植物组织培养中的褐变现象及其防止措施Word版
组织培养褐化原因以及防止措施
褐化原因及防止措施褐变是指外植体在培养过程中体内的多酚氧化酶被激活，使细胞里的酚类物质氧化成棕褐色的醌类物质，这种致死性的褐化物不但向外扩散致使培养基逐渐变成褐色，而且还会抑制其他酶的活性，严重影响外植体的脱分化和器官分化，最后变褐而死亡的现象。
在组织培养中，褐变是普遍存在的，这种现象与菌类污染和玻璃化并称为植物组织培养的三大难题。
而控制褐变比控制污染和玻璃化更加困难。
因此，能否有效地控制褐变是某些植物能否组培成功的关键。
(一)褐变的原因影响褐变的因素极其复杂，随着植物种类、基因型、外植体的部位及生理状况等的不同，褐变的程度也有所不同。
1.与基因型有关不同植物与品种之间褐变现象是不同的，有人把此归结为基因型的不同。
一般来说植物材料中单宁类和多种羟酚类化合物的含量高，易引起外植体材料的严重褐化。
多数木本植物比草本植物易引起褐化，多年生草本植物比一年生草本植物易引起褐化。
2.与取样外植体的年龄有关通常幼龄部位产生褐化较轻，随着组织的老龄化含醌类物质增多而褐化加重。
因此，在外植体接种时常需要剥去鳞片和大叶片，尤其是以切取幼嫩的芽尖或切取顶芽分生组织(或带少量叶原基)接种更为理想。
3.与外植体取材时间有关一般在春夏季，尤其是春季采取生长旺盛的外植体产生褐化较轻，已木栓化或木质化的枝条和处于休眠状态的芽作为外植体时褐化严重。
即分生部位接种后形成醌类物质少，而分化的部位则形成醌类物质较多。
4.与培养基有关过高的无机盐浓度会引起棕榈科植物外植体酚的氧化，低盐培养基，尤其是Mn2+和 Cu2+离子浓度较低时，外植体的褐化程度较轻。
例如油棕用MS无机盐培养容易引起外植体的褐变，而用降低了无机盐浓度的改良MS培养基时则可减轻褐变，而且获得愈伤组织和胚状体。
植物生长调节物质使用不当时，材料也容易褐变，细胞分裂素BA有刺激多酚氧化酶活性提高的作用，这一现象在甘蔗的组织培养中十分明显。
培养基的PH值较低时常有利于减轻外植体的褐化。
植物组织培养中的褐变现象与防止方法
植物组织培养中的褐变现象及其防止措施摘要：细胞受损后，由于细胞区隔作用被破坏，毒性酚类或其氧化物醌类物质毒害细胞，导致组织褐变，植物组织培养过程中培养低效或失败。
目前认为组织培养中褐变程度主要受外植体材料的基因型、生理状态、种类、大小、预处理、培养条件、培养基及培养方式的影响。
在目前的研究中控制褐变的有效方法主要有低温培养、暗培养、勤转种、添加抗氧化剂、增效剂或吸附剂于培养基中等。
关键词:植物;组织培养;褐变;防治方法褐变是植物组织培养中一种普遍存在的现象，是由于组织中多酚氧化酶被激活，使细胞酚类物质被氧化而产生棕褐色醌类物质，这种褐变现象又被称为酚污染。
多酚类物质及其氧化物醌类物质会抑制其它酶的活性，从而毒害整个外植体，严重影响外植体的脱分化、再分化和生长。
褐变这种现象与菌类污染和过度含水化(即玻璃化)并称植物组织培养的3 大难题。
目前褐变已成为植物组织培养发展的一大障碍[1]。
1 褐变现象的原因1.1 非酶促褐变非酶促褐变是由于细胞受胁迫或其他不利条件影响所造成的细胞程序化死亡或自然发生的细胞死亡，即坏死形成的褐变现象，并不涉及酚类物质的产生。
