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植物组织培养的内生细菌污染问题

发布日期:2021/02/27 16:26:56
植物组织培养过程中的外界环境即使保持了无菌状态,但是植物的组织或细胞间普遍存在着细菌,我们叫它内生细菌,这些内生细菌在培养过程中会对植物的生长造成一定的威胁,形成了内生细菌污染问题。本文对内生菌的种类、症状、危害和防治方法治疗做一些简单的说明,并对部分抗生素的使用做一些基本的讨论。
内生细菌污染一直是植物组织培养不可避免的问题,内生细菌是指在植物生长的某一阶段或者在植物的整个生长过程中在组织或者器官间存在的细菌,暂时在植物外表看来无明显症状,但是它可能会影响组织培养过程的发展,甚至可能是失败的因素,而且内生细菌可以被分离或者通过PCR技术扩增DNA证明内生细菌的存在。
一、内生细菌的种类
查阅文献发现被鉴定的种类主要有:黄单胞菌属(Xanthomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、肠杆菌属(Enterobacter)、棒杆状菌属(Corynebacterium)、沙雷氏菌属(Serratia)、短小杆菌属(Curtobacterium)、欧文氏菌属(Erwinia)等。
二、内生细菌的症状及其危害
内生细菌的症状是在外植体培养后3~5d内未发生细菌污染,但以后会不断地出现明显或不明显的细菌菌落,这种情况就有可能是由内生细菌引起的污染。但有些症状比较明显,在2~3d就会在植物培养基或者植物组织周围形成颜色形状各异的菌群,均是由内生细菌污染引起。内生细菌的分布也很有意思,有一些在植物的组织中能达到50%左右的污染率,而有些在块茎,污染率能达到83%左右。
内生细菌引起的危害主要包括在早期导致培养失败,增殖效率的降低,培养物生长减缓,玻璃苗增加等。在后期导致试管苗移栽困难和死亡,有时污染也会引起培养物的遗传变异。植物病理学有研究显示,威胁最大的还是无症状内生细菌,他们在植物生长过程中毫无表现,但是当植物生长环境恶劣,植物整体免疫机能降低时内生细菌就会发作,威胁植物的生长,特别是在农作物等具有经济价值的组织培养时,造成难以估量的经济损失。
三、内生细菌的防治措施
總体来看,内生细菌的治疗手段的宗旨就是防大于治。在内生细菌的治疗上做到防治为君,治疗为臣的效果。以新生的嫩枝作为外植体,可以降低污染。首先,对植物的幼苗提前在处置或杀菌,例如,将田间采集植物枝丫用水彻底洗干净后插入无糖的培养液或自来水中等待发芽即可。还可以在无菌条件下对采自田间的枝条进行暗培养,待抽出徒长的黄化枝条时取材,也可以减少污染。主要是在细菌含量方面做减法,其次,使用温室或人工气候室内的植株接种材料,因为其表面内源细菌少而降低污染。如在采集外植体前用敌菌丹(captatol)或异菌脲(iprodione)杀菌剂处理田间的披散山龙眼母树,使污染从对照的90%减少至14%。在对植株进行预处理而减少内生细菌的污染的方法有很多,此前,还有很多研究人员使用抗生素对植株进行预培养,效果显著。但我认为如果是人民食用的经济作物,在使用抗生素的时候就要小心谨慎,毕竟这会不会被人体吸收,从而影响人类的身体健康还未可知。一些物理方法的使用还是值得提倡的,比如真空减压灭菌、磁力搅拌、超声波振动、多次消毒灭菌、使用混合消毒液和灼烧的方法,相比较而言对人民健康而言相对安全一些。很多的细菌在pH值≤4.5时会停止生长,在紫苑属、鸢尾属、蔷薇属植物组织培养中,将培养基的pH值由5.8调至3.9~4.3,可防止大量的细菌污染。以上这些方法只对植株的表面有作用,但是对植物的内部的细菌却无计可施,但是抗生素的使用却可以解决这一难题。
四、抗生素的使用
抗生素的抑菌杀菌作用在生物学上具有很大的价值,所以抗生素在植物组织培养中抑制内生细菌的生长也很有意义。生物新陈代谢产生抗生素可以阻断微生物的正常代谢途径而导致细菌等微生物的死亡,但是过高浓度的抗生素也会威胁植物本身的生长。制约植物组织培养技术发展的主要障碍是植物组织培养时的内生细菌污染,探索高效率的植物组织培养时的内生细菌污染的防治方法对于植物组织培养技术的发展有着不可忽视的意义。抗生素在植物组织培养中抑制污染的效果显著,抑制组培污染,提高组培苗的成活率,关键是探索如何选择合适的抗生素种类、使用浓度及处理方法。
抗生素的作用受到了很多因素的影响,比如说青霉素分子量数值低于多黏菌素分子量,所以青霉素更容易扩散;四环素和二甲氧基苯青霉素比林可霉素和头孢利定更喜欢待在酸性环境;其中四环素不能在光下太长时间,因为四环素更容易被光分解而失去活性。抗生素的利用并不能达到一招鲜,吃遍天的结果,有些抗生素的效果其实不稳定抑或一些抗生素的抑菌效果并不理想。尤其是有些抗生素还对植物的器官再生过程有一定的抑制作用。比如多黏菌素就会对苹果和花旗松造成影响。总而言之,面对不一样的植物品种,想找到更多更好地抗生素组合处理内生细菌污染是很麻烦的和费脑力的一件工作,工程量及其浩大。一般认为,没有一种抗生素对所有细菌都有效,即使有效,抗生素消除植物组织培养污染的方法也是暂时解决方案,如果为消除污染而长期使用抗生素,必然对组织培养苗的生长、分化、生根产生一定影响。
所以抗生素的使用还是有诸多限制的,有些抗生素互相抑制,有些抗生素还会抵制酸性环境或者碱性环境,甚至长时间使用抗生素某些内生细菌还会获得对某些抗生素的抗性,抗生素的使用还是非常复杂的一件事情,做这方面的实验要珍之慎之。特别是针对某些农作物来说,是要食用的植物作物更应谨慎,对内生细菌使用抗生素要谨小慎微,以免“超级细菌”的产生,这是关乎人类的健康的事情。
五、结束语
虽然这些方法可以有效减少内生细菌的污染,但是并不能彻底灭杀,所以最行之有效的方法,还是在无污染的外植体上切取需要的组织进行培养繁殖。内生细菌的污染是组织培养发展的障碍,我们要有效地避免这种事情的发生,就要多做摸索,勤于思考,没有路的地方走出一条路。

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