在离体培养条件下，不同种植物的组织器官对外界营养有不同的要求，同一种植物不同部分的组织器官对营养的要求也不相同，只有满足了它们各自的特殊要求，才能良好地生长。因此，在建立一项新的培养系统时，首先必须找到一种能满足该组织特殊需要的培养基。在过去的几十年中，为了满足培养各种组织和器官的需要，国内外学者已研制了若干种培养基配方。

早期研究的植物组织培养基，如White (1943)提出的根培养基和Gautheret (1939)提出的植物愈伤组织培养基，都是由先前用于整体植物栽培的营养液发展而来的。White培养基是Uspenski和Uspensaia (1925)的藻类培养基演化的结果，Gautheret的培养基则是建立在Knop (1865)营养液基础上的。而以后所有的各种培养基又都是建立在White培养基和Gautheret培养基基础上的。

虽然某些愈伤组织(如胡萝卜组织、黑莓组织和多数瘤状组织)能够在简单培养基(其中只含有各种无机盐和一种能被利用的糖)上生长，但对多数其他愈伤组织来说，培养基中必须补加若干性质不同和数量不等的维生素、氨基酸和生长调节物质。此外，在植物组织培养基中还常常加入复杂的营养物质混合物，如酵母浸出物、椰子汁(液体胚乳)等。培养基中化学成分已知的培养基称为“合成培养基”，而取自动植物体液，其中的化学成分并不清楚的培养基称为“天然培养基”。天然培养基尽管具有某种特殊的培养效果，但由于成分复杂、变化较多等原因，培养结果难于重复。因此，天然培养基在植物组织培养中的应用越来越少。然而，即使是合成培养基，我们所知道的也只是已经加入了什么化合物，而某些化合物(如蔗糖和维生素等)在高压灭菌过程中可能会发生分解，不同化学组分之间在培养基制备过程中也可能发生互作，这些都会导致培养基最终成分的变化。

培养基中无机成分和有机成分的浓度一般都是以质量浓度表示的(即 mg/L)。国际植物生理协会建议使用摩尔浓度(mol/L)摩尔质量数值上等于在一种物质的分子式中以克表示的各个原子质量的总合。1L含有1摩尔的某种物质的溶液可以称为该种物质的1mol/L溶液[lmol/L=1000mmol/L(或10³ mmol/L) =1000000umol/L(或10⁶ umol/L)]。按照国际植物生理协会的建议，应当用mmol/L表示植物组织培养基中大量元素和有机物质的浓度，而用umol/L表示微量元素、激素、维生素和其他有机组分的浓度。使用摩尔浓度的一个好处是，对于所有化合物来说，每摩尔浓度中的分子数都是恒定的，因而在按照一种已发表的配方配制培养基的时候，即可利用原来的摩尔浓度值，无需理会在该无机盐样品中的水分子数。

一、培养基成分

(一)无机营养成分

无机元素在植物生长发育中非常重要，镁(Mg)是叶绿素分子的一部分，钙(Ca)是细胞壁的组分之一，氮(N)是各种氨基酸、维生素、蛋白质和核酸的重要组成部分。此外，铁(Fe)、锌(Zn)和钼(Mo)等是某些酶的组成部分。除了碳(C),氢(H)和氧(O)外，已知还有12种元素对植物的生长是必需的，它们是氮、磷(P)、硫(S)、钙、钾(K)、镁、铁、锰(Mn)、铜(Cu)、锌、硼(B)和铝(Al)。其中前6种元素需要的数量较大，因此称为大量元素或主要元素；后6种元素需要的数量较小，因此称为微量元素或次要元素。按照国际植物生理协会的建议，植物所需要的浓度大于0.5mmol/L的元素为大量元素，小于0.5 mmol/ L的元素为微量元素。

对于植物组织培养来说，整株植物生长所需的15种元素都是必需的。当某些营养元素的供应不足时，愈伤组织的生长和发育会出现一些特殊的症状。例如，缺氮使某些组织表现出一种很注目的花色素苷的颜色，愈伤组织不能形成导管；缺钾或磷会使细胞过度生长，形成层组织减退；缺硫时，愈伤组织明显地褪绿；缺铁时，细胞分裂停止；缺硼时，细胞分裂停滞，细胞伸长；而缺锰或铜则会影响细胞伸长。