诸多不利条件都可以造成细胞的程序化死亡，但这种褐变若采取适当措施或者愈伤组织适应了胁迫环境就不再发生。
1.2 酶促褐变多数认为，植物组织培养中的褐化现象主要是由酶促褐变引起的，即由多酚氧化酶( P PO ，Polyphenol Oxidase) 作用于天然底物酚类物质而引起的。
在正常条件下,细胞中的酚和醌之间保持一种动态平衡,醌类物质水平较低;而酚氧化酶及其底物分布在正常组织的不同部位，酚类物质分布在细胞的液泡内，酶则分布在各种质体或细胞质内，这种区域性分布致使底物与酶被质膜分隔开来；但当外植体或培养材料处于机械损伤等逆境，或细胞受伤或衰老时，细胞膜结构或细胞中物质区域化分布的破坏会导致酚氧化酶释放或合成，如果此时在合适的pH 和温度等条件下，酚氧化酶、酚类（底物）和氧发生酶促氧化反应，形成有毒的棕褐色醌类物质,从而使组织发生褐变。
植物组培过程中的褐化问题
组培过程中的褐化问题许多植物的组织培养中发现有褐变现象，尤以木本植物组织培养中褐变严重。
褐变主要发生在外植体、愈伤组织的继代、悬浮细胞培养、原生质体的分离与培养等。
褐变产物不仅使外植体、细胞、培养基等变褐，而且对许多酶有抑制作用，从而影响培养材料的生长与分化，严重时甚至导致死亡。
[1] 褐变的机理正常细胞内，区域性分布使底物与PPO不能接触并不发生褐变，当细胞膜的结构发生变化和破坏时，酶和底物就结合在一块，在氧的作用下，生成醌，从而引起褐变。
引起褐变的条件：氧、引起褐变的酶、底物，缺一不可。
引起褐变的酶：多酚氧化酶（PPO是主要的）、过氧化物酶（POD）、、苯丙氨酸解氨酶等。
引起褐变的酶的底物：主要是酚类化合物，可分成3类：第一类是苯基羧酸，包括邻羟基苯酚、儿茶酚、没食子酸、莽草酸等；第二类是苯丙烷衍生物，包括肉桂酸、香豆酸、咖啡酸、单宁、木质素等；第三类是黄烷衍生物，包括花青素、黄酮、芸香苷等。
[2] 影响褐变的因素因子是复杂的，随植物的种类、基因型、外植体部位及生理状态等的不同，褐变的程度也有所不同。
A.植物种类及基因型红豆杉愈伤组织的诱导及继代培养过程中，常常发生培养细胞褐变现象，轻者影响细胞生长和繁殖，重者导致细胞死亡。
豆科植物和芸苔属植物原生质体培养中容易褐化也是一个普遍的问题，橡胶的花药培养中，海垦2号花药的褐变较少，因而愈伤组织的诱导容易；而有些品系花药容易褐变，因而愈伤组织的诱导困难。
在组织培养中，有些品种、品系难以成功，而有些则容易成功。
油菜叶原生质体品种373褐化比品种94591、95386严重B.外植体部位及生理状态荔枝茎的愈伤组织中度褐变，而根的愈伤组织全部褐变。
欧洲栗幼年型的材料培养时含醌类物质少，成年型材料培养时含醌类物质多，后者比前者褐变严重。
油棕幼嫩外植体（如胚）培养较少褐变，高度分化的叶片接种后则容易褐变。
C.培养基成分及培养条件硬紫草从长期继代培养且次生代谢物含量高引起培养物的褐变。
组织培养褐化原因以及防止措施
褐化原因及防止措施褐变是指外植体在培养过程中体内的多酚氧化酶被激活，使细胞里的酚类物质氧化成棕褐色的醌类物质，这种致死性的褐化物不但向外扩散致使培养基逐渐变成褐色，而且还会抑制其他酶的活性，严重影响外植体的脱分化和器官分化，最后变褐而死亡的现象。
