全 文 ：园 艺 学 报 2011，38（2）：225–232 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2010–06–28；修回日期：2010–12–23
基金项目：国家‘948’项目（2009-Z18）；国家农业科技成果转化项目（2008GB2C100100）；江苏省农业自主创新项目（CX(09)611）
* E-mail：cyh@jaas.ac.cn
‘黄冠’梨正常试管苗与玻璃化苗生理生化及超
微结构的比较研究
常有宏*，张玉娇，李晓刚，蔺 经，杨青松，王中华，王宏伟
（江苏省农业科学院园艺研究所，南京 210014）
摘 要：以正常和玻璃化‘黄冠’梨试管苗为试材进行组培快繁、生理生化及组织结构比较研究。
结果表明：玻璃化苗较正常苗增殖能力显著降低，增殖出的试管苗仍为玻璃化苗，并且玻璃化程度加重；
干物质积累较正常苗低 31.3%，淀粉含量低 29.57%，而可溶性糖含量高 13.92%；叶绿素 a、叶绿素 b 及
叶绿素总含量分别降低 40.16%、43.24%和 39.52%；ZR、IAA、GA 含量，GA/IAA 和 ZR/IAA 均高于正
常苗，而 ZR/GA 显著低于正常苗；叶绿体数量减少、体积变小、类囊体叠跺不整齐，细胞核畸形或缺失。
碳水化合物含量较低、激素代谢紊乱、光合结构破坏及细胞核物质减少是梨玻璃化苗的重要特征，可能
是后代增殖能力显著降低的主要因素。
关键词：梨；增殖；玻璃化；生理生化；超微结构
中图分类号：S 661.2 文献标识码：A 文章编号：0513-353X（2011）02-0225-08

Comparative Study on Physiological and Biochemical Characteristic
and Ultra-structure in Normal and Hyperhydric Shoots in Vitro of
‘Huangguan’Pear
CHANG You-hong*，ZHANG Yu-jiao，LI Xiao-gang，LIN Jing，YANG Qing-song，WANG Zhong-hua，
and WANG Hong-wei
（Institute of Horticulture，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing 210014，China）
Abstract：In vitro shoots of‘Huangguan’pear（Pyrus pyrifolia Nakai）were selected as materials.
Characteristics of propagation，physiology，biochemistry and ultra-structure were compared between
normal and hyperhydric shoots. The results showed that proliferation ability of hyperhydric shoots was
significantly lower than that of the normal shoots，the proliferated shoots derived from hyperhydric shoots
were still hyperhydric and the degree of hyperdricity was increased. Compared to the normal shoots，the
dry matter accumulation and starch content of hyperhydric shoots were decreased by 31.3% and 29.57%
respectively，while the soluble sugar content increased by 13.92%. In addition，the contents of chlorophyll
a，chlorophyll b and total chlorophyll in hyperhydric shoots were decreased by 40.16 %，43.24 % and
39.52 % respectively. Relative to normal shoots，hyperhydric shoots had higher contents of ZR，IAA，GA
and the ratio of GA/IAA and ZR/IAA and significantly lower ratios of ZR/GA. Furthermore，the quality of

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chloroplast in hyperhydric shoots was lower than that in normal shoots，and chloroplast volume in the
former was smaller than that in the latter. Moreover，the thylakoid stacked irregularly and the nucleus was
deformed or missing in hyperhydric shoots. Taken together，these results suggest that the low content of
carbohydrates，the disorder of endogenous hormone metabolism，the damage of photosynthetic structure，
and the decrease in content of nuclear material in cells are the main features of hyperhydric shoots，which
were the leading reasons for the decrease in proliferation ability of their offsprings.
Key words：pear；rapid propagation；hyperhydricity；physiological and biochemical characteristics；
ultra-structure

