《園藝植物離體培養(yǎng)學》課程的實施與改革探索

曾斌，李偉陽

摘要：植物離體組織培養(yǎng)是在植物生理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項植物細胞工程技術(shù)，“園藝植物離體培養(yǎng)學”是園藝專業(yè)重要的專業(yè)必修課程。該文從理論教學、實驗教學及教學方法和教學手段等方面對該課程的內(nèi)容進行重新構(gòu)建，并對改革的效果和存在的問題進行了探討和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：園藝植物離體培養(yǎng)學；課程；改革探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）10-0027-03

近幾十年以來，植物離體組織培養(yǎng)技術(shù)得到了迅速發(fā)展，已滲透到生物學科的各個領(lǐng)域，成為生物學科中的重要研究技術(shù)和手段之一。利用離體組織培養(yǎng)進行快速繁殖是當代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用最廣泛、最有成效的一個領(lǐng)域，在園藝植物方面這一技術(shù)進展尤為迅速。1960年，Morel用蘭花莖尖離體培養(yǎng)脫病毒植株后，國際上相繼建立了蘭花工業(yè)，在蘭花試管快繁高效益的刺激下，觀賞花卉、果樹和蔬菜等園藝植物以及稀有瀕危植物的試管快繁和脫病毒技術(shù)的研究和應(yīng)用取得很大進展，取得了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

為了拓寬學生的知識面，完善學生的知識體系，我校林學與園藝學院的全部園藝相關(guān)專業(yè)從1998年起均開設(shè)了“園藝植物離體培養(yǎng)學”課程。通過該門課程的教學，不但使學生奠定了較強的園藝植物離體組織培養(yǎng)方面的理論基礎(chǔ)，而且還引導學生學會運用所學的知識來解決生產(chǎn)中的問題，提高了其理論聯(lián)系實踐、解決問題和分析問題的能力。在科學技術(shù)迅速發(fā)展的今天，新技術(shù)、新知識與日俱增。因此，在專業(yè)課教學中，教學內(nèi)容應(yīng)反映當今的科技發(fā)展水平。然而，在有限的學時內(nèi)，為了保證學生熟練地掌握組織培養(yǎng)技術(shù)，該課程的重點應(yīng)放在培養(yǎng)學生的實際動手能力上。因此，在保證學生掌握組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)的同時，要加強其實驗操作能力的培養(yǎng)，在講課過程中，注重理論與實際的有機結(jié)合，引導學生運用相關(guān)學科的綜合知識解決實驗過程中的具體問題。

一、課程理論教學內(nèi)容的完善

教學計劃中“園藝植物離體培養(yǎng)學”課程的理論教學部分為24個學時，實驗教學部分為6個學時。因此，提高教學質(zhì)量的關(guān)鍵，首先是科學地完善起理論教學內(nèi)容，充分利用好這24個學時，盡可能地完善學生的知識體系。有關(guān)植物離體組織培養(yǎng)的書籍和教材比較多，有的偏重于基礎(chǔ)性研究的內(nèi)容，涉及具體操作技術(shù)較少；有的只涉及各類植物離體組織培養(yǎng)的技術(shù)操作，缺乏一些系統(tǒng)性、基礎(chǔ)性的知識內(nèi)容，總的看來還沒有一本完全適合園藝專業(yè)的教材。作為一門課程來講，其教學內(nèi)容應(yīng)有一般性的基礎(chǔ)理論，有一般的操作技術(shù)，更應(yīng)有不斷更新的研究成果、進展和經(jīng)驗。而教學內(nèi)容的選擇，孰輕孰重必須根據(jù)學生的特點來決定，要在知識構(gòu)成和技能培養(yǎng)兩個方面尋找平衡點。

作為一門課程，應(yīng)有其完整的體系。根據(jù)經(jīng)驗，學生認為的“有用、沒用”有很大的盲目性，大多根據(jù)自己的認識、好惡作判斷。所以有時學生認為沒有用的部分往往對完善學生的知識構(gòu)成、拓寬學生的視野和思維方式具有不可缺少的作用。因此，教師應(yīng)充分發(fā)揮在教學中的主導作用，注重教學內(nèi)容的科學性、邏輯性和條理性，使教學內(nèi)容既有一定的理論教學深度，又突出實踐性方向?；谶@些特點和要求，“園藝植物離體培養(yǎng)學”課程構(gòu)建了以下幾個模塊的教學內(nèi)容。

模塊一為生物技術(shù)概論部分，包括生物技術(shù)的概念和組成，生物技術(shù)的應(yīng)用及其安全性，植物生物技術(shù)等。通過這部分的學習，學生了解了生物技術(shù)的構(gòu)成及其應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上理解了“21世紀是生物技術(shù)的世紀”的內(nèi)涵。

