离体根的培养

      在自然的情况下，根主要为植物吸收和固定的重要器官。同时，有些植物的根亦可通过根蘖而具有繁殖的功能。在组织培养的研究中，离体根培养在培养方法的历史上占有重要地位，它们是第一次通过无菌培养方法连续转移使根保持了很长时间。这个领域的先驱者要数科特(Kotte)和罗宾(Robbis)，他们在1922年就报告了小麦实生苗的根尖在培养下的有限生长情况。但直至l 934年，、当怀特在含有元机盐、糖和酵母提取物的液体培养基上使番茄根进行连续继
代培养并建立了第一个活跃生长的无性繁殖系以后，离体根的培养试验才算获得真正的成功。
 

      离体根的培养，由于具有生长迅速，代谢活跃及在已知条件下可根据需要增减培养基中的成分等优点，故多用来探索植物根系的生理及共代谢活动。如研究碳素和氮素代谢，无机营养的需要，维生素的合成与作用，生物碱的合成与分泌等等。其他，如对根的切割与再生，形成层中细胞的分裂、分化与伸长以及芽和根的相关性等方面也作了不少工作。这些研究不但丰富了植物生理学的知汛也为植物组织及细胞培养的研究提供了有用的资料。

        如何进行离体根的组织培养呢?它的第一步应是获得有遗传性一致的材料，为此，首先要建立起获得大量无性系的方法。用于试验的番茄根的发生和保存的方法可作为达方面为例子(图4—1)，其简单过程是：将番茄种子表面消毒，以后在无菌条件下萌发，待根伸长后从根尖——端团取长10毫米的根尖并接种于培养基中，这些根的培养物每天大约生长10毫米， 4天后发育出侧根， 7天后又可切离侧根的根尖以作为新的培养材料再进行扩大培养。这些培养的侧根象最初培养的胚根根尖一样，以同样的速度生长并产生出新的侧根，7天后，它们又可作为用于扩大新根的材料或用于作为实验的材料。通过这种由单个直根衍生而来并经继代培养而保持的根的材料，它们为具遗传性一致的根的培养物，故可称之为离体根的无性系。利用这些离体根的无性系就可进行其他的实验研究。

图4—1 番茄离体根培养的过程
1．种子用70%酒精消毒1分钟．用饱和漂白粉液消毒10分
钟3．用无菌水洗三次 4．将6—10粒种子放入培养皿的湿
滤纸上 5．培养皿放人暗中培养直至胚根长至30—40毫米
6．切取10毫米长的根尖用无菌的接种环接种于培养基中 7．
在25℃下培养直至长出侧根

        目前，进行番茄离体根的培养时，培养液仍然采用怀特的改良的培养液(表4—1)。不过，酵母提取物已为维生素B1，B6及烟酸和甘氨酸所代替。对离体权营养需要的研究已获得一些基本的资料。一股说来，对于整体植物所需的一些大量和微量元素也是离体根生长时所必需的。用番茄作的试验表明，如腆 (I)，有利于番茄根的生长，其最适浓度为0．5ppm， 缺碘会导致离体根在三周后有50％停止生氏。硼(B) 也是重要的，缺硼会降低根尖细胞的分裂速度，阻碍细胞伸长等等。在氮源中，硝酸盐

的效果较为良好，离体根能很好地利用它作为单一的氮源。在适合的pH条件下，硝酸铵亦是一种较好的氮源。从番嫡和苜蓿离体根的试验结果看，用各种氨基酸或酰胺作氮源时，它们虽能进入根并为植物所利用，但对离体根的生长效应均不如无机态的硝酸盐好 (黄维南等，1965)。

        碳源则因植物类型而异，在双子叶植物离体根的培养中，蔗糖是最好的碳源，它比葡萄糖要优良十倍，果糖次之。但在禾本科植物离体根的培养中，葡萄糖的效果则较好。维生素类物质中，最常用的为硫胺素(B1)和吡哆醇(B6)。在番茄离体根的试验里，硫胺素的需要是必须的，少了它立即使生长停止。硫肤素的需要量很低，所用浓度在0．1—1．0微克／升，其对生长的促进作用与所用浓度成正比。象亚麻及白三叶草等植物的离体根也能在缺乏硫胺素的培养基中生长，但添加硫胺素后可显著加速生氏。这也表明，加入硫胺素后可以补充根公合成疏胺素量的不足，从而保证了生长的需要。吡哆醇的作用也是明显的，它与硫胺素加到培养基中能完全代替酵母提取液的作用，以维持番茄离体根的连续生长。离体根对生长调节物质的反应，田植物种或品种的不同而有不同。在各类植物激素中，以生长素研究得较多。从离体根对生长素的反应，可以表现为：(1)生长素抑制离体根的生长，如樱桃、番茄、红花槭，(2)生长素促进根的生长，如欧洲赤松、白羽扁豆、玉米、小麦，(3)离体根的生长有赖于生长素，如黑麦，小麦的一些变种。共他激素如赤霉素能明显影响侧根的发生与生长，加速根分生组织的老化；激动素则能延长单个培养根分生组织的活性，有抗“老化”的作用。概括起来，根据不同植物根对培养的反应，可以分为三类，即(1)具高生根速度且产生大量强壮的侧根，如番茄、紫花苜酥、红车轴车、烟草、马铃薯、黑麦、小麦、三叶草和蔓陀罗等，这些材料在培养中可进行连续继代培婶而无限生长；(2)根能培养较长的时间，但不是无限的，且由于生长下降和只长出稀疏的侧根以致常失去生长，这类材料有向日葵、萝卜、芥菜、旋花、豌豆、百合、矮牵牛、翠菊、荞麦等；(3)木本植物的根，它们几乎很难生长，可以设想，它们需要一些我们目前仍未了解的生长因素.

 

      离体报也已用于研究有关次生维管组织发生和发育的因素。很多种植物的离体根均末发育出维管形成层，所以也未形成次生维管组织。这表明，平常由苗运输来的物质与根内锥管形成层的发生与发育有关。针对这种设想，托奥 (Torrey．]．G．)及其同事作了一系列非常好的实验。他们使豌豆和萝卜的离体根在通常不能使它们形成次生维管组织的培养丛、健L良，以后通过根的法部切口处给它们“喂”一些有刺激根发育的物质(如图4—2)。当豌豆根的基部喂以过量的蔗糖(8％)和IAA(10（-6）M)时，就发生丁维管形成层。对于萝卜的离体根，除加入蔗糖、IAA和细胞分裂素是更要的以外，肌醇也是有益的。这一处理引起直径增加了二十倍，同时亦表明了苗系统的刺激效果。上述实验已说明，生长素、细胞分裂素、肌醇在形成层的发育中有重要作用。

      通过利用根的切断来诱导愈伤组织或再生植株，过去也作过不少工作(表4—2)。它的培养方法与形态发生方式与茎段培养的情况类似。根段的离体培养研究，这对探论细胞的全能性及形态分化和生物合成等问题，也可提供另一方面的资料。如颠茄根的组织培养中，由根组织诱导形成的愈伤组织，当在悬浮培养时，其主要的颠茄生物碱也仅能在形成根的培养物中发现。在胡杨的根段培养中，根段上芽的分化也是经脱分化形成白色愈伤组织，然后经再分化从局部绿色愈伤组织中产生出小植株。这些结果都可与植物其他器官的离体培养研究相互印证，以全面说明器官分化中的各种问题。