人工合成除草剂2，4-D在植物组织培养中的应用进展

刘振林，潘玉霞，杨盼盼，杨俊明

(1河北科技师范学院园艺科技学院，河北秦皇岛，066600;2沈阳农业大学林学院)

在植物组织培养中，植物生长物质对培养材料的形态发生起到明显的调节作用。在过去的几十年中，人们合成了许多能影响植物生长和形态发生的化合物，其中包括氯化苯氧乙酸类除草剂2，4-D(2，4-Dicholrophenoxyacetic acid)。近年来，它作为一种高效的植物生长调节剂在植物组织培养快速繁殖体系中得到了广泛的应用。

1 2，4-D的物理性质与化学结构

2，4-D是一种几乎不溶于水，易溶于酒精的白色晶体，可以用少许1 mol/L NaOH溶液助溶，能不同程度地溶于醇、苯、醚、酮等大多数有机溶剂。在其分子结构中具有环状结构，具有带羧基的侧链，在环与羧基之间有一定的立体结构(图1)［1］。

图1 人工合成除草剂2，4-D的结构简式

2 2，4-D在植物细胞离体培养中的应用

根据细胞全能性学说，植物体内所有活的植物细胞都具有全能性，能通过胚胎发生或器官发生途径发育成完整植株。其脱分化和再分化的过程主要通过培养基中添加的生长调节物质调节，其中以生长素和细胞分裂素的应用最为广泛。2，4-D在植物组织培养中通过独立或与其他生长调节物质共同对植物细胞起到诱导和调节作用。

2．1 2，4-D与植物愈伤组织诱导

在形态发生的早期阶段，称为愈伤组织的未分化细胞团开始发育。在植物愈伤组织诱导过程中，人们通常在培养基中添加生长素类物质以诱导植物愈伤组织的发生和细胞增殖，如NAA(萘乙酸)，IAA(吲哚乙酸)，2，4-D。其中2，4-D对植物愈伤组织增殖最有效。在大多数植物组织培养研究中，通常使用2，4-D诱导愈伤组织的浓度为10－5～10－7mol/L［2］，其形成愈伤组织的速度和数量都比其它生长素类物质明显快和多。

在一些试验中，2，4-D对植物愈伤组织的诱导是必不可少的。在大多数禾本科植物如小麦、大麦、水稻和黑麦的花药培养中，外源生长素，特别是2，4-D(1～3 mg/L)，是启动小孢子细胞分裂形成愈伤组织的必要条件。只有在添加一定浓度2，4-D的培养基上，大麦胚乳才能产生愈伤组织，而在添加其他种类生长素的培养基则不能［3］。小麦成熟胚再生体系的研究多采用2，4-D诱导愈伤组织［4～7］。桑树只有在添加2，4-D的培养基上才能诱导出愈伤组织［8］。

2，4-D可单独使用诱导愈伤组织，但与其他一些植物激素如KT，NAA，6-BA等结合使用更能有效地诱导愈伤组织［9～11］。一些籼稻品种在成熟胚上诱导愈伤组织时，激素只用2，4-D 诱导出的愈伤组织质量很差或不能有效诱导出愈伤组织［12，13］。丁路明等［14］在诱导早熟禾愈伤组织时发现，在2，4-D和6-BA配合使用时，愈伤组织的质量和诱导率要优于单独使用2，4-D的情况。2，4-D通过与其他激素结合，诱导花椒嫩叶(MS+2，4-D 0．5 mg/L+BA 0．5 mg/L)［15］、骏枣叶片(MS+6-BA 0．5 mg/L+2，4-D 1．5 mg/L)［16］、天师栗叶片(MS+2，4-D 0．5 ～1．5 mg/L+TDZ 0．05 ～1．0 mg/L)［17］、花烛茎尖(MS+6-BA 1．0 mg/L+2，4-D 0．1 mg/L)［18］、花叶木槿叶片(MS+6-BA 2 mg/L+NAA 0．2 mg/L+2，4-D 0．2 mg/L)［19］、微甘菊芽尖和嫩茎(MS+2，4-D 2．0 mg/L+KT 1．0 mg/L)［20］、水稻(NB+2，4-D 2．0 mg/L+6-BA 0．5 mg/L)［21］、草莓“嫜姬”叶片(MS+6-BA 3．0 mg/L+2，4-D 0．2 mg/L)［22］、非洲山毛豆嫩茎(MS+2，4-D 1．00 mg/L+6-BA 0．70 mg/L)［23］形成愈伤组织，均取得了比较好的结果。