在组织培养中，褐变是普遍存在的，这种现象与菌类污染和玻璃化并称为植物组织培养的三大难题。
而控制褐变比控制污染和玻璃化更加困难。
因此，能否有效地控制褐变是某些植物能否组培成功的关键。
(一)褐变的原因影响褐变的因素极其复杂，随着植物种类、基因型、外植体的部位及生理状况等的不同，褐变的程度也有所不同。
1.与基因型有关不同植物与品种之间褐变现象是不同的，有人把此归结为基因型的不同。
一般来说植物材料中单宁类和多种羟酚类化合物的含量高，易引起外植体材料的严重褐化。
多数木本植物比草本植物易引起褐化，多年生草本植物比一年生草本植物易引起褐化。
2.与取样外植体的年龄有关通常幼龄部位产生褐化较轻，随着组织的老龄化含醌类物质增多而褐化加重。
因此，在外植体接种时常需要剥去鳞片和大叶片，尤其是以切取幼嫩的芽尖或切取顶芽分生组织(或带少量叶原基)接种更为理想。
3.与外植体取材时间有关一般在春夏季，尤其是春季采取生长旺盛的外植体产生褐化较轻，已木栓化或木质化的枝条和处于休眠状态的芽作为外植体时褐化严重。
即分生部位接种后形成醌类物质少，而分化的部位则形成醌类物质较多。
4.与培养基有关过高的无机盐浓度会引起棕榈科植物外植体酚的氧化，低盐培养基，尤其是Mn2+和 Cu2+离子浓度较低时，外植体的褐化程度较轻。
例如油棕用MS无机盐培养容易引起外植体的褐变，而用降低了无机盐浓度的改良MS培养基时则可减轻褐变，而且获得愈伤组织和胚状体。
植物生长调节物质使用不当时，材料也容易褐变，细胞分裂素BA有刺激多酚氧化酶活性提高的作用，这一现象在甘蔗的组织培养中十分明显。
培养基的PH值较低时常有利于减轻外植体的褐化。
植物组织培养中的褐变现象及其防止措施
04
褐变现象的研究进展
褐变与基因表达的关系
总结词
褐变与基因表达之间存在密切关系，一些关 键基因在褐变过程中被激活或抑制，影响植 物组织的褐变程度。
详细描述
在植物组织培养过程中，褐变通常与某些基 因的表达水平有关。这些基因可能涉及到酚 类物质的合成、代谢和运输等过程。通过深 入研究这些基因的表达模式，可以更好地理 解褐变现象的分子机制，并寻找有效的防止 措施。
添加抗氧化剂
总结词
在培养基中添加抗氧化剂可以有效防止褐变。
详细描述
抗氧化剂可以抑制酚类物质氧化，从而减少褐变的发生。常用的抗氧化剂包括 抗坏血酸、柠檬酸、硫代硫酸钠等。在培养基中加入适量的抗氧化剂，可以有 效降低酚类物质的氧化程度，从而防止褐变。
调节光照和温度
总结词
调节光照和温度也是防止褐变的措施之一。
详细描述
光照和温度对植物组织培养中的褐变也有影响。适当降低光照强度或缩短光照时间可以减少酚类物质 的氧化，从而降低褐变发生率。同时，保持恒定的培养温度也有助于防止褐变的发生。
优化培养条件
总结词
优化培养条件是防止褐变的综合性措施 。
VS
详细描述
除了选择适当的培养基和外植体、添加抗 氧化剂、调节光照和温度等措施外，优化 培养条件也是防止褐变的重要措施。这包 括控制培养室的湿度、定期更换新鲜的培 养基、及时转移生长过快或过慢的植株等 措施。通过综合运用这些措施，可以有效 降低植物组织培养中的褐变发生率。
05
结论与展望
研究成果总结
褐变现象的机制
