

很多植物，尤其是木本植物都含有较高的酚类化合物，这些酚类化合物在完整的组织和细胞中与多酚氧化酶分隔存在，因而比较稳定。

在切割外植体时，切口附近的细胞受到伤害，其分割状态被打破，酚类化合物外溢。

对于外植体本身来讲，酚类物质从外植体切口向外溢出是一种自我保护性反应，可诱导植保素或无物理屏障的形成，以防止微生物浸染组织。

但酚类很不稳定，在溢出过程中与多酚氧化酶接触，在多酚氧化酶的催化下，迅速氧化成褐色的醌类物质和水，醌类物质又会在酪氨酸酶等的作用下，与外植体组织中的蛋白质发生聚合，进一步引起其他酶系统失活。

从而导致组织代谢活动紊乱，生长停滞，最终衰老死亡。

此外，由于组织的老化病变也会使多酚氧化酶激活而引起褐变。

2、褐变产生的机理2.1 非酶促褐变非酶促褐变是由于细胞受胁迫或其他不利条件影响所造成的细胞程序化死亡或自然发生的细胞死亡，即坏死形成的褐变现象，并不涉及酚类物质的产生。

将生长正常的愈伤组织转移到含NaCl 的培养基中，组织周围尤其是接触培养基部分发生褐变，但培养基中没有看到扩散的褐化物质。

当温度升高时继代保存时间过长，也会发生此类现象但这种褐变若采取适当措施或者愈伤组织适应了胁迫环境就不再发生了2.2 酶促褐变目前认为植物组织培养中的褐变主要是由酶促褐变引起的，培养材料变褐主要是由伤口处分泌的酚类化合物引起的。

外植体褐变及解决措施外植体褐变及其解决措施褐变是植物组织培养过程中常见的问题。

它与真菌污染和玻璃化冷冻一起被称为植物组织培养的三大难题。

本文针对褐变问题，结合相关数据，对影响褐变的因素进行了综合分析，并针对这些因素提出了相应的解决方案。

褐变是指外植体在培养过程中，自身组织向表面培养基释放褐色物质，以致培养基逐渐变成褐色，外植体也随之进一步变褐而死亡的现象。

一、褐变机理1非酶褐变非酶促褐变是由于细胞受胁迫或其他不利条件影响所造成的细胞程序化死亡或自然发生的细胞死亡，即坏死形成的褐变现象，并不涉及酚类物质的产生。

徐振彪等将生长正常的愈伤组织转移到含nacl的培养基中，组织周围尤其是接触培养基部分发生褐变，但培养基中没有看到扩散的褐化物质。

当温度升高时继代保存时间过长，也会发生此类现象。

但这种褐变若采取适当措施或者愈伤组织适应了胁迫环境就不再发生了。

2.酶促褐变目前认为植物组织培养中的褐变主要是由酶促褐变引起的，培养材料变褐主要是由伤口处分泌的酚类化合物引起的。

酶促褐变如同一般的酶促反应，其发生必须具备三个条件，即酶、底物和氧。

引起褐变的酶有多酚氧化酶(ppo)、过氧化物酶(pod)、苯丙氨酸解氨酶等。

从初次培养和继代培养过程中试管苗的褐变程度和ppo的活性来看，表明ppo活性的高低是引起培养材料褐变的关键。

引起褐变的酶的底物主要是酚类化合物，按其组成可分成3类:苯基羧酸（包括邻羟基苯酚、儿茶酚、没食子酸、莽草酸等），苯丙烷衍生物（包括绿原酸、肉桂酸、香豆酸、咖啡酸、单宁、木质素等），第三类是黄烷衍生物（包括花青素、黄酮、芸香苷等），但并非所有的酚类物质都是ppo的底物。

在正常植物组织中，底物、氧和PPO同时存在而不褐变，因为在正常组织细胞中，多酚分布在液泡中，而PPO分布在各种质体或细胞质中。

这种区域分布使基质和PPO无法接触。

当细胞膜结构发生变化和破坏时，它为酶与PPO接触创造了条件。

在氧气存在下，苯酚被氧化成醌，并进行一系列脱水和聚合反应。

植物组培中常见污染及其预防措施1、污染原因污染是指在培养过程中，培养基或培养材料上滋生真菌、细菌等微生物，使培养材料不能正常生长和发育的现象。

组织培养中污染是经常发生的，常见的污染病原是细菌和真菌两大类。

细菌污染常在接种1—2d 后表现,培养基表面出现黏液状菌斑。

真菌污染一般在接种后3d以后才表现，主要症状时培养基上出现绒毛状菌丝，然后形成不同颜色的孢子层.造成污染的原因也很多，主要有(1) 培养基及各种使用器具灭菌不彻底（2) 外植体消毒不彻底（3) 接种时不严格无菌操作（4) 接种和培养环境不清洁（5) 培养容器原因，包括盖子和封口膜等.材料带菌或培养基灭菌不彻底会造成成批接种材料被细菌污染，操作人员不严格遵守无菌操作规程也是造成细菌污染的重要原因。

