培養基是人工配制的，滿足不同材料生長，繁殖或積累代謝產物的營養物質。在離體培養條件下，不同種類植物對營養的要求不同，甚至同一種植物不同部位的組織以及不同培養階段對營養要求也不相同。篩選合適的培養基是植物組織培養極其重要的內容，是決定成敗的關鍵因素之一。

大多數植物組織培養基的主要成分是無機營養物質（大量營養元素和微量營養元素）、碳源、有機添加物、植物生長調節劑和凝膠劑。一些組織可以生長在簡單的培養基上，這些培養基只含無機鹽和可利用的碳源（蔗糖），但大多數組織必須在培養基中添加維生素、氨基酸和生長物質，而且經常還將一些復合的營養物質加入到培養基中，這種由“化學定義”的化合物組成的培養基稱為“合成”培養基。

人們已設計了許多培養基用于特殊組織和器官的培養。

懷特培養基是最早的植物組織培養基之一，最初作為根培養的培養基。為了誘導培養組織器官發生和再生植株，廣泛使用含有大量無機鹽成分的MS（Murashige和Skoog，1962）和LS(Linsmaier和Skoog，1965)培養基。原本為細胞懸液或愈傷組織培養而設計的B5培養基，經過改良后，被證實有利于原生質體培養。同時，B5培養基也被用于誘導原生質體再生植株。盡管Nitshch(1969)為花藥培養設計的培養基仍然使用頻繁，但另一個稱為N6的培養基，專門用于禾谷類花藥培養和其他組織培養。類似的，N6培養基越來越多地用于大豆、紅三葉草和其他豆科植物的培養。該培養基營養成分促進胚性細胞和原生質體再生細胞快速生長。使用這些培養基成功的原因很可能是營養元素的比例和濃度基本上滿足不同培養體系中細胞或組織生長和分化的最適需要。

植物組織培養基中無機和有機成分的濃度用質量濃度（mg/L或ppm，但現在習慣用mg/L）或物質的量濃度(mol/L)表示。按照國際植物生理學協會的推薦，應該用mol/L表示大量營養元素和有機營養成分濃度，用μmol/L表示微量營養元素、激素、維生素和有機成分濃度。用物質的量濃度的優點是，每一種化合物每一摩爾的分子數是常數，所以按照特定培養基配方配制培養基時，無論無機鹽化合物的水分子數為多少，原物質的量濃度都可以使用。但是，用質量濃度來表示濃度的話，就不能不考慮無機鹽化合物的水分子數目了。

1、水分

水分是植物體的主要組成部分，也是一切代謝過程的介質和溶媒，在植物生命活動過程中不可缺少。配制培養基母液時要用蒸餾水或純水，以保持母液及培養基成分的精確性，防止儲藏過程中發霉變質。研究培養基配方時盡量用蒸餾水，以防成分的變化引起不良效果。而在大規模工廠化生產時，為了降低生產成本，常用自來水代替蒸餾水。如自來水中含有大量的鈣、鎂、氯和其他離子，最好將自來水煮沸，經過冷卻沉淀后再使用。

 

除了碳（C）、氫（H）、氧（O）外，已知還有12種元素對植物的生長是必需的。根據植物生長需求量的多少將這些無機營養元素分為大量元素和微量元素兩類。

各種礦質元素（鹽）為植物生命活動提供必需的大量營養元素和微量元素。需要量大于0.5mmol/L濃度的元素稱為大量元素,小于0.5mmol/L稱為微量元素。當無機鹽溶于水中時，無機鹽發生分解和電離作用。培養基中的一種離子可能由幾種鹽分解而來。如MS培養基中的NO₃^-離子由NH₄NO₃和KNO₃提供，K⁺離子由KNO₃和KH₂PO₄提供。因此，計算總離子濃度有利于比較不同的培養基，探討特定組織或培養體系的適宜培養基。

（1）大量元素

指培養基中濃度大于0.5mmol/L的元素，包括氮（N）、磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、硫（S）。

