活性炭在促進(jìn)組培苗植物生根中的作用

孫占育，孫志強(qiáng)，曹 斌

（渭南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000）

促進(jìn)組培苗植物生根是植物組織快繁技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在植物組織培養(yǎng)生根培養(yǎng)基中，加入一定濃度的活性炭有利于誘導(dǎo)生根，如果活性炭濃度過(guò)高則抑制生根。有關(guān)活性炭在植物組織培養(yǎng)生根中的作用機(jī)理，前人已作了大量的工作。

1 活性炭的特性

活性炭是用以碳為主的物質(zhì)作原料，如煤、木材、骨頭、石油殘?jiān)?，?jīng)高溫炭化和活化而成?；钚蕴吭谠线M(jìn)行炭化過(guò)程中，含碳有機(jī)物去除后，使基本晶格間生成孔隙，形成很多的各種形狀和大小的細(xì)孔。活性炭的孔徑從10～500 μm不等，具特定內(nèi)在吸附表面，面積范圍在600～2 000 m2/g·L 之間[1]。

一般把粒度大于0.175 mm的活性炭稱(chēng)作顆料活性炭，而將粒度小于0.175 mm的活性炭通稱(chēng)粉狀活性炭或粉狀炭。粉狀炭在使用時(shí)有吸附速度較快，吸附能力更強(qiáng)更充分等優(yōu)點(diǎn)[2]。粉末狀的活性炭與顆粒狀的活性炭相比吸附性更強(qiáng)。

活性炭的多孔結(jié)構(gòu)提供了大量的表面積，從而使其非常容易達(dá)到吸收雜質(zhì)的目的?；钚蕴康奈娇煞譃槲锢砦胶突瘜W(xué)吸附。物理吸附主要發(fā)生在活性炭去除液相和氣相中雜質(zhì)的過(guò)程中。活性炭不僅含碳，而且在其表面含有少量的化學(xué)結(jié)合功能團(tuán)形式的氧和氫，例如羧基、羥基、酚類(lèi)、內(nèi)脂類(lèi)、醌類(lèi)、醚類(lèi)等。這些表面上含有的氧化物或絡(luò)合物可以與被吸附的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而與被吸附物質(zhì)結(jié)合聚集到活性炭的表面?；钚蕴康奈秸巧鲜龆N吸附能力綜合作用的結(jié)果。

2 活性炭在組培苗植物生根中的作用

2.1 提供生根暗環(huán)境

活性炭可提供暗培養(yǎng)環(huán)境，提高生根率。究其原因是：能增加天冬氨酸、賴(lài)氨酸、脯氨酸等游離氨基酸的含量，促進(jìn)細(xì)胞的脫分化；此外，可以抑制生長(zhǎng)素的光氧化作用，提高生長(zhǎng)素的含量和活性[3]。

組培苗根系有避光生長(zhǎng)的特性，使用活性碳后創(chuàng)造了利于根系生長(zhǎng)的黑暗條件，故能促進(jìn)根系生長(zhǎng)[4]?；钚蕴靠商峁┌淡h(huán)境，降低光照為培養(yǎng)基中光敏性生長(zhǎng)素的積累提供合適的環(huán)境[5]。原因是由于根頂端能產(chǎn)生IAA，有利于根的生長(zhǎng)，但I(xiàn)AA易受光氧化而被破壞，因此活性炭的作用正是通過(guò)減弱光照保護(hù)了IAA，從而間接的促進(jìn)了根的生長(zhǎng)。

2.2 防止褐變，有利生根

褐變現(xiàn)象主要由PPO作用于天然底物酚類(lèi)物質(zhì)而引起的。PPO是植物體中普遍存在的一種末端氧化酶，它可以催化酚類(lèi)物質(zhì)形成醌類(lèi)物質(zhì)，醌類(lèi)物質(zhì)再經(jīng)非酶促聚合，形成紅棕色物質(zhì)，逐漸擴(kuò)散到培養(yǎng)基中，對(duì)外植體產(chǎn)生毒害。許多科學(xué)工作者對(duì)不同植物組織培養(yǎng)中的褐變現(xiàn)象進(jìn)行研究時(shí)，都發(fā)現(xiàn)外植體的褐變與酚類(lèi)物質(zhì)及PPO的活性有密切的相關(guān)[6]。