各种常用培养基之间在无机营养组成上的主要差别在于各种盐或离子数量上的不同。除个别植物种类对某种元素的敏感性不同外，各种植物组织所需要的无机营养种类是相当一致的。无机盐在水中溶解以后形成离子。培养基中的活性因子即是这些离子，而不是它们的化合物。一种类型的离子可由一种以上的盐提供。例如，在Murashige和Skoog (1962)培养基(简称MS培养基)中，NO₃既由NH₄NO₃提供，也由KNO₃提供；而K一既由KNO₃提供，也由KH₂PO₄提供。因此，比较两种培养基中各种类型离子的总浓度可以了解两种培养基的营养状况。

White培养基是最早的植物组织培养基之一，其中包含了所有必需的营养成分，被广泛用于根的离体培养。不过，很多研究者的经验表明，要想使愈伤组织能令人满意地生长，这个培养基中的无机成分在数量上是不足的。早期采用的克服这种缺陷的办法是在培养基中加入某些复杂的混合物，如酵母浸出物、水解酪蛋白、椰子汁和氨基酸等。为了改进合成培养基，后来的研究者通过增加各种无机盐的浓度，特别是钾和氮的浓度，成功地取代了那些复杂的混合物。和White培养基比较，在现在广泛应用的各种培养基(表1-1)中，多数都含有浓度较高的无机盐。Heller(1953)在其培养基中加入了铝和镍，但这两种元素的必要性并未得到证明，因此已被后来的研究者所省略。钠、氯化物和碘化物的必要性迄今也还没有得到证明。

表1-1常用植物组织培养的培养基配方(单位：mg/L)

①White(1983)；②Heller(1953)；③ Murashige和Skoog(1962)；④Eriksson(1965)；⑤Camborg等(1968)；⑥Nitsch (1969)；⑦朱至清等(1974)。

Heller(1953)曾经做过一项详细的研究，其中特别着重于对铁和氮的研究。在White(1943)原来的培养基中，铁是以Fe₂(SO₄)₃的形式加入的，但Street及其合作者在根培养中以FeCl₂代替了Fe₂(SO₄)₃，这是因为在Fe₂(SO₄)₃中含有Mn和某些其他金属离子杂质。然而，FeCI₂看来也并不是一个完全令人满意的铁盐。以这种形式存在的铁只有在pH5.2左右时才能被组织所利用。已知在根的培养中，接种后一周之内培养基的pH即会由原来的4.9～5.0上升到5.8～6.0，于是根开始表现缺铁症状。为了解决这个问题，现在多数培养基中铁是以一种螯合形式，即Fe-EDTA[乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetra-ace-tic)]提供的。以这种形式提供的铁直到pH7.6～8.0仍然可以被植物组织所利用。与根不同，植物愈伤组织培养物直到pH为6.0时仍可利用FeC1₂，这是因为愈伤组织能分泌自然的鳌合剂，而螯合剂可与铁离子相结合。Fe-EDTA可用FeSO₄·7H₂O和Nat-EDTA进行制备，或者从市场上直接购买NaFe-EDTA。

此外，培养基中无机氮的供应可以有两种形式，一种是硝酸盐；另一种是铵盐。当作为唯一的氮源使用时，硝酸盐的作用要比铵盐好得多，但在单独使用硝酸盐时，培养基的pH会向碱性方向漂移。如果在硝酸盐中加入少量铵盐，则会阻止这种漂移。因此，有许多培养基中都有硝酸盐和铵盐。

(二)有机营养成分

虽然大多数培养物都能合成所有必需的维生素，但合成能力有限，其数量显然不足。为了能使组织很好地生长，在培养基中常常必须补加几种维生素和氨基酸。其中硫胺素(维生素B_l)一般认为是一种必需的成分。在其他各种维生素中，已知吡哆醇(维生素B₆),烟酸(维生素B₃)、泛酸钙(维生素B₅)和肌醇也都能显著地改善培养的植物组织生长状况。在单细胞培养、花粉培养、小孢子培养和原生质体培养中，除上述维生素外，还必须添加A,C,D,E,H族维生素，以及更多种类的氨基酸。