玻璃化现象是植物组织培养中普遍发生的一种生理失调或生理病变，其症状为试管苗矮小，茎
叶肿胀畸形，组织半透明水浸状（Ziv，1991）。玻璃化苗不易分化和生根，移栽成活率很低，且很
难恢复正常（胡彦和赵艳，2004；孙庆春 等，2009），严重影响组培快繁体系的稳定性。已有 70
余种植物被报道有玻璃化现象（陶铭，2001），由于试管苗玻璃化现象的普遍性及危害性，玻璃化
发生的原因和防止措施逐渐受到广泛的注意和研究。目前对玻璃化发生机制还缺乏全面了解，至今
仍没有形成普遍行之有效的防止措施。
现有研究多集中在玻璃化苗的形态学特点、解剖学特点、生理生化变化等方面，这些研究为探
讨玻璃化苗预防措施和发生机理提供了有价值的参考资料。Pâques（1991）认为，试管苗玻璃化可
分为两种类型，一种由水分被动扩散引起，另一种则与自身代谢紊乱有关。但由于引起不同植物玻
璃化的主导因素往往不同，试管苗玻璃化之后的生理生化及结构变化也存在一定差异。香草
（Reddampalli et al.，2009）、网纹甜瓜（齐红岩 等，2009）玻璃化苗的可溶性糖、还原糖含量显
著低于正常苗，而菊花（孙庆春 等，2009）玻璃化苗可溶性糖含量显著升高。牛自勉等（1994）对
苹果砧木茎尖培养玻璃化过程中内源激素的含量变化进行研究，认为玻璃化苗的叶片及茎尖中 GA3、
IAA、ABA 含量极显著上升。吴迪等（2007）研究认为，杂交山杨玻璃化苗 IAA 和 ABA 含量升高，
而 GA 含量降低。梨（Pyrus L.）玻璃化现象有大量报道（赵剑和杨文杰，1998；Bell & Reed，2002；
Kadota & Niimi，2003），但玻璃化苗生长及增殖能力有何变化，生理生化及组织结构有何改变，
鲜有报道。研究‘黄冠’梨正常试管苗和玻璃化苗在增殖及生理生化与组织结构方面的差异，对进
一步揭示玻璃化苗的发生规律和机理具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 试验用材料的培养
试验材料为‘黄冠’梨正常试管苗和玻璃化苗，由新梢茎段经 MS 为基本培养基初代培养出的
初代苗，再截取茎段进行 2 次增殖继代培养获得。
增殖培养基为 MS + 6-BA 1.0 mg · L-1 + NAA 0.2 mg · L-1 + GA3 0.1 mg · L-1。培养室温度（25 ± 2）
℃，光照时间 12 ~ 14 h · d-1，光照强度为 1 800 lx。
1.2 生理生化指标测定
用蒽酮比色法（王晶英 等，2003）测定淀粉含量、干重法测定组织含水量，丙酮法（中国科
学院上海植物生理研究所，上海市植物生理学会，1999）测定叶绿素含量，可溶性糖含量参照王学
奎（2006）的方法。利用酶联免疫吸附法（ELISA）测定植物内源激素 ZR、IAA 和 GA 含量。测定
2 期 常有宏等：‘黄冠’梨正常试管苗与玻璃化苗生理生化及超微结构的比较研究 227

试剂盒来自中国农业大学，测定参考闫绍鹏（2004）的方法。干物质积累测定时，每瓶 4 株计作一
个测量单位，称取测定前后组培苗质量，求其差值。每个样品重复 3 次，取平均值。
1.3 超微结构观察
取‘黄冠’梨正常苗与玻璃化苗叶片，切成 1 mm × 2 mm 小块，立即放入 2.5%的戊二醛中，
用注射器反复抽真空使叶片沉底，固定 24 h。固定结束后经过一系列的磷酸缓冲液冲洗，锇酸固定，
乙醇脱水，环氧树脂包埋、聚合、切片、染色制成超薄切片。于 JEM-100X II 型透射电子显微镜观
察，拍照。
2 结果与分析
2.1 玻璃化苗与正常苗增殖能力的差异
‘黄冠’梨玻璃化苗与正常苗相比，增殖能力显著降低，玻璃化率显著增高（表 1）。正常苗的
增殖系数为 4.46，而玻璃化苗的增殖系数仅为 2.40，比正常苗增殖系数降低 46.19%；正常苗增殖后
有约 11.94%的试管苗表现玻璃化现象，而由玻璃化苗增殖得到的苗 100%表现玻璃化。孙阳等（2008）
认为，调整培养温度，玻璃化苗可以部分恢复为正常苗。在本试验中正常继代培养条件下，玻璃化
苗增殖后仍为玻璃化苗，且其增殖能力显著降低。
表 1 正常苗与玻璃化苗增殖的差异
Table 1 Differences in proliferation between normal and hyperhydric shoots
类型
Type
接种梢数
Number of shoots
inoculated
增殖梢数
Number of proliferation
shoots
增殖系数
Proliferation
times
玻璃化苗株数
Number of
hyperhydric shoots
玻璃化率/%
Percentage of
hyperhydric shoots
正常苗
Normal shoots
15 67 ± 1.53 a 4.46 ± 0.10 a 8 ± 0.57 b 11.94 ± 0.01 b
玻璃化苗
Hyperhydric shoots
15 36 ± 1.53 b 2.40 ± 0.10 b 36 ± 1.53 a 100.00 ± 0.00 a
注：表中同一列内相同字母经 Duncan’s 新复极极法检验在 0.05 水平上差异不显著。下同。
Note：The same letter within one column means no significant difference by Duncan’s SSR test（P = 0.05）. The same below.

