五類成分
大多數培養基的成分是由無機營養物、碳源、維生素、生長調節物質和有機附加物等五類物質組成。
無機營養物
無機營養物主要由大量元素和微量元素兩部分組成,大量元素中,氮源通常有硝態氮或銨態氮,但在培養基中用硝態氮的較多,也有將硝態氮和銨態氮混合使用的;磷和硫則常用磷酸鹽和硫酸鹽來提供。鉀是培養基中主要的陽離子,在近代的培養基中,其數量有逐漸提高的趨勢。鈣、鈉、鎂的需要則較少。培養基所需的鈉和氯化物,由鈣鹽、磷酸鹽或微量營養物提供。微量元素包括碘、錳、鋅、鉬、銅、鈷和鐵。培養基中的鐵離子,大多以螯合鐵的形式存在,即FeSO4與Na2—EDTA(螯合劑)的混合。
碳源
培養的植物組織或細胞,它們的光合作用較弱。因此,需要在培養基中附加一些碳水化合物以供需要。培養基中的碳水化合物通常是蔗糖。蔗糖除作為培養基內的碳源和能源外,對維持培養基的滲透壓也起重要作用。
維生素
在培養基中加入維生素,常有利於外植體的發育。培養基中的維生素屬於B族維生素,其中效果最佳的有維生素B1、維生素B6、生物素、泛酸鈣和肌醇等。
有機附加物
包括人工合成或天然的有機附加物。最常用的有酪朊水解物、酵母提取物、椰子汁及各種胺基酸等。另外,瓊脂也是最常用的有機附加物,它主要是作為培養基的支持物,使培養基呈固體狀態,以利於各種外植體的培養。
生長調節物質
常用的生長調節物質大致包括以下三類:
(1)植物生長素類。如吲哚乙酸(IAA)、萘乙酸(NAA)、2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)。
(2)細胞分裂素。如玉米素(Zt)、6-苄基嘌呤(6-BA或BAP)和激動素(Kt)。
(3)赤黴素。組織培養中使用的赤黴素只有一種,即赤霉酸(GA3)。
配方特點
常用配方
組織培養是否成功,在很大程度上取決於對培養基的選擇。不同培養基有不同特點,適合於不同的植物種類和接種材料。開展組織培養活動時,應對各種培養基進行了解和分析,以便能從中選擇使用。下面介紹組織培養幾種常用培養基的配方見表9-1。
培養基中的激素種類和數量,隨著不同培養階段和不同材料而有變化,因此各配方中均不列入。
相關特點
(1) MS培養基。 MS培養基是普遍使用的培養基。它有較高的無機鹽濃度,對保證組織生長所需的礦質營養和加速愈傷組織的生長十分有利。由於配方中的離子濃度高,在配製、貯存、消毒等過程中,即使有些成分略有出入,也不致影響離子間的平衡。MS固體培養基可用來誘導愈傷組織,或用於胚、莖段、莖尖及花葯培養,它的液體培養基用於細胞懸浮培養時能獲得明顯成功。這種培養基中的無機養分的數量和比例比較合適,足以滿足植物細胞在營養上和生理上的需要。因此,一般情況下,無須再添加胺基酸、酪蛋白水解物、酵母提取物及椰子汁等有機附加成分。與其它培養基的基本成分相比,MS培養基中的硝酸鹽、鉀和銨的含量高,這是它的明顯特點。
(2) B5培養基。B5培養基的主要特點是含有較低的銨,這是因為銨可能對不少培養物的生長有抑制作用。經過試驗發現,有些植物的愈傷組織和懸浮培養物在MS培養基上生長得比B5培養基上要好,而另一些植物,在B5培養基上更適宜。
(3)N6培養基。N6培養基特別適合於禾穀類植物的花葯和花粉培養,在國內外得到廣泛套用。在組織培養中,經常採用的還有懷特(While,1963)培養基、尼許(Nitsch,1951)培養基等。它們在基本成分上大同小異。懷特培養基由於無機鹽的數量比較低,更適合木本植物的組織培養。