植物组织培养中的褐变现象是由多种因素引起的，包括酚类物质氧化、酶促反应和非酶 促反应等。这些反应导致培养基颜色变深，影响植物的正常生长和发育。
论植物组织培养褐变产生的因素及对策
论植物组织培养褐变产生的因素及对策植物组织培养是指将植物体中的一种或几种组织或细胞分离和培养在含有适宜营养成分和生长调节剂的培养基中，使其继续生长、分化和增殖的技术。
这种技术广泛应用于植物育种、植物生产、植物品种改良等方面。
然而，在植物组织培养过程中，褐变现象是一种常见的问题，严重影响了培养细胞的生长表现和生产效率。
因此，本文对植物组织培养褐变产生的因素及对策进行了详细的探讨。
一、植物组织培养褐变产生的因素1. 细胞或组织质损伤：在分离组织和细胞时，过度的力量和操作方法可能会导致组织褐变，这是由于细胞膜、内膜或细胞壁的破裂，导致物质泄漏进入外部环境所致。
2. 呼吸引起的氧化：在植物组织培养过程中，呼吸是组织代谢的基本现象，它产生的能量用于细胞代谢和细胞分裂。
然而，呼吸不充分或呼吸能力不足可能会导致氧化酶的活性增强，导致产生了过多的氧自由基，导致组织褐变。
3. 培养基中的不完整培养物质：培养基的配方以及培养过程中不完整培养物质可能会导致褐变。
例如，培养基中的钾离子过多可能导致组织和细胞质产生褐变。
4. 微生物或污染：组织培养广泛应用于微生物的细胞生长和变异。
然而，过量的细菌孳生或微生物污染可能会使组织发生内部腐败或污染。
5. 外部环境：在植物组织培养中，外部环境可能导致褐变的发生。
例如，高温、高湿度或光照强度过高等因素都可能对组织产生不利影响，导致组织褐变。
二、植物组织培养褐变的对策1. 准确按照操作方法进行：在分离和转移细胞或组织时，必须遵循操作规程。
任何超过细胞或组织能力的力量，都可能导致它们破裂和损伤，从而导致细胞褐变。
2. 控制培养物质：应对植物组织培养液内成分进行判断，控制氮、钾等营养物质的浓度，并定期植物异质接种和营养料补充来促进组织生长和分化。
3. 保护组织环境：采取洁净措施，保持培养环境无微生物侵入，减少细菌数量。
避免热、湿、光照强度过高的环境，加强组织生长环境的把控。
4. 装置保持：“装置”保持在可靠性、稳定性和实用性等方面总体考虑下选择合适的装置设备，减少操作过程带来的不良影响，通过装置控制，避免过度呼吸和氧化酶的活性增强等情况，道避免组织褐变。
植物组织培养褐变产生的因素及对策
植物组织培养褐变产生的因素及对策褐变在许多植物组织培养过程中，常遇到褐变问题。
褐变主要发生在外植体，在植物愈伤组织的继代、悬浮细胞培养以及原生质体的分离与培养中也经常发生。
褐变产物不仅使外植体、细胞、培养基等变褐，而且对许多酶有抑制作用，从而影响培养材料的生长与分化，严重时甚至导致死亡。
本文探讨植物组织培养中褐变现象的影响因素、机理及防范措施，对我们进行科学研究或工厂生产，包括植物组织的培养原生质体、悬浮细胞和植物器官的培养都有着十分重要的现实意义。
1、褐变的危害褐变是指外植体在培养过程中，自身组织从表面培养基释放褐色物质，以致培养基逐渐变成褐色，外植体也随之进一步变褐而死亡的现象。
褐变的发生与外植体组织中所含的酚类化合物数量多少及多酚氧化酶活性有直接关系。