它們以無機鹽的形式存在于各種培養基中，對植物細胞和組織生長都是必不可少的。培養基至少應含有25mmol/L的NO₃^-和K⁺。不過，如果以硝酸鹽和氨鹽（2~ 20mmol/L）或其他任何還原性氮作為培養基的氮源，都能獲得非常好的餓實驗結果。如果只使用銨鹽作為唯一的氮源，則需要加入一種或多種三羧酸（TCA）循環的羧酸（如檸檬酸鹽、琥珀酸鹽或蘋果酸鹽），以便減輕培養基中氮濃度超過8mmol/L產生的毒害。當硝酸銀和氨離子共同存在于培養基中時，氨離子更迅速的被利用。另一些大量元素，如Ca、P、S和Mg，在其他營養需要滿足下他們的適宜濃度為1~3mmol/L。

氮參與蛋白質、核酸、酶、葉綠素、維生素、磷脂、生物堿等物質構成，是生命不可缺少的物質。缺氮時，老葉先發黃；氮過量，枝葉會過度茂盛。氮主要以銷態氮和銨態氮兩種形式被使用，常使用的含氮物質有KNO₃、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄等，大多數培養基將銷態氮和銨態氮兩者混合使用，以調節培養基的離子平衡。

磷參與磷脂、核算、酶及微生物等多種生理活性物質構成，在植物碳水化合物的運輸和代謝中起著極其重要的作用，磷直接參與呼吸作用和發酵過程，與光合作用也有直接關系。缺磷時植株生長緩慢，老葉暗紫色。磷常由KH₂PO₄、NaH₂PO₄提供。

鉀對碳水化合物合成、轉移以及氮素代謝等有密切關系。鉀增加時，蛋白質合成增加，維管束、纖維組織發達，對胚的分化有促進作用。缺鉀時葉尖、葉緣枯焦，葉片呈皺曲狀，老葉發黃或火燒狀。常用的含鉀化合物有KCl、KNO₃、KH₂PO₄等。

鎂是葉綠素的組成成分，又是激酶的活化劑，缺鎂時葉片邊緣及中央部分失綠而變白，鎂常以MgSO₄來提供。

鈣是構成細胞壁的一種成分，鈣對細胞分裂、保護膜不受破壞有顯著作用。缺鈣時嫩葉失綠，葉緣向上卷曲，出現白色條紋。常以CaCl₂提供。

 

（2）微量元素

指培養基中濃度小于0.5mmol/L的元素，有鐵（Fe）、硼（B）、錳（Mn）、銅（Cu）、鉬（Mo）、鈷（Co）等.微量元素也是植物組織培養中不可缺少的元素，缺少這些物質會導致生長、發育異常。其中鐵似乎更重要，因為配制培養基中常使用螯合鐵和螯合鋅。酒石酸鐵和檸檬酸鐵難溶解，經常在培養基中發生沉淀。使用乙二胺四乙酸（EDTA）-鐵螯合物代替檸檬酸鐵，特別是胚胎誘導中，可以克服沉淀產生的問題。

微量元素是許多酶和輔酶的重要組成成分，生理作用主要體現在酶的催化功能和細胞分化、維持細胞的完整機能等方面。如鐵是多種氧化酶和葉綠素的重要成分，而且是維持葉綠體功能所必需的；銅有促進離體根生長的作用；鉬是合成活躍的硝酸還原酶所必不可少的元素，也是固氮酶的組成部分，還有防止葉綠素受破壞的作用；鋅是酶的組成成分，也有防止葉綠素破壞的作用；錳與植物呼吸作用、光合作用有關；硼與糖的運輸、蛋白質的合成有關。

當某些微量元素供應不足時，植物表現出一定的缺素癥狀。如缺鐵，綠葉變黃，進而發白；缺錳，葉片上出現缺綠斑點或條紋；缺鋅，葉片發黃，或出現白斑，葉子小；缺硼，葉失綠，葉緣向上卷曲，頂芽死亡；缺鈷葉片失綠而卷曲，整個葉片向上彎曲凋枯。

 

植物組織培養最適合的碳源是蔗糖。葡萄糖同樣有利于植物組織生長，而果糖產生的效力較低。培養基高壓滅菌時，蔗糖轉變為葡萄糖和果糖。在培養過程中，先利用葡萄糖，然后利用果糖。