由于2，4-D很容易引起愈伤组织的形成，因此当要通过腋芽生枝或不定芽发育进行茎芽繁殖时，应当避免使用。

2．2 2，4-D 与芽的形成

一般在培养基中添加较高浓度的细胞分裂素和较低浓度的生长素类物质能促进侧芽的萌发和不定芽的产生。2，4-D虽是一种高效促进愈伤组织增殖的生长素，但同时也是一种器官抑制剂，它有抑制芽形成的副作用。为了利于芽的分化，在分化培养基上，一般应去掉2，4-D，添加细胞分裂素［24］。

但也有例外。2，4-D是影响马尾松未成熟合子胚不定芽诱导的最显著因素［25］。2，4-D在与其它生长调节物质结合时，若配比得当，也可产生芽。乐东拟单性木兰茎段在WPM+BA 1．5 mg/L+KT 0．5 mg/L+NAA 0．2 mg/L+2，4-D 0．2 mg/L 的培养基上，能产生较多的不定芽［26］。MS+6-BA 0．5 mg/L+2，4-D 4 mg/L对促进大叶种茶树腋芽分化效果明显，培养20 d后，芽分化率达81%，单生芽长约1 cm，叶片展开［27］。

在唐菖蒲组织培养快繁的研究中，MS+1 mg/L 2，4-D+0．5 mg/L KT+0．5 mg/L BA可直接诱导产生芽，缩短培养周期［28］。

2．3 2，4-D与体细胞胚胎发生

体细胞胚胎发生是离体培养材料形态发生和植株再生的一条有效途径。一般认为2，4-D是诱导体细胞胚胎发生的最重要的激素，多数植物的体细胞胚胎发生的诱导都需要2，4-D。诱导胚状体发生时使用 2，4-D 的常用浓度为 100 ～2 000 μmol/L［29］。

地被菊叶片外植体在添加0．75 mg/L 2，4-D的诱导培养基上诱导15 d，再进行分生培养，能够诱导胚状体发生［30］。花生胚轴诱导的胚性愈伤组织转移至2，4-D 20 mg/L的MS培养基上形成体细胞胚［31］。

通过改变生长素和细胞分裂素的比例，能刺激体细胞形成胚组织。甜瓜在MS+BA 0．5 mg/L+2，4-D 1 mg/L的培养基上诱导体细胞胚的效率最高［32］。以仙客来的叶片为外植体进行体细胞胚诱导，在MS+BA 2 mg/L+KT 0．2 mg/L+2，4-D 0．5 mg/L 的培养基上诱导胚状体，其诱导率为100%［33］。毛叶海棠胚状体的诱导需生长素和细胞分裂素配合，对比细胞分裂素与2，4-D配合的培养结果，可发现毛叶海棠胚状体的诱导，细胞分裂素是必需，同时也依赖于生长素的作用，而且生长素的浓度较高［34］。

2，4-D的作用具有阶段性，在诱导体胚阶段通常起促进作用，而在胚状体分化发育阶段一般起抑制作用［35］。0．5 mg/L 2，4-D 是诱导胚性愈伤组织最适宜的生长素浓度［36］，降低或去掉2，4-D，胚性细胞才能按照体胚的发育途径正常发育。枸杞胚性愈伤组织形成后，如不及时降低或去掉2，4-D，则胚性细胞不能正常发育［37］。Saunders等［38］的研究表明，紫花苜蓿愈伤组织的诱导需要高浓度的2，4-D，而体细胞胚的形成则必须要降低2，4-D浓度或将其去除，否则胚性愈伤组织会在生长素的持续刺激下不断产生愈伤组织，始终不能形成成熟的体细胞胚或再生植株。在三叶草、芹菜的组织培养和细胞悬浮培养中诱导体细胞胚发生，如不及时降低2，4-D的浓度，那么球形胚就产生次生胚［39，40］。朱长甫等［41］的研究表明，在胡萝卜细胞培养中，以2，4-D诱导胚性细胞形成过程中能释放糖蛋白，且及时去除2，4-D是使胚性细胞进一步分化和发育的前提。