很多植物，尤其是木本植物都含有较高的酚类化合物，这些酚类化合物在完整的组织和细胞中与多酚氧化酶分隔存在，因而比较稳定。
在切割外植体时，切口附近的细胞受到伤害，其分割状态被打破，酚类化合物外溢。
对于外植体本身来讲，酚类物质从外植体切口向外溢出是一种自我保护性反应，可诱导植保素或无物理屏障的形成，以防止微生物浸染组织。
但酚类很不稳定，在溢出过程中与多酚氧化酶接触，在多酚氧化酶的催化下，迅速氧化成褐色的醌类物质和水，醌类物质又会在酪氨酸酶等的作用下，与外植体组织中的蛋白质发生聚合，进一步引起其他酶系统失活。
从而导致组织代谢活动紊乱，生长停滞，最终衰老死亡。
此外，由于组织的老化病变也会使多酚氧化酶激活而引起褐变。
2、褐变产生的机理2.1 非酶促褐变非酶促褐变是由于细胞受胁迫或其他不利条件影响所造成的细胞程序化死亡或自然发生的细胞死亡，即坏死形成的褐变现象，并不涉及酚类物质的产生。
将生长正常的愈伤组织转移到含NaCl 的培养基中，组织周围尤其是接触培养基部分发生褐变，但培养基中没有看到扩散的褐化物质。
当温度升高时继代保存时间过长，也会发生此类现象但这种褐变若采取适当措施或者愈伤组织适应了胁迫环境就不再发生了2.2 酶促褐变目前认为植物组织培养中的褐变主要是由酶促褐变引起的，培养材料变褐主要是由伤口处分泌的酚类化合物引起的。
外植体褐变及解决措施
外植体褐变及解决措施外植体褐变及其解决措施褐变是植物组织培养过程中常见的问题。
它与真菌污染和玻璃化冷冻一起被称为植物组织培养的三大难题。
本文针对褐变问题，结合相关数据，对影响褐变的因素进行了综合分析，并针对这些因素提出了相应的解决方案。
褐变是指外植体在培养过程中，自身组织向表面培养基释放褐色物质，以致培养基逐渐变成褐色，外植体也随之进一步变褐而死亡的现象。
一、褐变机理1非酶褐变非酶促褐变是由于细胞受胁迫或其他不利条件影响所造成的细胞程序化死亡或自然发生的细胞死亡，即坏死形成的褐变现象，并不涉及酚类物质的产生。
徐振彪等将生长正常的愈伤组织转移到含nacl的培养基中，组织周围尤其是接触培养基部分发生褐变，但培养基中没有看到扩散的褐化物质。
当温度升高时继代保存时间过长，也会发生此类现象。
但这种褐变若采取适当措施或者愈伤组织适应了胁迫环境就不再发生了。
2.酶促褐变目前认为植物组织培养中的褐变主要是由酶促褐变引起的，培养材料变褐主要是由伤口处分泌的酚类化合物引起的。
酶促褐变如同一般的酶促反应，其发生必须具备三个条件，即酶、底物和氧。
引起褐变的酶有多酚氧化酶(ppo)、过氧化物酶(pod)、苯丙氨酸解氨酶等。
从初次培养和继代培养过程中试管苗的褐变程度和ppo的活性来看，表明ppo活性的高低是引起培养材料褐变的关键。
引起褐变的酶的底物主要是酚类化合物，按其组成可分成3类:苯基羧酸（包括邻羟基苯酚、儿茶酚、没食子酸、莽草酸等），苯丙烷衍生物（包括绿原酸、肉桂酸、香豆酸、咖啡酸、单宁、木质素等），第三类是黄烷衍生物（包括花青素、黄酮、芸香苷等），但并非所有的酚类物质都是ppo的底物。
在正常植物组织中，底物、氧和PPO同时存在而不褐变，因为在正常组织细胞中，多酚分布在液泡中，而PPO分布在各种质体或细胞质中。
这种区域分布使基质和PPO无法接触。