活性炭是一種較強(qiáng)的吸附劑，它可以吸附培養(yǎng)物分泌到培養(yǎng)基中的酚、醌等有害物質(zhì)，從而有效地減輕褐變。余曉麗等在野生黃薔薇離體生根培養(yǎng)基中加入0.2%活性炭，有效地解除了褐化現(xiàn)象，生根效果較好[7]。吳廣宇等[8]在大葉黃楊試管苗生根培養(yǎng)基中加入0.5%AC，生根率達(dá)95%。若不加AC，產(chǎn)生的根易發(fā)褐色。李琳等[9]發(fā)現(xiàn)在庫(kù)拉索蘆薈（Aloe vera）的生根培養(yǎng)基中加入0.2%和0.4%的活性炭容易生根，不加活性炭的培養(yǎng)基，外植體基部易褐化，基本不生根?；钚蕴孔鳛橐环N吸附劑在組織培養(yǎng)中經(jīng)常使用，其主要作用是吸附培養(yǎng)過(guò)程中植物細(xì)胞分泌的及培養(yǎng)基中有害物質(zhì)，有利于生根[10]。

2.3 提高培養(yǎng)體內(nèi)可溶性蛋白和總糖的含量

培養(yǎng)基中加入活性炭可明顯提高培養(yǎng)體內(nèi)可溶性蛋白和總糖的含量，分別為無(wú)活性炭對(duì)照的1.9倍和2.4倍[11]。AC可以促進(jìn)培養(yǎng)體內(nèi)蛋白質(zhì)和糖類(lèi)的生物合成，其機(jī)理可能是由于AC促進(jìn)根的形成與生長(zhǎng)，形成了較強(qiáng)的吸收水分和無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力，為蛋白質(zhì)和糖類(lèi)的生物合成提供豐富的原料。

2.4 吸附植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑與其他有利生根的物質(zhì)

活性炭能較強(qiáng)吸附植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等有利物質(zhì)[12]。在液體或固體培養(yǎng)基中，活性炭對(duì)高質(zhì)量濃度的IAA、NAA以及BA、KT等也產(chǎn)生吸附作用[13]，不利于生根。王港等[14]發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)范圍內(nèi)IAA、KT和2，4-D 3種激素的被吸附量均與活性炭用量呈線性相關(guān)。Takayawa和Misawa[15]報(bào)道認(rèn)為，高質(zhì)量濃度BA對(duì)根誘導(dǎo)與生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，活性炭的加入可以完全逆轉(zhuǎn)這種抑制作用。而活性炭也吸附其它有利于生根的物質(zhì)如硫胺素、煙酸[16]、吡哆素、葉酸[17]、螯合性離子[18]等，對(duì)生根產(chǎn)生不利影響。

3 討論與結(jié)論

活性炭對(duì)植物組織培養(yǎng)的生根主要表現(xiàn)在以下方面：可提供生根的暗環(huán)境，可防止褐變有利生根，有利于提高培養(yǎng)體內(nèi)可溶性蛋白和總糖的含量，能吸附植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑與其他有機(jī)物等有利生根的物質(zhì)?？梢?jiàn)，活性炭在植物組織培養(yǎng)的生根中，有正面影響，也有不利的一面。使用活性炭的時(shí)候，必須考慮其兩面性，選擇合適的AC濃度。調(diào)整好活性炭與生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的用量，以使其能發(fā)揮最好的作用[19]。一般認(rèn)為[20]，活性炭的使用濃度在0.02%～1.0%，尤以0.1%～0.5%最常用。

韓文璞等[4]在甜櫻桃組織培養(yǎng)中，在生根培養(yǎng)基中加入1 000 mg/L的活性炭，生根率達(dá)100%，根系發(fā)達(dá)、潔白，移栽成活率高。余曉麗等在野生黃薔薇離體生根培養(yǎng)基中加入0.2%活性炭，生根效果較好[7]。在櫻花生根培養(yǎng)基中加入0.1%～0.2%的AC后，根系較長(zhǎng)、白色、有韌性，試管苗移栽后新根發(fā)生快，質(zhì)量好，成活率高[21]。在黃金梨的組織培養(yǎng)生根培養(yǎng)基中加入0.5g/L活性炭生根效果好，生根率達(dá)80%以上[22]?；钚蕴繉?duì)紅葉石楠的生根也有促進(jìn)作用，但低濃度（0.3%）的效果好于高濃度（0.5%）的活性炭?？赡苁荌BA被高濃度（0.5%）的活性炭吸附，降低了生長(zhǎng)素的作用效果[23]。

活性炭大大地縮短了生根時(shí)間，增加了根數(shù)和根長(zhǎng)，促進(jìn)組培苗上部葉片濃綠，生長(zhǎng)旺盛，添加0.2%～0.3%的活性炭誘導(dǎo)生根效果最好[24]。任桂芳等[25]在現(xiàn)代月季（Rosa hybrida）葉片植株再生體系中，在生根培養(yǎng)基中加入0.1%活性炭可形成完整的根系?？梢?jiàn)，在植物組織培養(yǎng)生根中，選擇合適的活性炭濃度有利于生根。活性炭對(duì)植物組織培養(yǎng)生根的影響還與其他的一些因素有關(guān)，如試管苗本身生理生化狀態(tài)，無(wú)機(jī)鹽的種類(lèi)多少、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)和外部環(huán)境條件等，都要綜合考慮，需進(jìn)一步的研究。

[1]Yam T Y，Ernst R，Arditti J，et al.Charcoal in orchid seed germination and tissue culture media：a review [J].Lindleyana，1990，（5）：256-265.

