陳桂林

摘 要：浙科版《生物學(xué)》中菊花的組織培養(yǎng)是直接誘導(dǎo)外植體產(chǎn)生叢狀苗，而人教版中則需經(jīng)過(guò)愈傷組織的環(huán)節(jié)，導(dǎo)致這種差異的原因是植物克隆途徑不同。植物克隆通常有三種途徑，其中人教版的方法屬于間接形態(tài)發(fā)生。浙科版強(qiáng)調(diào)外植體帶葉，則有腋芽含分生組織，浙科版中細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素的濃度比遠(yuǎn)高于人教版，而細(xì)胞分裂素能促進(jìn)腋芽萌發(fā)?？梢?jiàn)浙科版的組織培養(yǎng)是誘導(dǎo)腋芽中分生組織產(chǎn)生叢狀苗，屬于分生組織培養(yǎng)途徑，并且得到實(shí)驗(yàn)證明。

關(guān)鍵詞：菊花；組織培養(yǎng)；克隆途徑

一、問(wèn)題的提出

植物組織培養(yǎng)，即植物克隆，是浙科版《生物學(xué)》必修1、選修1和選修3均涉及的重要內(nèi)容。這是2003版課程標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)在教材編寫(xiě)中的體現(xiàn)，即必修1的“舉例說(shuō)明細(xì)胞的全能性”，選修1的“嘗試植物的組織培養(yǎng)”，選修3的“簡(jiǎn)述植物的組織培養(yǎng)”。

浙科版《生物學(xué)》選修1 “植物的組織培養(yǎng)”實(shí)驗(yàn)步驟是先誘導(dǎo)外植體產(chǎn)生叢狀苗、再誘導(dǎo)生根；同樣是菊花的組織培養(yǎng)，人教版《生物》選修1 “菊花的組織培養(yǎng)”實(shí)驗(yàn)步驟不同之處在于先培養(yǎng)外植體獲得愈傷組織，再誘導(dǎo)愈傷組織產(chǎn)生叢狀苗、生根。為什么人教版有誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織這一環(huán)節(jié)，而浙科版的實(shí)驗(yàn)卻沒(méi)有？浙科版在介紹組織培養(yǎng)時(shí)表述為“使之產(chǎn)生愈傷組織，或進(jìn)而生根發(fā)芽”，這種表述是否與所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)（沒(méi)有誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織環(huán)節(jié)）相矛盾呢？

二、問(wèn)題的解釋

經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)及與相關(guān)研究者探討，對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行闡述。

（一）克隆的多條途徑

浙科版選修3對(duì)植物克隆途徑的描述有兩條：一是外植體通過(guò)誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織，再通過(guò)激素調(diào)節(jié)分化出芽，再進(jìn)一步生根；二是通過(guò)愈傷組織建立懸浮細(xì)胞系，通過(guò)誘導(dǎo)產(chǎn)生胚性細(xì)胞進(jìn)而發(fā)育成胚狀體，由胚狀體進(jìn)一步發(fā)育成苗，這也是必修1 “胡蘿卜根細(xì)胞分化成植株”的途徑。這兩條就是通過(guò)愈傷組織形態(tài)建成的兩種方式：不定芽方式和胚狀體方式。另外利用纖維素酶和果膠酶酶解細(xì)胞壁后進(jìn)行原生質(zhì)體培養(yǎng)獲得新植株方式也是通過(guò)上述兩種方式。

顯然，人教版的克隆途徑是上述第一種，即不定芽方式，但是浙科版的克隆不屬于上述兩種情況。那是怎么回事呢？

根據(jù)Debergh P.C[1]的論述，克隆途徑可分為分生組織培養(yǎng)（包括節(jié)培養(yǎng)）、直接形態(tài)發(fā)生和間接形態(tài)發(fā)生，如圖1所示。直接形態(tài)發(fā)生指外植體通過(guò)誘導(dǎo)直接產(chǎn)生芽和胚狀體，如非洲紫羅蘭葉片以及咖啡幼葉等，種類(lèi)較少。間接形態(tài)發(fā)生指外植體通過(guò)愈傷組織階段再生芽、根或產(chǎn)生胚狀體進(jìn)而形成完整植株，如教材中介紹的煙草及胡蘿卜等。分生組織培養(yǎng)指通過(guò)生長(zhǎng)點(diǎn)（分生組織）或莖尖（芽）或節(jié)誘導(dǎo)芽，再經(jīng)過(guò)芽的擴(kuò)增（叢狀苗），叢狀苗的分離進(jìn)而生根獲得再生植株的。浙科版選修1的克隆途徑不屬于直接形態(tài)發(fā)生和間接形態(tài)發(fā)生方式，那么應(yīng)該屬于分生組織培養(yǎng)嗎？

（二）外植體和激素比例的差別分析

比較浙科版和人教版實(shí)驗(yàn)所用的外植體，發(fā)現(xiàn)兩者的差別在于：浙科版以帶一張葉的幼嫩莖段為外植體，而人教版則以幼嫩的莖段為外植體，沒(méi)有強(qiáng)調(diào)是否帶葉。是否帶葉，決定了叢狀苗的來(lái)源是愈傷組織還是本身已存在的腋芽。另外，比較浙科版與人教版菊花組織培養(yǎng)第一階段的培養(yǎng)基，人教版的BA（芐基腺嘌呤）和NAA（萘乙酸）的質(zhì)量濃度均為0.5mg/L，二者質(zhì)量濃度之比為1，目的是誘導(dǎo)菊花愈傷組織的形成。浙科版BA用量是1.5mg/L，NAA用量是0.02mg/L，二者質(zhì)量濃度之比為75：1。根據(jù)細(xì)胞分裂素生理作用特點(diǎn)——促進(jìn)腋芽萌發(fā)[2]，由此推斷，浙科版的發(fā)芽培養(yǎng)基是利于腋芽的萌發(fā)。