2.2 玻璃化苗与正常苗的增殖苗质量差异
正常苗与玻璃化苗在继代前和继代后，叶片纵径/横径、组织含水量表现出显著性差异（表 2）。
表 2 正常苗与玻璃化苗在接种前和扩繁后质量的差异
Table 2 Differences in the quality of normal shoots and hyperhydric shoots between pre-inoculation and after-propagation
接种前 Pre-inoculation 扩繁后 After-propagation
类型
Type 含水量/%
Water content
苗高/cm
Height of
shoot
叶片纵径/横径
Longitudinal diameter/
Horizontal diameter
含水量/%
Water
content
苗高/cm
Height of
shoot
叶片纵径/横径
Longitudinal diameter/
Horizontal diameter
正常苗
Normal shoots
86.00 ± 0.15 b 2.6 1.34 ± 0.05 b 85.00 ± 1.15 b 2.40 ± 0.12 a 1.34 ± 0.02 b
玻璃化苗
Hyperhydric shoots
89.00 ± 1.73 a 2.7 1.87 ± 0.06 a 92.00 ± 0.57 a 2.10 ± 0.11 b 1.94 ± 0.03 a

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接种前玻璃化苗组织含水量为 89%，比正常苗高出 3.4%，继代后，玻璃化苗组织含水量进一步
增加，含水量达 92%，与正常苗增殖出的试管苗相比，差异增大，高出正常苗 7.61%。接种前，正
常苗与玻璃化苗高基本一致，继代后，玻璃化苗与正常苗苗高均有所降低，玻璃化苗增殖出来的试
管苗高度只有 2.1 cm，较原来降低了 22%左右。正常苗增殖的试管苗，苗高略有降低，为 2.4 cm，
较原来降低 7.6%。正常苗继代后叶片纵横径比值没有变化，玻璃化苗稍有增加，原来叶片纵横径比
值为 1.87，增殖出的试管苗叶片纵横径比值为 1.94。玻璃化苗和正常苗继代培养出的试管苗存在显
著差异（表 2）。
2.3 正常苗与玻璃化苗干物质积累、淀粉和可溶性糖含量比较
相同培养条件下，培养 20 d 的正常苗干物质积累达到 51%，而玻璃化苗只有 35%，二者间存在
显著差异。叶片可溶性糖含量也存在显著差异，玻璃化苗的可溶性糖含量为 16.74 mg · g-1，正常苗
的为 14.41 mg · g-1，玻璃化苗高出正常苗 13.92%；与可溶性糖含量相反，淀粉含量玻璃化苗为 6.24
mg · g-1，正常苗为 8.86 mg · g-1，玻璃化苗低于正常苗 29.57%。玻璃化苗较正常苗其干物质积累显
著降低，光合累积产物淀粉合成能力下降，而光合直接产物可溶性糖转化能力不足（表 3）。
表 3 玻璃化苗与正常苗的干物质积累、可溶性糖和淀粉比较
Table 3 Comparison of dry matter accumulation ,soluble sugar，starch between normal shoots and hyperhydric shoots
类型
Type
干物质积累/%
Dry matter accumulation
淀粉/（mg · g-1）
Starch
可溶性糖/（mg · g-1）
Soluble sugar
正常苗
Normal shoots
51.00 ± 0.05 a 8.86 ± 2.15 a 14.41 ± 0.11 b
玻璃化苗
Hyperhydric shoots
35.00 ± 0.43 b 6.24 ± 0.21 b 16.74 ± 0.44 a