为了促进某些愈伤组织和器官的生长，有时还使用很多种化学成分不明的复杂的营养混合物，如水解酪蛋白、椰子汁、玉米胚乳、麦芽浸出物、番茄汁和酵母浸出物等。但这些物质(特别是果实提取物)在样品间的差异将会影响实验结果的重复性，因为这类提取物所含的生长促进成分的质和量常因组织的年龄和供体植株的品种而变化。因此，应尽量避免使用这一类物质。有时外加某种氨基酸就可以有效地取代这些天然物质。例如，在玉米胚乳愈伤组织培养中，Straus (1960)只用L-天冬酰胺即取代了酵母浸出液和番茄汁的作用。同样，Risser和White(1964)证明，L-谷氨酰胺可以取代早先Reinert和White (1956)在一种云杉属植物Picea glau。培养中所用过的18种氨基酸的混合物。

(三)碳源

离体植物细胞难以合成足够的营养物质，它们只能依赖于外界碳源生存，是异养的。绿色组织也会在培养过程中逐渐失去它们的叶绿素，即使是在培养期间由于某些突然变化或被置于特殊条件之下而获得了色素的组织，也不是碳素自养的。如果在培养基中加入一种合适的碳源，即使是已经充分分化了的绿色幼茎也会生长得更好。由此看来，在培养基中加入一种可被利用的碳源是十分必要的。

最常用的碳源是蔗糖，使用浓度为2％～5％。葡萄糖和果糖也能使某些组织生长得很好。Ball(1953;1955)证实，对于红杉属(Sequoia)植物愈伤组织的生长来说，经过高压灭菌的蔗糖优于过滤灭菌的蔗糖，即高压灭菌能使蔗糖水解成为更能被有效利用的糖，如果糖和葡萄糖。一般来说，以蔗糖做碳源时，离体的双子叶植物的根生长得最好，而以右旋糖(葡萄糖)做碳源时，单子叶植物的根生长得最好。已知植物能够利用的某些其他形式的碳源有麦芽糖、半乳糖、甘露醇和乳糖。红杉属植物和玉米胚乳的植物组织培养物甚至可以利用淀粉。

碳源除了作为植物生长发育所需的营养物质以外，另一个重要的功能是调节培养基中的渗透压。例如，在水稻花药培养中，花丝和药壁组织常比花粉粒更易诱导产生愈伤组织。在培养基中增加蔗糖的含量(15％)可有效地抑制花丝和药壁组织产生愈伤组织。另外，单细胞培养、小孢子培养和原生质体培养时，培养剂的渗透压对培养成败是至关重要的，一般均采用糖或糖醇类物质加以调节。

(四)激素

除了营养物质以外，为了促进组织和器官的生长，通常还有必要在培养基中加入一种或一种以上的生长调节物质—激素。植物组织培养常用的激素有生长素和细胞分裂素两类，另外还有赤霉素、油菜素内酯、乙烯等。不过，对这些物质的要求因组织的不同而有很大变化，主要取决于它们的内源激素水平。此外，研究结果表明，生长素和细胞分裂素之间的比例决定着愈伤组织分化的类型，生长素／细胞分裂素高时，愈伤组织分化出不定根，而该比例低时则分化出不定芽。

1．生长素

生长素影响植物茎和节间的伸长、向性、顶端优势、叶片脱落和生根等现象。在离体植物组织培养中，生长素被用以诱导细胞分裂和根的分化。在植物组织培养中常用的生长素有吲哚乙酸(IAA),吲哚丁酸(IBA),萘乙酸(NAA),萘氧乙酸(NOA)、对氯苯氧乙酸(P-CPA)、二氯苯氧乙酸(2,4-D)和三氯苯氧乙酸(2,4,5-T)。其中IBA和NAA广泛用于生根，并能与细胞分裂素互作促进茎的增殖。2,4-D和2,4,5-T对愈伤组织的诱导和生长非常有效。生长素一般溶于95％乙醇或0.1mol/L的NaOH中，后者的溶解效果更好。

2．细胞分裂素

细胞分裂素影响植物细胞分裂、顶端优势的变化和茎的分化等。培养基中加入细胞分裂素，主要是为促进细胞分裂和由愈伤组织形成器官，分化不定芽。由于这类化合物有助于解除顶端优势对腋芽的抑制作用，可用于茎的增殖。比较常用的细胞分裂素有：苄氨基嘌吟(BAP),苄基腺膘吟(6-BA)、异戊烯氨基嘌吟(2-ip)、激动素(呋喃氨基嘌吟，KT)和玉米素(ZT)。细胞分裂素一般溶于0.5mol/L或lmol/L的HCl或NaOH中。