当细胞膜结构发生变化和破坏时，它为酶与PPO接触创造了条件。
在氧气存在下，苯酚被氧化成醌，并进行一系列脱水和聚合反应。
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植物组织培养中的褐变现象及其防止措施摘要：细胞受损后，由于细胞区隔作用被破坏，毒性酚类或其氧化物醌类物质毒害细胞，导致组织褐变，植物组织培养过程中培养低效或失败。
目前认为组织培养中褐变程度主要受外植体材料的基因型、生理状态、种类、大小、预处理、培养条件、培养基及培养方式的影响。
在目前的研究中控制褐变的有效方法主要有低温培养、暗培养、勤转种、添加抗氧化剂、增效剂或吸附剂于培养基中等。
关键词:植物;组织培养;褐变;防治方法褐变是植物组织培养中一种普遍存在的现象，是由于组织中多酚氧化酶被激活，使细胞酚类物质被氧化而产生棕褐色醌类物质，这种褐变现象又被称为酚污染。
多酚类物质及其氧化物醌类物质会抑制其它酶的活性，从而毒害整个外植体，严重影响外植体的脱分化、再分化和生长。
褐变这种现象与菌类污染和过度含水化(即玻璃化)并称植物组织培养的3大难题。
目前褐变已成为植物组织培养发展的一大障碍[1]。
1褐变现象的原因1.1 非酶促褐变非酶促褐变是由于细胞受胁迫或其他不利条件影响所造成的细胞程序化死亡或自然发生的细胞死亡，即坏死形成的褐变现象，并不涉及酚类物质的产生。
诸多不利条件都可以造成细胞的程序化死亡，但这种褐变若采取适当措施或者愈伤组织适应了胁迫环境就不再发生。
1.2 酶促褐变多数认为，植物组织培养中的褐化现象主要是由酶促褐变引起的，即由多酚氧化酶( P PO，Polyphenol Oxidase)作用于天然底物酚类物质而引起的。
在正常条件下,细胞中的酚和醌之间保持一种动态平衡,醌类物质水平较低;而酚氧化酶及其底物分布在正常组织的不同部位，酚类物质分布在细胞的液泡内，酶则分布在各种质体或细胞质内，这种区域性分布致使底物与酶被质膜分隔开来；但当外植体或培养材料处于机械损伤等逆境，或细胞受伤或衰老时，细胞膜结构或细胞中物质区域化分布的破坏会导致酚氧化酶释放或合成，如果此时在合适的pH和温度等条件下，酚氧化酶、酚类(底物)和氧发生酶促氧化反应，形成有毒的棕褐色醌类物质,从而使组织发生褐变。
此外，组织的老化或病变也可激活酚氧化酶而引起褐变。
一般认为,褐化是指外植体或培养材料接种后在组织培养过程中，由于切割造成机械损伤,伤口处分泌出酚类化合物，在有氧的条件下，切面细胞中的酚类物质为多酚氧化酶催化,氧化为醌,醌再通过非酶促反应产生有色物质而导致组织褐变,变成棕褐色或暗褐色,并逐渐扩散到培养基中,抑制细胞内其它酶的活性,影响细胞的正常代谢,毒害整个组织,甚至导致组织死亡。
尤其是木本植物组织的外植体褐变死亡是其培养难度较大的主要因素。
因此,探讨褐化发生的机制及其影响因素,采取有效的防止褐化的措施,是保证植物组织培养成功的关键所在。
2影响褐变的因素2.1基因型不同种植物、同种植物的不同类型或品种，在组织培养中发生褐变的频率和程度都存在差异。
这是由于各种植物表达的多酚类物质种类、含量以及酚氧化酶的种类、活性存在差异，有些植物种类组织培养较易成功，有些则很困难。