2.4 正常苗与玻璃化苗叶绿素含量比较
正常苗与玻璃化苗的叶片叶绿素总量、叶绿素 a 含量、叶绿素 b 含量、叶绿素 a/b 均存在显著
性差异。正常苗的叶绿素 a 含量比玻璃化苗高 40.16%，叶绿素 b 含量高 43.24%，叶绿素总量高
39.52%。而正常苗的叶绿素 a/b 比玻璃化苗低 5.25%（表 4）。
表 4 玻璃化苗和正常苗的叶绿素含量比较
Table 4 Comparison of chlorophyll content between normal shoots and hyperhydric shoots
类型
Type
叶绿素 a /（mg · g-1 FW）
Chlorophyll a
叶绿素 b /（mg · g-1 FW）
Chlorophyll b
叶绿素总量/（mg · g-1 FW）
Total of chlorophyll
叶绿素 a/b 比值
Chlorophyll a/b ratio
正常苗
Normal shoots
1.27 ± 0.07 a 0.37 ± 0.02 a 1.67 ± 0.09 a 3.43 ± 0.01 b
玻璃化苗
Hyperhydric shoots
0.76 ± 0.02 b 0.21 ± 0.01 b 1.01 ± 0.33 b 3.62 ± 0.27 a

2.5 正常苗与玻璃化苗激素含量比较
内源激素比例失调是组培苗产生玻璃化的重要原因之一，其中细胞分裂素直接影响试管苗玻璃
化的发生（Kadota et al.，2003）。玻璃化苗 ZR、IAA、GA 含量均显著高于正常苗（表 5）。其中
GA 含量差异最大，玻璃化苗比正常苗高 83.27%；其次是 ZR，高 62.65%；IAA 差异相对较小，高
19.88%。正常苗 GA/IAA 和 ZR/IAA 比值显著低于玻璃化苗，而 ZR/GA 比值显著高于玻璃化苗。
2 期 常有宏等：‘黄冠’梨正常试管苗与玻璃化苗生理生化及超微结构的比较研究 229


表 5 玻璃化苗和正常苗的激素含量
Table 5 Comparison of hormone contents between normal shoots and hyperhydric shoots
类型
Type
ZR/（ng · mL-1） IAA/（ng · mL-1） GA/（ng · mL-1） GA/IAA ZR/GA ZR/IAA
正常苗
Normal shoots
15.85 ± 0.04 b 38.77 ± 0.06 b 2.36 ± 0.12 b 0.06 ± 0.01 b 6.69 ± 0.16 a 0.41 ± 0.01 b
玻璃化苗
Hyperhydric shoots
42.44 ± 0.12 a 48.39 ± 0.09 a 14.11 ± 0.05 a 0.29 ± 0.12 a 3.01 ± 0.01 b 0.88 ± 0.09 a

2.6 正常苗与玻璃化苗超微结构比较
正常苗每个叶肉细胞叶绿体数 6 ~ 7 个（图 1，A），个体相对较大，玻璃化苗叶绿体数为 2 ~ 3
个，体积小（图 1，D）。
正常苗叶绿体紧贴细胞壁，椭圆形，叶绿体基粒数多，片层清晰，排列有序，其类囊体腔小而
扁平，垛叠紧密而清晰，基质片层连接其间，形成连续的膜体系（图 1，B、C）。玻璃化苗叶绿体
仍沿细胞壁分布，但大部分已从细胞壁上脱落，间质片层空间增大，基粒排列紊乱，随机分布于叶
绿体中（图 1，E、F）。
正常苗细胞核清晰可见，而玻璃化苗则缺失或畸形。
















