無菌栽培法與生物緩衝劑

hepes mes mops pipes biological buffers 無土栽培法 農業科技 Good's buffers

 

何謂無菌栽培?

無菌栽培法，為一種將植物組織封閉在無菌環境中用營養液培養的種植方式。此法經常使用植物的癒合組織或切莖來複製植物基因，使其順利的長成一株新的植物，由此亦可稱之為離體無性繁殖法。此法之栽培特點為可選擇基因較優秀的植物組織來做培養，且由於植物的根部直接接觸養分，故生長速度較土壤栽培快！植物學上亦有使用無菌栽培法復育即將滅絕之植物的案例[3]。

無菌栽培法的操作方式

Step 1. 植物組織培養

使用植物之根、莖、葉等，可再生、可自癒之癒合組織，將其接種於植物培養基上，利用細胞培養使其長出新芽[4]。 依據培養基的型態又可區分為固態的瓊脂凝膠培養基與液態的懸浮培養基。

Step 2. 生根培養

發出新芽後，可將其移植至生根培養基中，促使植物根系發育更加健康與完整。亦可取植物切莖部分，插入生根培養基中，使其生根。

Step3. 馴化栽培[5]

將長出完整根系且健康的植物從無菌培養容器中移至外界並植入如岩棉、砂礫等介質中，讓其適應大氣環境後繼續生長。

延伸閱讀: 無土栽培系統與注意事項

經過研究證明，植物培養基的選擇對發芽率有巨大的影響。在培植過程中，植物的組織、根系之生長及代謝亦可能使培養基的pH值產生變化。而培養基的pH值對於植物的生長來說至關重要，一點酸鹼值的改變都有可能導致植物生長速度減緩，甚至死亡。我們可藉由使用生物緩衝劑來調節並維持培養液pH值，以下為您統整常見的生物緩衝劑：:

MES

基本資訊:

  • CAS No.: 4432-31-9
  • 緩衝範圍: 5.5 – 6.7

MES在植物生技的應用:

  • 在擬南芥根培養中使用MES緩衝液的研究中，觀測MES緩衝液對根系生長的影響之研究結果證明，使用0.01%和0.1％的MES緩衝液可顯著增強根部生長，而使用0.1％的MES可以增強根部長度。若使用1％的MES緩衝液則明顯抑制了根尖分生組織的生長。[1]
  • 研究證明1-2 mM的MES緩衝液具有出色的緩衝能力。MES緩衝液在大豆的水培系統中既沒有抑制結瘤現象，也沒有降低固氮作用。[1]
  • 研究證明5 mM的MES對大多數營養素的生長或攝取沒有影響。在大豆的未結瘤幼苗中甚至提高了鉀(K)的吸收。[1]
  • 研究證明，在水培系統條件下2 mM 的MES降低了玉米的枝條和根系乾物質產量，並增加了枝條中氮(N)，鈣(Ca)，鎂(Mg)，錳(Mn)和鋅(Zn)的積累。[1]
  • 透過在pH 6.4的NLN-13液體培養基中結合10 mg l -1阿拉伯樹膠和3 mM的 MES緩衝液 ，可以顯著改善胚胎發育。[2]
  • 在濃度增加對乾物質產量和氮吸收的影響研究中，MES緩衝液提供給共生生長的植物或提供豐富的氨氮。[9]
  • 在pH值對蘋果不定根生長研究中，添加10mM MES緩衝液，pH設置為5.0-6.5時是穩定的。[10]
  • MES緩衝液和脯氨酸強化的培養基對水稻懸浮培養生長過程中的細胞增殖具有重要影響[11]
  • 據觀察，培養基用PVP (每500毫克/公升)、酪蛋白水解物和MES緩衝液顯示出高含量的癒傷組織。[11]
  • 在紫花苜蓿物種的生長及結瘤研究中，在低MES緩衝液濃度（0.5 m M）下，通過每日滴定和在溶液中使用高硝酸鹽/銨比率（9：1）可以提高溶液的pH穩定性。[12]
  • 已用於工業大麻培植緩衝液，目前最新發表的種植方式為在培養基配方中，加入MES(5-mM)緩衝液的肥料溶液300 mL，可穩定培養基pH值，並提高生根成功率。[13]
了解更多關於 Hopax MES

HEPES

基本資訊:

  • CAS No.: 4432-31-9
  • 緩衝範圍: 6.8 – 8.2

HEPES在植物生技的應用:

  • 於靜態培養水培法生產菌根接種物中，用於控制pH值。[8]
了解更多關於 Hopax HEPES

PIPES

基本資訊:

  • CAS No.: 5625-37-6
  • 緩衝範圍: 6.1 – 7.5

PIPES在植物生技的應用:

  • 於靜態培養水培法生產菌根接種物中，用於控制pH值。[8]
了解更多關於 Hopax PIPES

MOPS

基本資訊:

  • CAS No.: 1132-61-2
  • 緩衝範圍: 6.5 – 7.9

MOPS在植物生技的應用:

  • 在研究植物生長與水培養系統優化之研究中，用於樟子松根系培養之固定液，研究證明固定液有助於軟化組織，使樟子松之根系更易於切割。[7]
  • 在研究植物生長與水培養系統優化之研究中，用於樟子松根系培養之清洗液及孵育液。[7]
  • 濃度增加對乾物質產量和氮吸收的影響MOPS提供給共生生長的植物或提供豐富的氨氮。[9]
了解更多關於 Hopax MOPS

在緩衝劑的應用上，以MES Buffer最為廣泛。而在選擇緩衝劑時也要注意，切勿選擇磷酸鹽緩衝液，因為植物會吸收磷酸鹽，緩衝液的容量會隨著時間的流逝而減少。也不要選擇含氯的緩衝液，高濃度的氯可能對植物有毒。[6]

延伸閱讀: MES Buffer應用於工業大麻

 

Reference:

[1] MES Buffer Affects Arabidopsis Root Apex Zonation and Root Growth by Suppressing Superoxide Generation in Root Apex https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2016.00079/full

[2] Yuan, Sx., Su, Yb., Liu, Ym. et al. Effects of pH, MES, arabinogalactan-proteins on microspore cultures in white cabbage. Plant Cell Tiss Organ Cult 110, 69–76 (2012). https://link.springer.com/article/10.1007/s11240-012-0131-z

[3] An effective nutrient medium for asymbiotic seed germination and large-scale in vitro regeneration of Dendrobium hookerianum, a threatened orchid of northeast India https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3260561/

[4] Morphogenic processes in callus tissue cultures and de novo regeneration of plants in Actinidia chinensis Planch https://pbsociety.org.pl/journals/index.php/asbp/article/view/833

[5] Purohit, S., Rawat, J.M., Pathak, V.K. et al. A hydroponic-based efficient hardening protocol for in vitro raised commercial kiwifruit (Actinidia deliciosa). In Vitro Cell.Dev.Biol.-Plant (2020). https://doi.org/10.1007/s11627-020-10127-3

[6] How to maintain Hoagland Nutrient Solution(normally the pH is 5.6) at pH 3.0, 7.0 and 11.0 https://www.researchgate.net/post/How_to_maintain_Hoagland_Nutrient_Solutionnormally_the_pH_is_56_at_pH_30_70_and_110

[7] Optimization of hydroponic growth system and Na+-fluorescence measurements for tree species Pongamia pinnata (L.) pierre https://doi.org/10.1016/j.mex.2020.100809

[8] Production of mycorrhizal inoculum by static culture hydroponics https://patents.google.com/patent/WO1991001082A1/en

[9] Nutrient Solution pH Control using Dipolar Buffers in Studies of Trifolium repens L. Nitrogen Nutrition https://www.researchgate.net/publication/240590018_Nutrient_Solution_pH_Control_using_Dipolar_Buffers_in_Studies_of_Trifolium_repens_L_Nitrogen_Nutrition

[10] Effect of medium-pH and MES on adventitious root formation from stem disks of apple December 2008Plant Cell Tissue and Organ Culture 95(3):285-292 DOI: 10.1007/s11240-008-9442-5

[11] Plant regeneration from cell suspension culture in Saccharum officinarum L. and ascertaining of genetic fidelity through RAPD and ISSR markers. https://link.springer.com/article/10.1007/s13205-016-0579-3

[12] Ewing, M.A., Robson, A.D. The use of MES buffer in early nodulation studies with annual Medicago species. Plant Soil 131, 199–206 (1991). https://doi.org/10.1007/BF00009449

[13] Cannabis sativa L. photoautotrophic micropropagation: a powerful tool for industrial scale in vitro propagation https://www.x-mol.com/paper/jourmal

發佈日期：2021.04.12

您可能也有興趣的文章