MS培养基配方研究

蔡祖国 李桂荣 姜立娜 陈学进 周俊国

（河南科技学院园艺园林学院，河南新乡 453003）

组织培养是植物生物技术的重要组成部分，一方面离体快繁、无病毒苗木生产、花药和花粉培养等应用于商业生产带来了较大的经济效益，另一方面组织培养也为植物细胞工程、基因工程、体细胞无性系变异筛选等技术操作搭建了平台。MS培养基是植物组织培养中应用最多的培养基种类之一，但此经典配方在相关教材及文献中经常出现不同版本，甚至被误引。究其原因：一是国内相关文献中培养基配方大多以化合物的质量浓度进行标注，化合物种类及结晶水不同导致配方表中质量浓度有差异；二是引用者无法获得或没有仔细阅读MS培养基配方原文，没有深入了解MS培养基的成分组成及浓度设置的基本内涵，在转载中误引。本文对MS培养基这一经典配方给予考证和解读，以期为深入学习该经典配方提供参考。

1 MS培养基配方考证

自1937年White建立第一个植物组织培养专用培养基以来，适用于不同研究目的和培养对象的培养基不断出现，目前已经有数十种组分各异的培养基配方。培养基命名一般采用“命名人+发表年份”或“培养基代号+发表年份”的形式，例如White（1943年）培养基、Nitsch（1969 年）培养基[1]、B5（1968 年）培养基[2]、N6（1975 年）培养基等。 1962 年，Murashige和Skoog在Physiologia Plantarum上发表了文章，于是就有了MS培养基[3]。其矿物质盐基本配方如表1所示，其有机成分及配方为30 g/L蔗糖、10 g/L琼脂、1 g/L乙二胺、2.00 mg/L甘氨酸、1～30 mg/L吲哚乙酸、0.04～10.00mg/L 激动素、100.00mg/L 肌醇、0.50mg/L烟酸、0.50mg/L盐酸吡哆醇、0.10mg/L盐酸硫胺素。

表1 矿物质盐配方

MS培养基源于对White培养基的改良，最初用于烟草愈伤组织培养。与低盐的White培养基相比，MS培养基中的矿质营养浓度显著提高，特别是N、K含量的提高，促进了烟草愈伤组织细胞快速生长。

2 MS培养基配方解读

2.1 MS培养基基本成分

MS培养基营养成分可分为矿质营养和有机营养两大类。其中矿质营养（表1）来源于14种化合物，种类丰富。矿质营养中浓度＞0.5mmol/L的元素为大量元素，浓度＜0.5mmol/L的元素为微量元素。MS 培养基中大量元素包括 N、P、K、Ca、Mg、S 等，微量元素包括 B、Mn、Zn、I、Mo、Cu 等。 MS 培养基中有机组分包括蔗糖、维生素、甘氨酸和肌醇等植物离体培养基础物质，而琼脂和植物生长调节剂等可根据培养方式和培养目的适当选用。从培养基基本成分可看出，MS培养基是一种营养全面、丰富的培养基。

2.2 MS培养基营养成分的浓度

从前人研究可以看出，MS培养基中营养成分的浓度可用质量浓度或物质的量浓度表示，而使用物质的量浓度的好处是配制培养基时无须考虑无机盐试剂中结晶水数量。一般情况下，在植物组织培养中使用mmol/L表示大量元素和有机物质的浓度，而使用μmol/L表示微量元素、激素、维生素以及其他有机组分的浓度。在MS培养基矿质营养中，N来源于NH4NO3和 KNO3，浓度为 60mmol/L；K 来源于 KNO3、KH2PO4和 KI，浓度约为 20 mmol/L；Ca、Mg、S、P 浓度范围为1～3mmol/L；微量元素需求量少，过多易产生毒害，浓度范围为0.1～100.0μmol/L。在MS培养基中，矿质营养累计质量浓度为4 633.33mg/L。因此，MS培养基是一种高盐培养基。MS培养基配方中无机化合物的质量浓度看似随机，其实与营养元素的供应及其物质的量浓度存在一定关系，且各种元素物质的量浓度多数为整数，体现了配方设计者独具匠心。MS培养基中的有机营养组分均以质量浓度标注，多数亦取整数，便于实际称量，浓度范围从以mg/L计量的维生素到以g/L计量的糖类不等。