植物細胞和組織在培養基中缺乏自養能力，因此，需要外源碳源提供能量。在培養期間的特殊條件下，即使組織開始變綠或產生綠色色素，培養組織生產的碳源也不能自給自足。將外源碳源加入到培養基后，可增強細胞增殖和綠莖再生能力。

除此之外，糖類的添加還有調節培養基滲透壓的作用。

在培養基高壓滅菌過程中，部分蔗糖發生水解。但是，培養物在高壓滅菌的蔗糖培養基上生長較好，而在過濾消毒的蔗糖培養基上次之。從這個結果可以推論出，高壓滅菌使蔗糖水解成葡萄糖和果糖，有利于細胞生長和分化。

在大規模生產中，蔗糖價格太貴，常用食用綿白糖、白砂糖代替蔗糖，但在不同的植物種類上，其使用的可行性及其濃度范圍需要做小規模的生產性實驗。

 

（1）維生素

     植物合成的內源維生素，在各種代謝過程中起著催化劑的作用。當植物細胞和組織離體生長時，也能合成一些必需的維生素，但不能達到植物生長的最佳需要量。因此，必須在培養基中添加必需的維生素和氨基酸，使植物組織健壯生長。比較常用的維生素是鹽酸硫胺素（VB₁）、鹽酸吡哆醇（VB₆）、煙酸（VB₃）、肌醇等，鹽酸硫胺素是所有細胞和組織必需的基本維生素。煙酸和鹽酸吡哆醇常添加到培養基中，但對許多植物的細胞可能不是必需的。其他維生素如生物素（V_H）、葉酸、抗壞血酸（V_C）、泛酸鈣、維生素E（生育酚）、核黃素和對氨基苯甲酸也常被使用。氨基酸類物質不僅為培養物提供有機氮源，同時也對外植體的生長以及不定芽、不定胚的分化起促進作用。抗壞血酸還有防止組織褐變的作用。

（2）氨基酸

氨基酸是蛋白質的組成成分，也是一種有機氮化合物。常用的氨基酸有甘氨酸、谷氨酸、精氨酸、半胱氨酸以及多種氨基酸的混合物，如水解酪蛋白（CH）、水解乳蛋白（LH）等。氨基酸類物質不僅為培養物提供有機氮源，同時也對植物體的生長及不定芽、不定胚的分化起促進作用。與無機氮不同，氨基酸能被植物細胞很快吸收。

 

（1）生長素

生長素由莖尖合成，沿植物體向下運輸，常用的生長素有吲哚乙酸（IAA）、吲哚丁酸（IBA）、萘乙酸（NAA）、2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D）和萘氧乙酸（NOA）等。IAA和IBA見光易分解，故應置于棕色瓶中，IAA在高溫滅菌時會受到破壞，最好采用過濾除菌方法。

在植物組織培養中，生長素的主要作用有：①誘導愈傷組織的產生，促進細胞脫分化；②促進細胞的伸長；③促進生根；④2，4-D會誘導某些植物不定胚的形成。

    生長素通常溶解于乙醇或低濃度的氫氧化鈉溶液中。

 

（2）細胞分裂素

細胞分裂素由根尖合成，沿植物體向上運輸。細胞分裂素是腺嘌呤的衍生物。常用的細胞分裂素有6-芐氨基嘌呤（6-BA）、激動素（KT）、玉米素（ZT）、2-異戊烯腺嘌呤（2-ip）、噻苯隆（TDZ）、氯苯脲（CPPU）等。

在植物組織培養中，細胞分裂素的主要作用有：①促進細胞分裂和擴大，使莖增粗，而抑制莖伸長；②誘導芽的分化，促進側芽萌發生長；③減少葉綠素的分解，抑制頂端優勢，延緩離體組織或器官的衰老，有保鮮的效果；④對根的生長一般起抑制作用。

在植物組織培養時，細胞分裂素/生長素的比值控制器官發育模式，若增加生長素濃度，有利于根的形成；增加細胞分裂素濃度則促進芽的分化。

 

（3）赤霉素（GA）和脫落酸（ABA）

這2種植物生長調節劑不常用于組織培養中。一些植物需要赤霉素和脫落酸增強生長，而在另一些植物中需要它們抑制生長。GA3是20多種赤霉素中最常用的，GA3能促進低密度培養細胞的生長，增加愈傷組織生長，誘導矮化或發育遲緩的植物伸長生長。GA3最好現配現用，過濾滅菌后加入到培養基中。

