植物組織培養淺論
壹●前言
現在，生命科學這個領域愈來愈被重視，許多與謎一般的真相正等著我們去發 掘，科技的進步與技術的創新，使得生命科學的領域發展愈來愈迅速，雖然每個 研究與發現都是很困難與艱辛的，但是成果的分享與喜悅是屬於全世界的。而植 物組織培養只是生命科學這個領域的其中一門學問，或許外表看起來不是那麼令 人驚艷，但是這項科學卻改變了人們許多事物，一言難盡啊﹗
而今天我們要探討的是植物組織培養的基礎——培養基。市面上出現了很多的試 管植物，有沒有想過怎麼做出來的呢? 而且生活週遭有很多的植物或是你吃的蔬 菜、水果都有可能是用組織培養所挑選出的優良品種，或許只是基因上的小小不 同，卻讓這個世界增添不少色彩，現在讓我們一起來了解其中的奧秘吧﹗
貳●正文
一般進行植物組織培養需要在無菌操作台上進行。所有的器具，例如鑷子與培養 瓶，都需要在無菌箱裡經過殺菌消毒，避免欲培養的組織受到細菌和真菌的感 染，微生物的感染是培養失敗常見的原因。除器材之外，如果所要培養的植物組 織是來自一般室外種植的植株，那麼這些植物組織也需要以消毒水消毒。操作中 所使用的水，也是經過滅菌的無菌水。簡單一句話來形容，沒有細菌就有成功，
雖然這不完全是影響成敗的因素，但卻佔了絕大部分的關鍵。
一、培養基的組成
提供植物生長所需的培養基，通常含有醣類、維生素、植物激素、大量元素與微 量元素、洋菜(Agar)等這些物質，而再來我們將一一介紹這些構成培養基的基礎。
1. 醣類
醣類是植物培養物不可缺少的碳源和能源。其中蔗糖是最好的碳源和能源，其次 是葡萄糖和果糖，在培養基中加入一定濃度的蔗糖，既可作碳源，又可維持一定 的滲透壓(一般在 1.5 大氣壓範圍內)。因植物種類和培養物的不同，最適蔗糖濃 為 1.5-2.0%。癒傷組織與不定芽分化用量為 3%，花藥培養為 3-12%等。
2. 維生素
植物培養物自身具有合成維生素的能力，但還不能滿足快速生長的需要。培養基 中添加維生素能使培養物健康快速地生長。維生素在植物培養物的生長中起看重 要作用。它們以 co-facter 的形式參與細胞的蛋白質、脂肪、糖代謝等重要生命 活動。添加到培養基中的維生素濃度約在 0.1mg 至 10mg 之間。培養基中添加的 維生素有毗喀醒、胭酸、硫胺素、生物素及泛酸鈣等，均屬 B 族維生素。《註 一》
3. 植物激素
植物激素對於培養中的培植體的不定芽、不定胚、不定根、花芽等的分化，有著 重要而明顯的作用。
低濃度的生長素 2,4-D 有利於胚狀體分化，但妨礙胚狀體進一步發育。萘乙酸有 利於單子葉植物的分化，IAA 誘導生根效果最佳。因此培養過程中，培養基應 根據不同植物的種、品種，不同的培植體，以及不同的培養目標，採用不同種類 的植物激素和不同配比，以便達到預期的目的。《註二》
生 長 素 最 常 用 的 有 2,4-D 、 NAA 、 IBA 、 IAA 。 而 依 作 用 強 弱 的 次 序 為 2,4-D>NAA>lBA>IAA。
細胞分裂素常用的有 KT、BA、(z)玉米素、2ip，它們的作用強弱依次序為玉米 素>2ip>BA>KT。細胞分裂素具有促進細胞的分裂和分化、延遲組織的衰老、增 強蛋白質的合成、對抗頂芽優勢促進側芽生長等效果，且細胞分裂素還能顯著地 改變其他激素的作用。《註三》
GA 通常不利於芽的分化，但能促進已分化的芽的伸長生長。ABA、CEDP，在 試管繁殖中較少使用。
4. 大量元素與微量元素
大量元素和微量元素通常以化合物的形式溶入培養基。
a. 大量元素
大量元素除碳、氫、氧元素外，尚有氮、磷、鉀、鎂、鈣、硫。它們是植物細胞 中構成核酸、蛋白質、酵素、葉綠體以及生物膜所必不可缺少的元素。在培養基 中常以 NO3 或 Ca(NO3)2 的形式來滿足培養物對氮素的需要，也有以硝態氮為
主，補加(NH4)2SO4，滿足喜酸性植物的需要。例如，適用於蘭花莖尖與種子 萌 發 的 培 養 基 Vacin 和 Went(1949) 和 KnudsonC(1946) 培 養 基 中 就 有 (NH4)2SO4。而基礎 MS 培養基主要以 NH4NO3的形式，在培養基中既引入硝 態氮，又引入氨態氮。培養基中一定濃度的氮素不僅對於生長是必需的，也是胚 胎發生所需的必需的因素。此外，氨基酸也曾作單一氮源加到培養基中，但效果 不及 NO3 或 NH4 經過一系列的反應，轉化成氨基酸，進而合成蛋白，成為植 物細胞主要組成成分之一。磷也是植物必需元素之一，參與植物生命過程中的核 酸合成、蛋白質合成、光合作用、呼吸作用以及能量的儲存、轉化與釋放等重要 生理生化過程，因此，在組織培養中，培養物需要大量的磷。鉀、鈣、硫、鎂等 影響看培養物中的酵素活性的方向，決定著新陳代謝過程。其中近年來的培養基 中，鉀的用量有提高的趨勢。
b. 微量元素
雖然植物對這些元素需量極微，而且多了有毒，但缺乏了又會產生代謝障礙。