[2]于守超，趙蘭勇，王 芬，等.植物組織培養(yǎng)過(guò)程中外植體褐變機(jī)理研究進(jìn)展[J].山東林業(yè)科技，2004，（5）：61-63.

[3]Kuhne U，Gennerich S.Possibilities of improving in vitro rooting in pome and stone fruits[J].Gartenbauwissenschaft，1988，35（6）：180-182.

[4]韓文璞，袁明蓮.活性碳在甜櫻桃組織培養(yǎng)中的應(yīng)用[J].落葉果樹(shù)，2001，（3）：7-8.

[5]劉根林，梁珍海，朱 軍.活性炭在植物組織培養(yǎng)中的作用概述[J].江蘇林業(yè)科技，2001，（10）：46-48.

[6]陳 凱.植物組織培養(yǎng)中褐變的產(chǎn)生機(jī)理及抑制措施[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，32（5）：1034-1036.

[7]余曉麗，王世茹，褚學(xué)英.野生黃薔薇離體培養(yǎng)再生體系的建立[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，（3）：117-118.

[8]吳廣宇，楊玲玲.大葉黃楊帶腋芽莖段組織培養(yǎng)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，33（5）：815，817.

[9]李 琳，鐘昌松，周 香，等.活性炭在庫(kù)拉索蘆薈（Aloe vera）的組織培養(yǎng)中的應(yīng)用[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2005，18（1）：105-107.

[10]王清連.植物組織培養(yǎng)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000.16.

[11]賴(lài)家業(yè)，楊振德.活性炭在土檸檬組織培養(yǎng)中的作用[J].廣西熱作科技，1999，4（73）：10-11.

[12]孫靜秋，夏鈴風(fēng)，周傳余.大巖桐試管結(jié)球的初步研究[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2003，19（4）：64-66.

[13]Rao P，Pattabiraman T N.Further studies on the mechanism of phenol-sulfuric acid reaction with furaldehyde derivatives[J].Anal Biochem，1990，（189）：178-181.

[14]王 港，楊秀平，李周岐.活性炭對(duì)組織培養(yǎng)中幾種植物激素的吸附作用[J].林業(yè)科技開(kāi)發(fā)，2006，20（6）：26-27.

[15]Takayma S，Misawa M.Differentiation in lilium bulbscales in vitro.Effect of activated charcoal，physiological age of bulbs and sucrose concentration on differentiation and scale leaf formation in vitro[J].PhysiolPlant，1980，（48）：121-125.

[16]Weather head M A，Burdon J，Hens haw G G.Some effects of activated charcoal as an additive to plant tissue culture media[J].Z pflanzen-physiol，1978，（89）：141-147.

[17]Johansson L，Calle berg，E Gedin A.Correlation between activated char-coal，F(xiàn)e-EDTA and other organic media ingredients in cultures of anthers of Anemone canadenis[J].PhysiolPlant，1990，（80）：243-249.

[18]Herberle-Bors E.Interaction of activated charcoal and iron chelates in anther culture of Nicottana and Atropa belladonna[J].Z Pflanzen-physio，1980，（99）：339-347.

[19]李桂榮，孫 麗，孫俊逢.油桃組織培養(yǎng)過(guò)程中防止褐變的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，33（5）：827-828.

[20]劉用生，曾兆運(yùn)，王秀芹，等.活性炭吸附作用的生物鑒定[J].植物生理學(xué)報(bào)，1995，21（2）：123-126.

[21]劉青林，馬 祎，鄭玉梅.花卉組織培養(yǎng)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2003.

[22]王獻(xiàn)革，及 華，王利民，等.黃金梨的組織培養(yǎng)和快速繁殖[J].植物生理學(xué)通訊，2003，（12）：16-21.

[23]王 會(huì).紅葉石楠組培苗生根培養(yǎng)的研究 [J].北方園藝，2007（10）：178-180.

[24]張素勤，鄒志榮，耿廣東，等.幾種因素對(duì)非洲菊試管苗生根的影響[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，8（29）：76-78.

[25]任桂芳，王建紅，馮 慧，等.現(xiàn)代月季（Rosa hybrida）葉片植株再生體系的建立[J].園藝學(xué)報(bào)，2004，31（4）：533-536.