图 1 ‘黄冠’梨叶细胞超微结构
A. 正常苗叶肉细胞；B. 正常苗叶绿体；C. 正常苗类囊体；D. 玻璃化苗叶肉细胞；
E. 玻璃化苗叶绿体；F. 玻璃化苗类囊体。
Fig. 1 The ultra-structure of ‘Huangguan’ pear leaf cell
A. Leaf pulp cell of normal shoots；B. Chloroplast of normal shoots；C. Thylakoid of normal shoots；
D. Leaf pulp cell of hyperhydric shoots；E. Chloroplast of hyperhydric shoots；
F. Thylakoid of hyperhydric shoots.
230 园 艺 学 报 38 卷
3 讨论
有研究认为，与光合作用有关的光照强度、产物积累均与试管苗玻璃化有关。李云等（1996）
认为植物光呼吸途径和磷酸戊糖（HMP）途径均与玻璃化苗的产生有关，当光呼吸途径被抑制时，
减弱了光呼吸对光合的保护作用，过剩的同化物损坏了光合细胞器，也加重了对植物的伤害。孙庆
春（2009）发现，菊花试管苗出现水分代谢不畅、蛋白质合成受阻、蔗糖的吸收与运输的异常现象。
本试验发现，‘黄冠’梨玻璃化苗淀粉含量低于正常苗，这与前人研究结论一致；而可溶性糖含量高
于正常苗，这与在菊花（孙庆春 等，2009）和香石竹（师校欣 等，1990）上的报道相一致，但是
网纹甜瓜（齐红岩 等，2009）及满天星（曹天旭 等，2009）方面的研究则认为可溶性糖含量降低。
这种差异可能是植物种类不同造成的，因为不同的植物吸收、利用糖的途径有所差异。苹果砧木
MM106（Bahmani et al.，2009）在 3%、6%的果糖及葡萄糖较相同浓度蔗糖培养基上有较低的玻璃
化发生率，郭达初等（1990）则报道用 3%或 4%葡萄糖替换相同浓度的蔗糖明显增加香石竹嫩梢培
养物的玻璃苗百分率。
内源激素的紊乱与试管苗的玻璃化紧密相关。高红兵等（2006）研究发现酸樱桃玻璃化苗芽中
IAA、GA3 含量有所降低，ZR 含量升高。牛自勉等（1994）对苹果砧木茎尖培养玻璃化过程中内源
激素的含量变化进行研究，认为玻璃化苗的叶片及茎尖中 GA3、IAA、ABA 含量极显著上升，轻度
玻璃化苗中 CTK 含量显著升高，而重度玻璃化苗内显著降低。吴迪等（2007）对杂交山杨玻璃化苗
内源激素测定则发现，玻璃化苗 ABA 和 IAA 含量显著高于正常苗，而 GA 含量降低。在本研究中，
‘黄冠’梨玻璃化苗 GA、IAA 和 ZR 含量均显著高于正常苗。正常苗 GA/IAA 和 ZR/IAA 显著低于
玻璃化苗，而 ZR/GA 比值显著高于玻璃化苗。可能是植物材料对内源激素平衡的承受程度存在不同
的阈值，造成了相互间存在的差异。牛自勉等（1995）认为苹果砧木叶片 GA3/CTK，IAA/CTK 比
值大于 10 时茎叶正常，比值为 2 ~ 5 时是玻璃化的临界值。
试管苗玻璃化之后，干物质积累降低，光合能力减弱，通常认为，与玻璃化苗组织畸形（陶铭，
2001），器官功能不全（刘毓 等，2006）、分化能力降低（成细华 等，2001）、较低的叶绿素含
量等有关，但具体原因并不清楚。在本研究中，通过对‘黄冠’梨叶片超微结构的研究，发现玻璃
化苗叶片叶绿体数量减少，体积变小，类囊体松散、无序，光合器官受到伤害，可能是引起光合产
物积累减少及碳水化合物含量降低一个重要原因。苹果（Chakrabarty et al.，2005）玻璃化苗叶绿素
荧光测定也表明，光合系统受到了伤害，光合能力降低。
‘黄冠’梨玻璃化苗茎段虽能增殖，但玻璃化苗增殖系数显著低于正常苗，且增殖出来的试管
苗仍为玻璃化苗。玻璃化苗与正常苗相比，玻璃化苗淀粉和干物质积累减少，可溶性糖含量增加，
内源激素出现紊乱，叶绿素含量降低，叶绿体数量减少、个体变小、类囊体紊乱，细胞核畸形或缺
失。这种结构上畸形和生理上异常，导致遗传物质减少，可能是导致其生长及增殖能力降低的原因
之一。但是玻璃化苗激素代谢紊乱和光合结构破坏的机理还不清楚，有待今后从分子生物学和蛋白
质组学等方面深入研究。

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