培养环境不清洁、超净工作台的过滤装置失效、培养容器的口径过大以及封口膜破损等主要引起真菌污染。

2、污染的预防措施（1）灭菌要彻底在组培生产中，各种培养基以及接种过程中使用的各种器具都要严格灭菌。

首先是培养基的灭菌,耐高温的培养基需要在121—123℃条件下灭菌20—30min。

若出现灭菌时间不足或温度不够,培养一段时间后就会在培养基表面产生细菌性的污染。

一些不耐高温的物质，可采取细菌过滤器除去其中的微生物.其次，接种用的器具除了经过高温霉菌外，在接种的过程中，每使用1次后，都要蘸酒精在酒精灯火焰上灼烧灭菌,特别是在不慎接触到污染物时，极易由于器具引起污染。

第三，对于被污染的培养瓶和器皿要单独浸泡,单独清洗,有条件的灭菌后再清洗.（2）选择适当的外植体要认真地选择外植体，减少外植体上的带菌量。

一般多年生的木本材料比一二年生的草本材料带菌多；老的材料比幼嫩的材料带菌多；田间生长的材料比温室生长的材料带菌多；带泥土的材料比不带泥土的材料带菌多。

用茎尖作外植体时，应在室内或无菌条件下对枝条进行预培养。

将枝条用水冲洗干净后插入无糖的营养液或自来水中，使其发枝.然后以这种新抽的嫩枝作为外植体,可大大减少材料的污染。

接收日期：２０２３ ０３ １２通讯作者：尤小婷（１９９２—），女，学士，农艺师，主要从事种苗繁育、作物栽培和推广研究，Ｅ ｍａｉｌ：８６７３３３７９５＠ｑｑ．ｃｏｍ．植物组织培养褐化现象的发生及防治措施尤小婷１，经福林１，张曼其１，覃金转２（１．广东省湛江农垦科学研究所，广东湛江　５２４０８６；２．广东农垦热带农业研究院有限公司，广东广州　５１０５０６）摘　要：褐化是影响植物组织培养最突出的问题，其严重影响培养物的生长和分化，甚至造成植物死亡。

国内外褐化研究结果显示，褐化发生机制主要是酚类物质积累和氧化引起的氧化褐化，影响因素主要有植物品种和基因型、外植体的生理条件、培养环境、消毒方法及其他组培操作手段等，基于发生机制和影响因素提出的防治措施是选择不易发生褐化的外植体材料、优化培养基成分和培养条件、添加添加剂抑制或减轻褐化程度等。

目前关于褐化发生机制的研究尚不能完全解释氧化褐化，褐化防治措施可以一定程度上控制褐化现象，但可能会对组培其他指标存在不利影响，实践中应根据实际情况筛选控制褐化的方法。

关键词：组培；褐化；发生机制；影响因素；防治措施中图分类号：Ｑ９４３．１ 文献标识码：Ａ文章编号：１００８－０４５７（２０２４）０２－００３４－０６ 国际ＤＯＩ编码：１０．１５９５８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｄｎｙｓｗｘｂ．２０２４．０２．００５ 植物组织培养在保存种质资源、克服杂交不亲和、单倍体育种、基因工程及快速繁殖等方面具有重要意义，被广泛用于农业育种及生产过程中［１］。

褐化是植物组织培养中的三大不利问题之一，且发生机制和影响条件复杂，最常见，但最难解决，主要发生在外植体的初代培养时期，其他时期也常发生，容易导致自身长势不佳甚至死亡。

多项研究显示，褐化会导致植物组织细胞形态结构发生变化，如失绿变色、淀粉粒增多、细胞壁增厚、纤维质结构增加、愈伤组织细胞排列混乱、细胞膜通透性增加、叶片维管束被堵塞等，严重影响组织培养［２ ５］。