2.3 MS培养基配方明细

为了更加清楚地呈现MS培养基的营养种类、营养成分提供形式及用量，在此充实了化合物名称、分子量及物质的量浓度等信息。MS培养基基本营养组分配方如表2、3、4所示。

表2 MS培养基中的大量元素配方

表3 MS培养基中的微量元素配方

在MS培养基配方中，营养元素分为大量元素、微量元素和有机成分三类。在配制MS培养基母液时，为了防止大量元素中的Ca2+和PO43-/SO42-混溶沉淀以及微量元素Fe2+被氧化成碱式硫酸铁而沉淀，一般将钙盐单独溶解，将铁盐配制成EDTA螯合铁。因此，实际应用中一般将MS培养基母液配制成大量元素（不含钙盐）、钙盐、微量元素（不含铁盐）、铁盐、有机营养5种，称之为五液式，分开保存。

表4 MS培养基中的有机成分配方

3 结论与讨论

MS培养基是组织培养中使用较多的培养基种类之一，至今已发展了许多改良版本。MS培养基是Murashige和Skoog在进行烟草组织培养时设计的，具有较高浓度的铵盐和硝酸盐，能为培养物快速生长提供充足营养，但对生长缓慢、无机盐浓度要求低的植物材料生长不利，甚至造成铵盐毒害。目前已有许多MS培养基改良配方，如为维持MS培养基的微量元素浓度，将MS培养基中大量元素浓度减半或减少到原来的3/4，出现1/2MS或3/4MS；或仅将大量元素中的硝酸铵和硝酸钾浓度减半，或不添加硝酸铵，或用硝酸钠替换硝酸铵，或用1.6倍浓度的硝酸钾和0.5倍浓度的硝酸铵；或用FeEDDHA代替FeNaEDTA，以便于植物体吸收。此外，有时还根据植物对维生素浓度的需求，将MS培养基的维生素用LS、B5或Nitsch培养基中的维生素替代，或仅添加部分种类的维生素，以致MS培养基各种新版本不断出现。近年来，随着培养基制作工艺便捷化的需要，市场上推出了MS干粉培养基，就是将MS培养基各种组分进行脱水处理，便于保存和销售，使用时按比例加水溶解即可。MS干粉培养基可以是全营养培养基，也可以是不添加蔗糖、琼脂或维生素的改良版。

培养基制作环节多，操作不当有可能引起培养基组分在数量或质量上发生改变，最终影响培养基配方忠实性。在培养基母液配制过程中，不同矿质元素高浓度下混存容易出现沉淀现象，同时低价态铁在光照和非密封状态下容易氧化变质。因此，常将大量元素母液浓度控制在10～20倍，将钙盐母液单独配制，将铁盐溶解在EDTA溶液中避光保存。在培养基高温灭菌、培养过程中，也容易引起MS培养基配方中有效营养成分的改变。汪良驹等[4]研究发现，高温灭菌降低了MS培养基的pH值，这可能与高温灭菌下糖类物质分解有关。陈永勤[5]研究认为，高温灭菌后的MS培养基pH值降低，这与铁盐和其他微量元素发生了相互作用有关。Papathanasiou等[6]发现，MS培养基光照下可溶性铁浓度会发生较大变化。这些研究为保证MS培养基配方忠实性提供了参考。

MS培养基是植物组织培养的经典配方，是初学者掌握培养基有关知识的典范，也是许多教科书收录的重要内容。在文献参考中，初学者虽然发现不同参考资料中MS培养基配方表存在一定差异，但也无法辨别版本真伪，终因早期原始文献难以查阅而不了了之。本文基于原始文献，还原了MS培养基真实配方，对MS培养基配方中营养元素类别、供给形式及浓度设计进行了解读，并对现存MS培养基的改良版及实践操作中配方忠实性进行了探讨，以期为初学者深入学习该经典配方提供参考。同时，随着信息获取途径的不断拓展，许多经典文献也常被转载成不同版本，广大初学者一定要查阅经典文献的原著、原文，才能挖掘到其中内涵，做到悟原理、获真知。