一般木本植物的酚类化合物含量比草本植物高，因而在组培过程中更容易发生褐变。
例如在相同的培养基上诱导培养，孝顺竹比小佛肚竹和风尾竹更易褐变[2]。
2.2外植体生理状态材料本身的生理状态不同，接种后褐变的程度也不同。
通常分生部位接种后形成醌类物质少而分化的部分形成醌类物质较多，褐变随着材料的组织木质化程度和年龄而增加。
植物体内酚类化合物的含量受到取材时间的影响。
例如，柿的嫩芽茎尖的多酚氧化酶活性显著高于休眠芽，以嫩枝茎尖为外植体进行培养时易褐变死亡[3]。
同年6月份所取的核桃半木质化新植茎芽萌发率高于冬季休眠芽和4月份嫩枝茎芽腋芽，且褐变率及褐变死亡率都较后两者低[4]。
2.3外植体的种类和大小一般认为，木本植物较草本植物的外植体在培养过程中更容易发生褐变。
外植体小的材料，由于切口所占比例较大而较易发生褐变。
切口越大，酚类物质被氧化的面积就越大，褐变程度越严重[5]。
2.4材料的预处理材料在接种前经过一定预处理可减轻外植体在培养中的褐变。
预处理一般有低温或黑暗条件下预培养；外植体在水或抗氧化剂中切割或浸泡，以减少外植体与氧的接触和使水溶性多酚和醌类物质充分的渗出外植体。
例如竹在培养时外植体在无菌水或半胱氨酸(100mg/L) 溶液中浸泡 2～4 h有利于控制褐变[6]；魔芋培养过程中，在1%的柠檬酸溶液中切割外植体，可有效抑制外植体褐变；黑暗预处理能减轻蝴蝶兰R4品种叶片外植体的褐变程度，其中以预处理10d的褐变最轻;未经暗处理的褐变最重且多酚氧化酶(PPO)活性最大[7]。
2.5培养条件培养过程中,低温比高温有利于抑制褐变，高温会促进酚类氧化;而低温抑制酚类合成，降低多酚氧化酶的活性,减少酚类氧化。
暗培养或弱光培养对抑制褐变也有一定的作用。
例如小佛肚竹在暗培养和弱光(800Lx)下培养的茎尖和茎段的褐变率比在强光(200Lx)下培养有所下降。
2.6培养基及培养方式培养基中过高的糖、丝氨酸浓度会加剧褐变[8]。
在相同浓度下，蔗糖对褐变的抑制效果要优于葡萄糖。
矿质元素也对褐变存在影响，在蝴蝶兰初代过程中，培养基中Fe3+、Cu2+,浓度越高，褐变越严重。
这是由于Fe3+、Cu2+可作为催化剂加速多酚与活性氧(ROS)作用而被氧化为醌类物质。
棉花胚性愈伤组织培养基中，氮源配比不合适也会引起褐变。
曼地亚红豆杉愈伤组织诱导及继代过程中，培养基pH值的变化可引起酚类与酚氧化酶结合部位的改变，从而影响酚类的氧化程度。
而细胞分裂素类激素能促进酚类化合物的合成或刺激多分氧化酶活性提高,加速褐变。
例如，随着6-BA使用浓度增加，可增加牡丹培养中腋芽外植体的褐变和死亡数。
在培养基中加入抗氧化物质可有效降低褐变，例如在对东方杉愈伤组织培养基中加入抗坏血酸250mg/L，亚硫酸钠250mg/L，柠檬酸5000mg/L组合能有效降低褐变;茶条槭带芽茎段进行芽增殖培养的培养基中加入1/2该组合也能有效降低污染和控制褐变。
在蝴蝶兰无菌苗培养基中添加200mg/L谷胱甘肽对分化生长和减少褐变综合效果好;Vc和硫代硫酸钠对褐变抑制作用强,同时也抑制外植体生长分化;活性炭抑制褐变效果好,但抑制分化。
