植物组织培养是以植物细胞具有全能性这一原理为基础，在人为创造的无菌环境下，将从植物体中分离得到的各种器官、组织、细胞等外植体材料，接种到人为提供适合其生长的培养基中，从而获得新的组织、细胞或个体的技术。在100多年的发展历史中，已经有100余科1000余种植物可以通过植物组织培养技术进行离体快繁。此外，植物组织培养技术在良种快繁、作物改良、种质保存等领域发挥着很大的作用。
草本观赏植物如石竹、兰花等通过组织培养进行快速繁殖或脱毒培育而达到商品化生产；吊兰、菊花等通过单倍体育种获得新型品种。然而在快速发展的同时，组织培养过程中也存在着一些一直无法忽略和攻克的技术难题，即褐化、玻璃化和菌类污染。三大难题的出现导致外植体材料生长异常甚至死亡，严重限制了繁殖速度，使其无法进行规模化生产，甚至直接决定了一些植物组织培养的成功与否。
1 褐化现象
褐化指的是外植体材料在离体组织培养的过程中，从组织切口释放使培养基变成褐色物质，导致外植体也随之失绿变褐直至死亡的现象。
学者们普遍认为组织培养过程中外植体褐变主要是由于酶促褐变引起的。由于切割外植体等造成分布在液泡内的酚类物质与分布在各种质体内或细胞质内酶的这种区域性分布遭到破坏，从而使氧化酶和底
物在氧气的作用下发生氧化反应，产生有毒的褐色醌类物质。酶、底物和氧化物是酶促褐化必须具备的3个条件，其中最主要的酶是多酚氧化酶（PPO），最主要的底物是酚类化合物。
酚类物质和酶的活性是影响褐化现象的主要原因，因此，降低褐化现象的主要途径是采取一系列有效抑制酚类物质合成和控制酶的活性的措施。
1.1 引起褐化现象的因素
1.1.1 外植体
1) 植物种类和基因型。植物体内含有较高木质素、单宁、色素、黄酮等酚类化合物，容易发生褐变。木本植物比草本植物更易产生褐化。同种植物不同品种的外植体材料发生褐变的程度也不尽相同，如周俊辉等通过对不同品种观赏凤梨的吸芽进行防褐研究，结果表明粉菠萝褐变程度最严重，然后是水塔花、红星凤梨，七彩凤梨褐变程度最轻。
２）外植体生理状态。取幼龄植物的幼嫩部位为外植体材料，其褐变程度远低于成龄植物的成熟部位。因为幼嫩材料中所含酚类化合物含量比成熟材料中的少，特别是木质素的含量，研究表明刚刚木质化或半木质化为最佳取材部位。此外，冬春季取材会比夏秋季取材褐化程度低，如蝴蝶兰组培夏季取材褐变较重。
1.1.2 培养基
１）无机盐种类和浓度。培养基中无机盐的种类和浓度影响褐化，其一是因为培养基中一些无机物是合成某些氧化酶及其进行生理生化的必需元素，研究表明钙、锰、镁等金属离子可能是PPO的激活剂；其二是因为高浓度的无机盐会造成外植体材料中的酚类物质溢出从而发生氧化反应，增加褐化率。如尚旭岚、冯宁等研究发现鹤望兰在1/2MS培养基的褐化率明显低于MS培养基。
２）培养基硬度。一部分学者认为，液体培养基比固体培养基更容易解决褐变问题，因为当外植体材料从切口处产生酚类物质的时候，在液体培养基中可以快速扩散从而减少对外植体材料的伤害。如鹤望兰在液体培养基中进行培养时褐变率较固体培养基低。
３）培养基的ｐＨ 值。培养基的pH值对愈伤组织褐变的抑制作用可通过改变植物体褐变过程中的酶活性完成。当培养基偏碱性时，PPO中的酶蛋白和铜离子脱离析出，使PPO失去活性，从而减少褐变发生。低pH水培并不能抑制朱顶红鳞茎的褐化，且不利于朱顶红的生长与增殖。
４）植物生长调节剂。培养基中激素种类、浓度和组合配比都会影响褐化。ＢＡ、ＺＴ、ＫＴ 等细胞分裂素会加速酚类化合物的产生，提高褐化率，而２，４-Ｄ、IAA等生长素会延缓酚类化合物的产生，降低褐化率。但细胞分裂素和生长素在合适浓度的配比下不仅可以降低褐化率，还会促进外植体材料的生长分化，郝捷在卡特兰愈伤组织继代培养中发现，培养基中添加3mg/L的6-BA和0.5mg/L的NAA增殖倍数和褐化率综合效果最好。
1.1.3 抗褐化剂
抗褐化剂可以分为吸附剂、抗氧化剂和螯合剂三大类，其中吸附剂的作用机理是吸收培养基中的有害物质，常见的有AC（活性炭）、PVP（聚乙烯吡咯烷酮）；抗氧化剂的作用机理四将醌类物质还原成酚，常见的有VC（抗坏血酸）、硫代硫酸钠；螯合剂的作用机理是螯合剂使铜离子从PPO中螯合出来，使PPO失活，常见的有PA（植酸）
不同草本观赏植物在组织培养过程中适合的抗褐化剂种类和防止褐化的效果存在很大差异，抗褐化剂的使用还会不同程度地影响外植体分化与生长，如廖焕琴研究发现朱顶红鳞茎培养基中添加AC表现出良好的抗褐化作用，且不影响增殖。
1.1.4 其他影响因素
适当减少培养时间和增加转瓶时间会明显降低褐变程度，如陈菲等通过对蝴蝶兰15天，25天，30天继代转瓶培养的研究发现，随着转瓶周期的延长，外植体材料由正常生长到生长缓慢，色泽从绿色变成暗灰色，培养基也逐渐浑浊。培养温度过高或光照过强会增强PPO活性，从而加速褐变产生。因此，适当的低温处理或进行一段时间的暗培养有助于抑制外植体材料的褐化现象。
1.2 防治褐化措施
１）选择半木质化或刚木质化的植物材料做外植体，如一年生植物茎段，茎尖等。
２）在植物休眠期或生长缓慢的季节进行取材，如早春或者冬季。
３）提前对外植体材料或者母苗进行低温处理、暗处理或热激处理。
４）选择适宜的培养基。
５）在不影响外植体材料正常生长的前提下，添加适宜种类和浓度的防褐剂。
６）低温处理或进行一段时间暗培养。
７）适当增加外植体转移的周期。
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