模塊二為離體培養(yǎng)基礎(chǔ)理論部分，分為9個方面，幾乎涵蓋了植物離體組織培養(yǎng)的所有理論知識點，從植物細胞全能性理論，各種組織、器官、細胞、原生質(zhì)體等外植體的培養(yǎng)，直到植物種質(zhì)資源的試管保存。通過該模塊的學習，可讓學生了解細胞全能性的理論基礎(chǔ)和細胞全能性在離體培養(yǎng)中的基礎(chǔ)性作用；了解脫分化和再分化的理論基礎(chǔ)和基本原理，以及脫分化、再分化在植物再生中的作用；了解脫分化和再分化在解決植物育種和生產(chǎn)方面的理論基礎(chǔ)和離體培養(yǎng)條件對生理生化、代謝機理、遺傳等方面研究的理論意義和方法；理解植物激素和其他培養(yǎng)條件對促進離體培養(yǎng)的作用和原理；理解離體培養(yǎng)中遺傳和變異的原因和機制。

模塊三為實踐創(chuàng)新及優(yōu)化實驗教學內(nèi)容，注重實驗技能訓練和學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，實行實驗?zāi)K化管理，將實驗內(nèi)容與學生科學研究結(jié)合起來。該模塊分為4個層次：第一個層次為基礎(chǔ)性實驗，實驗內(nèi)容基于教材基礎(chǔ)知識，同時注重實驗的寬、廣、精、深，突出對基本理論的驗證、對常見技術(shù)流程的熟悉，包括組織培養(yǎng)實驗室的參觀及常見儀器設(shè)備的使用、器皿及用具的洗滌與環(huán)境消毒、培養(yǎng)基母液的配制與保存、固體培養(yǎng)基的配制與滅菌、植物材料初代培養(yǎng)、繼代增殖擴繁、生根培養(yǎng)、試管苗的馴化與移栽等實驗內(nèi)容。第二層次為創(chuàng)新性實驗，由任課教師給出創(chuàng)新性實驗題目庫，讓學生以小組的形式選做。通過接觸、了解現(xiàn)代組培技術(shù)在園藝植物科學研究中的應(yīng)用，激發(fā)學生的創(chuàng)新性，提升學生的專業(yè)知識與實踐能力。第三層次為科研性實驗：鼓勵學生直接參與到學院老師的科研項目中去，并結(jié)合本科畢業(yè)論文開展相關(guān)研究工作，進一步深化和延伸“園藝植物離體培養(yǎng)學”實驗教學內(nèi)容，在提升學生科研水平的同時，將研究結(jié)果作為本科畢業(yè)論文的內(nèi)容，一舉多得。

模塊三為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，注重并強化產(chǎn)業(yè)化實踐教學和案例教學，以具體的案例為教學材料，增加了相當一部分傳統(tǒng)教材上沒有涉及的內(nèi)容，例如組培苗生產(chǎn)工廠的設(shè)計及工廠化生產(chǎn)、組培苗挑苗分級及切割工藝、組培苗質(zhì)量鑒定與運輸、組培苗成本核算與效益分析等。在教學中通過大量的種苗產(chǎn)業(yè)案例（例如觀賞花卉脫毒與快繁、果樹蔬菜脫毒與快繁、藥用植物的離體培養(yǎng)等），融入多年來外出考察和參加學術(shù)會議積累的實踐資料開展教學，重點闡述了大量元素及其他成分在工業(yè)化生產(chǎn)中的巨大影響，不僅改變了同學們以為植物組織培養(yǎng)只是簡單地調(diào)整激素配比的觀點，而且可使同學們能較為全面地了解產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

二、實驗教學內(nèi)容的構(gòu)建及改革

1.實驗內(nèi)容的構(gòu)建。受學時縮減的限制，實驗安排的重點在于訓練學生的基礎(chǔ)操作技能。其內(nèi)容主要包括：（1）組織培養(yǎng)實驗室的功能介紹和參觀。這部分內(nèi)容，早期在課堂上完成，效果并不理想。因為組織培養(yǎng)實驗室為專用實驗室，實驗室的設(shè)計、構(gòu)造及使用都有特殊的要求，所涉及的功能實驗室儀器設(shè)備較多，且直接影響快速繁殖的效果，所以“空對空”的講解顯得很蒼白。而且，這部分內(nèi)容與做實驗時涉及的內(nèi)容又不可避免地需要重復、強調(diào)，從而造成教學內(nèi)容的重復。因此，在做實驗時再對實驗室和設(shè)備進行逐一的講解、演示，將有利于學生的理解和掌握。（2）培養(yǎng)基的配制和無菌操作的練習。配制培養(yǎng)基是進行快速繁殖的技術(shù)基礎(chǔ)，學生通過實驗可以掌握培養(yǎng)基的配制方法及其滅菌技術(shù)。由于在滅菌過程中有較長的空余時間，所以可充分利用這段時間讓學生進行無菌接種的練習，為下一個實驗打下基礎(chǔ)，提高接種成功率。學生可每人一支試管、一種材料，反復進行練習（不必在接種室進行），直至熟練為止。（3）外植體的接種及觀察。學生通過實驗掌握外植體的處理、消毒以及接種技術(shù)。