不同的培养方式引起褐变的程度不同，提高愈伤组织和培养基接触面的氧气供给有利于抑制褐变，减少多酚分泌型外植体材料四周的多酚类物质也有利于减少褐变。
有利抑制褐变的培养方式，对不同植物是不同的。
例如曼地亚红豆杉以珍珠岩基质上覆盖滤纸条培养效果最好；而核桃采用液态培养基可减轻外植体的褐变。
在蝴蝶兰培养中 10～15d转瓶,更换新鲜培养基,褐变的比率可明显降低。
在桑树培养中,当转种周期为15d时褐变率为10%，转种周期为30d褐变率为66%[9]。
3防止褐变的措施3.1选择适宜的外植体和培养条件成功的经验表明，选择适当的外植体并建立最佳的培养条件是克服材料褐变的最主要手段[10]。
选择适宜的外植体，材料的年龄、取材部位、材料的大小及外植体受伤害程度等均能对褐变产生影响。
外植体材料应有较强的分生能力，在最适宜的细胞脱分化与再分化的条件下，使外植体处于旺盛的生长状态，便可大大减轻褐变。
一般情况下，取幼龄树新萌发嫩枝条的带芽茎段、嫩叶或茎尖作为外植体，也可采用幼胚来培养。
另外对于某个种的植物进行培养前，在不影响培样目的的情况下，应筛选褐变低的基因型个体。
在培养条件的许多因子中，较为重要的是适宜的元机盐成分、适宜的蔗糖浓度及激素水平。
培养早期的培养基中应含较低浓度的元机盐，降低Fe和Cu浓度或不用这两种离子；在保证正常培养的需求下使用低浓度细胞分裂素；愈伤组织或细胞培养物为异养型，应使培养物获得充足的氧气，以利于分化和生长。
适宜的温度及在黑暗条件下进行培养也可减轻材料的褐变。
易发生褐变的外植体，可先于低温(4～20℃)预培养数小时，也可于黑暗或弱光照下预培养数日后再转入正常培养条件下培养。
外植体受伤害程度直接影响褐变，切割时应尽可能减小伤口面积，并缩短切口在空气中的暴露时间。
随着pH增高，多酚被氧化的作用增强，因此培养基pH值应控制在6.0以下。
组织培养的一些材料产生水解型多酚，这类外植体在培养过程中会由于多酚类物质分泌到培养基中使培养基的颜色加深，并进一步氧化为醌类物质，而多酚类物质及相应的醌类物质会抑制多种酶的活性，从而阻碍外植体对营养物质的主动吸收和转化。
对于培养初期多酚类物质合成分泌的材料可以在液体培养基中预培养一段时间，使酚类物质充分分泌到培养基中，减少外植体内和外植体周围的多酚物质。
对于培养过程中多酚类物质不断合成的材料在培养中要进行转移外植体到新鲜培养基中，一般转移周期在2周左右。
3.2使用抗氧化剂或增效剂组织培养时，在培养基中加入抗氧化剂、增效剂培养或预培养，使用抗氧化剂和增效剂对材料进行预处理，可抑制外植体的酶促褐变。
目前在培养基中一般单独或组合添加V C、V E、β-胡萝卜素、硫代硫酸钠、巯基乙醇、酒石酸、柠檬酸、亚硫酸盐、植酸、二硫苏糖醇等。
V C和柠檬酸主要在早期起作用，随培养时间延长作用消退，亚硫酸钠在中后期作用较好，但亚硫酸盐对植物具有一定毒害作用，不宜单独添加。
也可在有抗氧化剂或增效剂的无菌溶液中切割材料后再接种，这类处理适用于外植体切割后快速氧化的材料。
抗氧化物质对外植体的培养会起到一定的副作用，培养基添加浓度不宜过高，一般在200mg/L以下,且多用于初期培养而不宜长期培养。
还原性抗氧化剂在使用时应注意保持其还原性，因此一般最好过滤除菌使用，而不与培养基一起高温灭菌。
3.3使用吸附剂。