3．赤霉素

赤霉素有20多种类型，其中植物组织培养中常用的是GA₃。与生长素和细胞分裂素相比，赤霉素不常使用。据报道，赤霉素能刺激在培养中形成的不定胚发育成小植株。赤霉素易溶于冷水，每升水最多可溶解1000mg, GA,溶于水后不稳定，容易分解，故最好以95％乙醇配成母液在冰箱中保存。

4．油菜素内酯

油菜素内酯(BR)是最近发现的一种植物生长调节物质。目前，已经对油菜素内酯的作用机理和作用效果进行了较充分地研究，油菜素内酯促进伸长的效果非常显著，其作用浓度比生长素低好几个数量级。其作用机理与生长素相似，Yopp等(1981)发现BR与生长素有正协同作用。同时，油菜素内酯还能抑制生长素氧化酶的活性，提高植物内源生长素的含量。所以，当油菜素内酯与生长素同时使用时，有明显的加成效果。另外，油菜素内酯还能调节与生长有关的某些蛋白质的合成与代谢，实现对生长的控制。

5．乙烯

乙烯广泛存在于植物的各种组织、器官中，是由甲硫氨酸在供氧充足的条件下转化而成的。它的产生具有“自促作用”，即乙烯的积累可以刺激更多的乙烯产生。乙烯可以促进RNA和蛋白质的合成，在高等植物体内能使细胞膜的透性增加。乙烯是一种气体激素，其生理效应有：①抑制茎的伸长生长；②促进茎和根的增粗；③促进茎的横向增长；④促进果实成熟；⑤促进脱落和衰老；⑥促进某些植物的开花与雌花分化；⑦其他效应，还可诱导插枝不定根的形成，促进根的生长和分化，打破种子和芽的休眠，诱导次生物质的分泌等。

6．脱落酸

脱落酸(ABA)在植物组织培养中对培养物有间接的抑制作用，它可抑制外植体形成体细胞胚状体。加ABA形成的抑制剂，如硝酸银，银离子与ABA的前体相结合，抑制了ABA的形成。此外，有时胚状体形成过程过快，会产生畸形胚，加一定量的ABA后，可延缓胚状体形成时间，使其形成正常的体细胞胚。

(五)琼脂

琼脂是一种由海藻提取获得的多糖类物质，一般的使用浓度为0.7％～1.0％，若浓度太高，培养基就会变得很硬，营养物质就难于扩散到培养的组织中去。由于在这种半固体培养基上所建立的培养物便于保存，而且对多种目的的实验来说都能得到令人满意的结果，因此琼脂固化培养基得到了广泛的应用。但琼脂并非是培养基中的一种必需成分。单细胞和细胞聚合体可以在含有无机和有机营养以及激素的液体培养基中进行悬浮培养。不过，在悬浮培养中必须定时通气，或由培养基底部鼓入无菌空气，或是不断轻轻摇动。在原生质体培养中，如果采用浅层液体培养或小滴液体培养进行培养，则可保持静止，不必通气。对于某些实验体系来说，液体培养基的效果可能比琼脂固化培养基更好。应当特别提出，当进行营养需要研究时，应注意不要使用琼脂，因为几乎所有琼脂都含有杂质，特别是含有Ca,Mg和微量元素。另外，不同批次的琼脂质量及成分变化较大，在采购时应注意。

(六)水

水为植物组织培养所必需。由于细胞生长所需的化学成分、生存环境、营养物质都必须用水溶解才能被细胞吸收。在植物组织培养中所用的水必须非常纯，特别是在单细胞培养、小抱子培养和原生质体培养时。因为细胞在体外培养时对水的质量非常敏感，普通自来水含有大量离子及其他杂质，对细胞生长不利或不可重复，在配制培养基时水必须用高纯度的水。

实验室用的纯化水一般有两种：蒸馏水和离子交换水。细胞培养主要用蒸馏水，离子交换水中还存在着一些非离子物质及有机物，所以一般在细胞培养中使用不多。外购或自制蒸馏水大部分为金属蒸馏器所制备，往往会混有金属离子，所以仍需经过玻璃蒸馏器重新蒸馏，才能用于培养用液的配制。蒸馏水的储存和储存容器的开启次数对保证水的质量有很大影响。因此蒸馏水不宜储存时间过久，且应尽量减少与外界的接触。单细胞培养、小孢子培养和原生质体培养应使用新鲜蒸馏的双蒸水。