根據植物種類不同，脫落酸在培養基中刺激或抑制愈傷組織生長。據報道，脫落酸有利于胚胎培養。脫落酸還有抑制生長、促進休眠的作用，在植物種質資源超低溫冷凍保存時，可以用來促使植物停止生長和抗寒力的形成，從而保證冷凍保存的順利進行。

 

（1）天然有機添加物

培養基經常添加各種成分不確定的天然有機提取物。常用的有椰子汁（CM）、酵母提取物（YE）、番茄汁、香蕉泥和土豆汁等。

由于天然有機物質成分復雜，常因品種、產地和成熟等因素而變化，實驗的重復性比較差。另外，有些天然有機物質還會因高壓滅菌而變性，從而失去效果，這時應該采取過濾的方法進行滅菌。

（2）活性炭（AC）

培養基中添加活性炭的主要作用是利用其吸附能力，減少一些有害物質的影響，例如防止酚類物質引起組織褐變死亡；活性炭使培養基變黑，有利于某些植物生根；活性炭還可降低玻璃化苗的產生頻率，對防止產生玻璃苗有良好作用。

但活性炭對物質吸附無選擇性，既吸附有害物質，也吸附必需的營養物質，如在非洲菊繼代培養過程中，相同的繼代培養基，添加2.0mg/L活性炭后，其增殖系數大大降低，因此使用時應慎重考慮，不能過量，一般用量為1~5mg/L。高壓滅菌前加入活性炭會降低培養基的pH值，使瓊脂不易凝固，因此要加大瓊脂用量。

（3）抗生素

培養基中添加抗生素可防止菌類污染，減少培養材料損失。低濃度鏈霉素和卡那霉素能有效的控制微生物的系統侵染。常用的抗生素有青霉素、鏈霉素、慶大霉素、四環素、氯霉素、卡那霉素等，用量一般為5~20 mg/L。大部分抗生素需要過濾滅菌。

（4）硝酸銀

離體培養基中植物組織會產生和散發乙烯，而乙烯在培養容器中的積累會影響培養物的生長和分化，嚴重時甚至導致培養物的衰老和落葉。硝酸銀中的Ag+通過競爭性地結合于細胞膜上的乙烯受體蛋白，從而可起到抑制乙烯活性的作用。硝酸鹽的使用濃度一般為1~100 mg/L，使用前過濾除菌。

（5）抗氧化物

植物組織在切割時會溢泌一些酚類物質，滲出細胞外就造成自身中毒，使培養材料生長停頓，失去分化能力，最終變褐死亡。在木本尤其是熱帶木本及少數草本植物中較為嚴重。常用的抗酚類氧化劑有半胱氨酸、聚依稀吡咯烷酮及抗壞血酸，可用濃度為50~200 mg/L的抗酚類氧化劑洗滌剛切割的外植體傷口表面，或過濾除菌后加入固體培養基的表層。

（6）凝固劑

由于在靜止液體培養中，組織或細胞浸沒在培養基中，發生缺氧死亡。在配制固體培養基時，需要使用凝固劑。最常用的凝固劑是瓊脂，瓊脂是一種來源于海藻的多聚糖，比其他膠凝劑的優點多：第一，瓊脂凝膠不與培養基組分起反應；其次，它們不會被植物細胞分泌的各種酶降解，在所控制的培養溫度中保持穩定。瓊脂本身并不提供任何營養，它是一種高分子的碳水化合物，在90℃以上熱水中溶解成為溶膠，冷卻至40℃可凝固為固體凝膠。

 

瓊脂有粉狀和條狀之分，現在絕大多數使用的是瓊脂粉。瓊脂的使用濃度應適當，如果濃度過高，會使培養基變得很硬，營養物質難以擴散，不利于植物體吸收營養；若濃度過低，凝固性差。瓊脂的凝固能力還與高壓滅菌時的溫度、時間、pH值等因素有關。

另一種凝固劑是卡拉膠，也是一種海藻提取物，價格比瓊脂便宜，但有些植物培養效果不理想。