制培養液
製備母液
為了避免每次配製培養基都要對幾十種化學藥品進行稱量,應該將培養基中的各種成分,按原量10倍、100倍或1000倍稱量,配成濃縮液,這種濃縮液叫做母液。這樣,每次配製培養基時,取其總量的1/10、1/100、1/1000,加以稀釋,即成培養液。現將培養液中各類物質製備母液的方法說明如下。
(1)大量元素。大量元素包括硝酸銨等用量較大的幾種化合物。製備時,按表中排列的順序,以其10倍的用量,分別稱出並進行溶解,以後按順序混在一起,最後加蒸餾水,使其總量達到1升,此即大量元素母液。
(2)微量元素。因用量少,為稱量方便和精確起見,應配成100倍或1000倍的母液。配製時,每種化合物的量加大100倍或1000倍,逐次溶解並混在一起,製成微量元素母液。
(3)鐵鹽。鐵鹽要單獨配製。由硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)5.57克和乙二胺四乙酸二鈉(Na—EDTA)7.45克溶於1升水中配成。每配1升培養基,加鐵鹽5毫升。
(4)有機物質。主要指胺基酸和維生素類物質。它們都是分別稱量,分別配成所需的濃度(0.1~1.0毫克/毫升),用時按培養基配方中要求的量分別加入。
(5)植物激素。最常用的有生長素和細胞分裂素。這類物質使用濃度很低,一般為0.01~10毫克/升。可按用量的100倍或1000倍配製母液,配製時要單個稱量,分別貯藏。
配製植物生長素時,應先按要求濃度稱好藥品,置於小燒杯或容量瓶中,用1~2毫升0.1N(克當量濃度)氫氧化鈉溶解,再加蒸餾水稀釋至所需濃度。配製細胞分裂素時,應先用少量0.5或1N的鹽酸溶解,然後加蒸餾水至所需量。
以上各種混合液(母液)或單獨配製藥品,均應放入冰櫃中保存,以免變質、長霉。至於蔗糖、瓊脂等,可按配方中要求,隨稱隨用。
具體操作
①根據配方要求,用量筒或移液管從每種母液中分別取出所需的用量,放入同一燒杯中,並用粗天平稱取蔗糖、瓊脂放在一邊備用。
②將①中稱好的瓊脂加蒸餾水300~400毫升,加熱並不斷攪拌,直至煮沸溶解呈透明狀,再停止加熱。
③將①中所取的各種物質(包括蔗糖),加入煮好的瓊脂中,再加水至1000毫升,攪拌均勻,配成培養基。
④用1N的氫氧化鈉或鹽酸,滴入③中的培養基里,每次只滴幾滴,滴後攪拌均勻,並用pH試紙測其pH值,直到將培養基的pH值調到5.8。
⑤將配好的培養基,用漏斗分裝到三角瓶(或試管)中,並用棉塞塞緊瓶口,瓶壁寫上號碼。瓶中培養基的量約為容量的1/4或1/5。
培養基的成分比較複雜,為避免配製時忙亂而將一些成分漏掉,可以準備一份配製培養基的成分單,將培養基的全部成分和用量填寫清楚。配製時,按表列內容順序,按項按量稱取,就不會出現差錯。成分單的格式與內容見表9-2。
滅菌保存
培養基配製完畢後,應立即滅菌。培養基通常應在高壓蒸汽滅菌鍋內,在汽相120℃條件下,滅菌20分鐘。如果沒有高壓蒸汽滅菌鍋,也可採用間歇滅菌法進行滅菌,即將培養基煮沸10分鐘,24小時後再煮沸20分鐘,如此連續滅菌三次,即可達到完全滅菌的目的。
經過滅菌的培養基應置於10℃下保存,特別是含有生長調節物質的培養基,在4~5℃低溫下保存要更好些。含吲哚乙酸或赤黴素的培養基,要在配製後的一周內使用完,其它培養基最多也不應超過一個月。在多數情況下,應在消毒後兩周內用完。