2，4-D对百合体细胞胚的诱导具有双重作用，它能启动胚状体发生中胚胎蛋白合成的早期反应，又能阻止胚状体发育成熟过程中必需蛋白质的进一步合成。因此，百合鳞片外植体在含2，4-D的培养基预培养约5 d后，转入无激素培养基培养，即可直接产生体细胞胚［42］。

在地被菊诱导体细胞胚发生的研究中，体胚诱导培养基为MS+KT 2．0 mg/L+2，4-D 2．0 mg/L+NAA 0．5 mg/L，诱导10 d 后，转入去除2，4-D 的体胚发育培养基MS+KT 2．0 mg/L+NAA 0．5 mg/L 中培养30 d，体胚发生率最高为93．0%，平均每外植体分化的体胚数为13．6个［43］。

龙牙百合试验结果表明:影响龙牙百合体细胞胚发生方式的因素是2，4-D。当2，4-D的质量浓度低于0．5 mg/L时，体细胞胚以直接方式发生。当2，4-D浓度适中时，体细胞胚以间接方式发生，诱导胚性愈伤组织的最适培养基为MS+0．5 mg/L 6-BA+2．0 mg/L 2，4-D，在分化形成体细胞胚时，需降低或去除 2，4-D［44］。

然而，并不是所有植物体细胞胚发生都需要2，4-D。2，4-D对边防金花茶体细胞胚的发生不是必需的，而且高浓度的2，4-D不利于胚状体的形成［45］。

2．4 2，4-D 与根的形成

2，4-D不能启动根的分化，一般不宜用来诱导生根。但也有特例，在蛇尾兰属植物的培养中，2，4-D能够诱导根的形成［46］。

3 2，4-D调节植物形态发生的机理

3．1 2，4-D诱导愈伤组织的机理

在培养基中，最重要的影响因素莫过于外源的植物激素组合，通常高浓度的生长素和低浓度的激动素有利于植物愈伤组织的诱导和增值。这其中2，4-D是诱导植物愈伤组织最有效的物质。据研究，cdc2/CDC2基因被证明是调节细胞分裂周期的基因，在其作用下，细胞分裂可从G1期转入S期、G2期和M期。该基因的产物为一个3 kb的丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶P34cdc2的磷酸化作用所调节。在分化细胞中P34cdc2水平降低，说明调节作用已经完成，而2，4-D具有通过调节P34cdc2蛋白合成而控制脱分化和细胞分裂重新启动的作用［47］。

3．2 2，4-D对诱导体细胞胚发生的机理

2，4-D是诱导多种植物离体细胞转变为胚性细胞的重要激素，其作用机制可能是:①通过激活一些基因表达特异蛋白以促进体细胞胚胎发育，也可以抑制这些基因表达以抑制体细胞胚胎发育;②2，4-D浓度与核DNA甲基化有关;③可能与培养细胞内部因子有关(通过改变细胞内源IAA而起作用)［48～50］。

4 需要进一步研究的问题

2，4-D作为一种高效的植物生长调节剂，具有生长素的作用。从众多试验可以看出，2，4-D在植物组织培养中的应用既有广泛性，又有局限性。

广泛性表现在:2，4-D较其它生长素类物质，诱导愈伤组织最为有效，因而广泛应用。2，4-D是胚培养最重要的激素，多数植物的体细胞胚发生都需要2，4-D。

局限性表现在:一般在培养基中添加较高浓度的细胞分裂素和较低浓度的生长素类物质能促进侧芽的萌发和不定芽的产生，而2，4-D在大多数试验中都表现出对芽形成的抑制作用。同样，2，4-D不能启动根的分化。此外，一些研究表明，2，4-D不受吲哚乙酸的氧化酶的降解作用，能在植物体内保留较长时间引起染色体变异，有一定的致癌作用及残留效应。

针对2，4-D在组织培养的应用中存在的局限性，应进一步加强其在调节植物形态发生机理方面的研究，以便使其在植物的组织培养中发挥更大的作用。

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