培養基中僅需添加低於 10-5~10-7M 即能滿足需要，稍多即發生植物細胞酵素失 活、代謝障礙、蛋白質變性等會導致組織死亡之毒害。鐵是植物細胞色素 C 電 子傳遞系統中必不可缺小的成分，同時也是某些酵素的活性中心。因此缺鐵引起 的代謝障礙是很易理解的。以往，培養基中加入 FeSO4。，常因 pH 值升高，而 形成 Fe(OH)3沉澱物，導致雖然培養基中有鐵，但因呈不能吸收之狀態而引起缺 鐵。近年來，鐵已與螯合劑(EDTA)結合的形式加入，克服了這一現象，使得 pH 即使為 7 時，也不缺鐵。
其他微量元素如銅、鋁、鋅、錳、鈷等對植物生命活動都有重要作用。銅有促進 離體根生長作用，缺銅會減少細胞色素 a 的水平，使粒線體對 KCN 敏感。鉬是 合成活躍的硝酸還原酵素所必不可缺少的元素，是固氮酵素的組成部分，它還有 防止葉綠素受破壞的作用。錳與植物呼吸作用、光合作用有關。硼與糖的運輸、
蛋白質的合成有關。總之，微量元素在生命活動過程中，以酵素的輔基形式有著 重要的作用。《註四》
5. 洋菜膠(Agar)
洋菜為固態培養基的主要成分，是從海藻中提取出來的一種凝腹性物質，植物細 胞不能利用它，並由於它具有無毒害、可塑性高、遇熱易液化冷卻後固形化並可 使各種可溶性物質均勻地擴散分布的特性。至今仍是一較理想的固體支撐物。其 他支撐物，如玻璃纖維、耐高溫泡沫塑料、濾紙橋或濾紙杯等均不能完全替代它。
《註五》
而洋菜的一般用量約為 0.6 一 1.0% ，洋菜以白色、潔淨、用量少即能固化為佳。
若培養基的 pH 值需偏酸，則用量將酌量增加。當加熱時間過長，溫度過高均會 影響固化。質量差的洋菜(色黃、多雜質)在使用前最好用蒸餾水洗滌，以減少其 中無機鹽和可溶性有機物的含量。
二、培養基的型態
某些培養基中也會加入活性炭以清除植物代謝的毒素。當然不同的培養需求會有 不同的配方和比例，而一般會使用洋菜膠來固定組成之內含物。
而培養基又分為三類，通常是以洋菜膠或是明膠之添加量來區別。
1. 固體培養
在培養液裡加入洋菜膠，殺菌冷卻之後就會凝固成固態，然後將欲培養之植物組 織放置在固體培養基上，通常是培養在玻璃瓶或塑膠瓶內。(圖一)
2. 平板培養
將欲培養之植物組織埋在固體培養基中，並且培養在培養皿中。(圖二) 圖一︰固體培養
基
3. 液態培養
為不加入洋菜膠的培養基，然後使植物細胞沉浸或是漂浮在液體培養基中，可細 分成靜止培養、懸浮培養(圖三)和漂浮培養。
三、培養基的功能
培養基的功能大致上可分為引發欲傷組織、誘導發根、誘導成芽三種。
1. 引發癒合組織
正確來說，只有癒傷組織能進行組織培養，所以植物組織培養的第一步便是引發 癒傷組織，癒傷組織分割後可以得到更多的癒傷組織，這便是植物組織培養的基 本。引發癒傷組織之後便是將癒傷組織誘導成根或芽。
2. 誘導發根
當在培養基中所添加的生長素與細胞分裂素比例之比值大於一時，有利於根的形 成。
3. 誘導成芽
圖三︰懸浮細胞培養
當在培養基中所添加的生長素與細胞分裂素比例之比值小於一時，有利於芽的形 成。
四、商業上培養順序
在植物組織培養成功並挑選出優良品種後，商業上便會大量培養，以取得市場上 的銷售利益，再投資研究使其能夠取得更加適合之品種，再做大量生產等如此循 環不息，而一般商業化應用如圖四。
五、商業上的用途與方向
其實生活中友許多的植物都是靠組織培養保存下來或大量繁殖的像是蘭科植 物、芭蕉科植物、各種品種之水果的組培苗、各式花卉之組培苗皆是甚至還有藥 用植物如：黃耆、金線……等不易以傳統方式繁殖的植物。
參●結論
雖然不同植物種類皆有不同的適合培養部位和培養基配方，但仍有一些技巧可遵 循。由於組織培養技術只是生物技術的一項工具，不算是高深的學問，只要作物 做得廣、做得多，從失敗中記取教訓，自然可學到其中的竅門。無論從事組織培
圖四：植物組織培養商業化應用圖
養研究或生產者，應時常留意培植體的生長情形，有耐心地等待生長，多加觀察 與記錄就會有意想不到的發現與結果。
肆●引註資料
《註一》植物組織培養。http://life.nthu.edu.tw/~g874222/psc4.htm。（檢索日期：
2008/08/11）
《註二》植物組織培養。http://life.nthu.edu.tw/~g874222/psc4.htm。（檢索日期：
2008/08/11）
《註三》植物組織培養。http://life.nthu.edu.tw/~g874222/psc4.htm。（檢索日期：
2008/08/11）
《註四》植物組織培養。http://life.nthu.edu.tw/~g874222/psc4.htm。（檢索日期：
2008/08/11）
《註五》植物組織培養。http://life.nthu.edu.tw/~g874222/psc4.htm。（檢索日期：
2008/08/11）