很明顯，浙科版菊花組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)意圖是通過(guò)誘導(dǎo)腋芽生長(zhǎng)，進(jìn)而形成叢狀苗，即Debergh P.C所謂的分生組織途徑。鄒永梅[3]在《高中新教材的組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)》中采用的克隆途徑是：用飽滿(mǎn)而未萌發(fā)的側(cè)芽作為外植體，經(jīng)誘導(dǎo)側(cè)芽萌發(fā)、生長(zhǎng)，再增殖出大量無(wú)菌芽。而這里的側(cè)芽和腋芽在植物形態(tài)學(xué)中是相同的概念。

（三）分生組織途徑的益處

頂芽、腋芽都有生長(zhǎng)點(diǎn)即分生組織，組成這一類(lèi)型的細(xì)胞被稱(chēng)之為植物干細(xì)胞，按動(dòng)物干細(xì)胞的特征劃分屬于多能或單能干細(xì)胞，在細(xì)胞分裂素的刺激下均有產(chǎn)生芽的潛能。植物組織培養(yǎng)所形成的愈傷組織或再生植株是由親本細(xì)胞經(jīng)有絲分裂和分化而來(lái)，其遺傳物質(zhì)應(yīng)該是穩(wěn)定的。但事實(shí)上愈傷組織和再生植株中都存在著大量的遺傳變異，如染色體的數(shù)目和結(jié)構(gòu)變異等，這種變異稱(chēng)為“體細(xì)胞無(wú)性系變異”。組織培養(yǎng)遺傳穩(wěn)定性與植物的再生方式有關(guān)，一般用腋芽萌發(fā)方式得到的再生植株基本沒(méi)有變異，但通過(guò)愈傷組織再分化出的不定芽形成的植株中變異率較高[4]。因此利用腋芽獲得再生植株在遺傳上與母株是一致的，避免由于誘導(dǎo)愈傷組織而產(chǎn)生變異，在大規(guī)模植物克隆時(shí)均以腋芽等分生組織培養(yǎng)的方法建立。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，一些農(nóng)作物經(jīng)過(guò)幾代種植，品質(zhì)一般都呈現(xiàn)出不同程度的退化，農(nóng)作物品質(zhì)退化的主要原因是植物病毒的感染。如甘薯、馬鈴薯等無(wú)性繁殖作物容易積累病毒導(dǎo)致產(chǎn)量減少、品質(zhì)降低。為獲得高產(chǎn)和高品質(zhì)，生產(chǎn)中就必須培養(yǎng)出無(wú)病毒苗木，即脫毒苗。植株頂端分生組織一般來(lái)說(shuō)是沒(méi)有（或者只攜帶很少的）病毒，因此常采用莖尖頂端分生組織培養(yǎng)技術(shù)得到無(wú)病植株，達(dá)到脫毒的目的。

三、教學(xué)建議

在浙科版必修1、選修1和選修3教材中都有植物組織培養(yǎng)內(nèi)容，分別側(cè)重于細(xì)胞全能性、生物技術(shù)和總體概述，在教學(xué)設(shè)計(jì)中可以厘清關(guān)系（尤其是多條途徑）、進(jìn)行整合，以利于學(xué)生理解掌握。

浙科版關(guān)于組織培養(yǎng)的表述與所設(shè)計(jì)的組培實(shí)驗(yàn)并不矛盾，只是表述不清，容易造成誤解。組織培養(yǎng)表述為“取一部分植物組織，如葉、芽、莖、根、花瓣或花粉……使之產(chǎn)生愈傷組織，或進(jìn)而生根發(fā)芽”，其中的“或”應(yīng)該是包含了兩條途徑：一是通過(guò)愈傷組織的間接形態(tài)發(fā)生，通過(guò)調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的配比，從愈傷組織誘導(dǎo)出芽和根的頂端分生組織，并由此再生出新的植株；二是若以芽作為外植體，芽自身含有分生組織，可以直接誘導(dǎo)發(fā)芽、生根。

學(xué)生進(jìn)行菊花組織培養(yǎng)時(shí)，建議分別用帶腋芽莖段和不帶腋芽莖段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)方法，可參考殷東林[5]等發(fā)表的論文《菊花莖段組織快繁體系的建立》，該論文可作為浙科版選修1菊花組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充材料。

參考文獻(xiàn)：

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[3]鄒永梅，黃雪方. 高中新教材的組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)[J].生物學(xué)通報(bào)，2007，42（12）：47.

[4]孫立平，章林，王曉娜，任皎.組培快繁應(yīng)重點(diǎn)解決的幾個(gè)問(wèn)題[J].吉林林業(yè)科技，2009，38（4）：46.

[5]殷東林，劉磊，孫偉.菊花莖段組織快繁體系的建立[J].信陽(yáng)農(nóng)業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2013，23（4）：91.