2.實驗內(nèi)容的改革。由“實驗”到“試驗”的初步轉(zhuǎn)變從上述可以看出，實驗內(nèi)容主要突出的是學生基本功的訓練，但缺乏系統(tǒng)性以及相應(yīng)技能的培養(yǎng)；而且學生在整個實驗過程中處于較被動的地位，為了做實驗而做實驗，以致于學生上實驗課不認真、抄襲實驗報告的現(xiàn)象較嚴重。提高實驗課教學效果的關(guān)鍵在于提高學生的積極性，實現(xiàn)學生在實驗過程中的主體地位，而這取決于教學內(nèi)容、教學形式的吸引力。經(jīng)過研究分析，要增強教學的吸引力，激發(fā)學生的學習積極性，關(guān)鍵在于實現(xiàn)由“實驗”到“試驗”的轉(zhuǎn)變。在保持實驗內(nèi)容相對穩(wěn)定突出基本功訓練的基礎(chǔ)上，由“實驗”到“試驗”的初步轉(zhuǎn)變關(guān)鍵在于培養(yǎng)基配方的設(shè)計和實驗結(jié)果的處理上。在進行“實驗”時，全班學生使用同一個配方，實驗的結(jié)果也僅僅是計算一下污染率和愈傷組織誘導率，交個機械的實驗報告了事；而對于快速繁殖的核心理論基礎(chǔ)——控制器官分化的激素模式（生長素/細胞分裂素比值的變化對器官形成的調(diào)控）缺乏系統(tǒng)的實踐驗證，這對學生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)是一個缺陷。在進行“試驗”時，則是事先指定一種材料，說明其培養(yǎng)目的，要求學生按實驗小組查閱資料，對實驗方案（培養(yǎng)基配方組合）進行初步設(shè)計；教師在對各方案進行評價的基礎(chǔ)上，確定該次實驗全班學生采納的最終方案，由每個小組完成其中一個處理，數(shù)據(jù)共享。這突破了以往為了做實驗而做實驗、實驗結(jié)果僅僅是根據(jù)公式計算出的“數(shù)字”的局面。得出“數(shù)字”后，實驗還遠未結(jié)束，學生還需要圍繞主題進行分析，把“數(shù)字”轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的“數(shù)據(jù)”，完成論文（非實驗報告）的撰寫。需要強調(diào)的是，為了保證試驗的效果，還必須注意培養(yǎng)材料的選取。根據(jù)這幾年的實施情況，總結(jié)出關(guān)鍵的一點是選材要容易培養(yǎng)，容易成功，能在較短的時間（大半學期）內(nèi)有結(jié)果。更能加強學生的感性認識。

三、改革教學手段，達到最優(yōu)化教學技術(shù)

1.影像資料編制與播放。傳統(tǒng)的教學手段與影像資料相互結(jié)合、補充，靈活多樣地開展教學，使“園藝植物離體培養(yǎng)學”教學更直觀，信息量更大，學生學習激情更高，課堂教學效果更好。教師自編自錄組織培養(yǎng)操作技術(shù)視頻，充分展示了組織培養(yǎng)基本技術(shù)的幾個關(guān)鍵階段：母液及培養(yǎng)基的配置、外植體消毒及接種操作、植物材料無菌培養(yǎng)、不定芽分離切割及生根培養(yǎng)、組培苗室內(nèi)煉苗及移栽技術(shù)等。課堂上教師邊播放影視資料邊做講解，特別講解操作技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及注意點。充分利用影像資料的直觀性，將抽象枯燥的課程內(nèi)容具象化，傳遞更多的課程信息，有效地激發(fā)學生的主觀能動性，使同學們在最短時間內(nèi)掌握基本的操作技術(shù)和管理方法，達到事半功倍的效果。

2.多媒體課件與板書相互結(jié)合。利用多種軟件綜合制作了“園藝植物離體培養(yǎng)學”多媒體課件。該課件圖文并茂，層次清晰，方便快捷。多媒體課件中豐富的圖片、經(jīng)典的表格、精美的錄像和簡潔的文字不僅能很好地展示組織培養(yǎng)的基本程序和一般方法、原理，而且可以讓學生了解到大量的外部信息，開拓了學生的視野課程講授中，教師可以把教學時間主要集中于重點問題的闡述、難點問題的剖析，不再以照本宣科的方式進行教學，明顯改善了課程教學效果。另外，傳統(tǒng)的板書是教學內(nèi)容的一種延伸，也是多媒體課件教學的一種必要補充。如在講解組培苗繼代培養(yǎng)時增殖系數(shù)的變化與計算，工廠化組培苗生產(chǎn)時生長季節(jié)、車間庫存、員工配備、種苗增殖系數(shù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的調(diào)整等知識點，板書便是最好的媒介。

3.網(wǎng)絡(luò)資源的充分利用。針對目前課堂教學學時少、講解內(nèi)容有限的客觀事實，教師在每次課結(jié)束后均會提出一些與組培相關(guān)的問題供學生思考，鼓勵學生充分利用網(wǎng)絡(luò)資源進行深入學習，同時授課教師還為學生提供了大量的植物組織培養(yǎng)精品課程教學網(wǎng)站、國內(nèi)外經(jīng)典教材在線閱讀網(wǎng)站、組培苗工廠化育苗公司網(wǎng)站、組培苗木相關(guān)的科研單位與實習基地網(wǎng)站以及專業(yè)學術(shù)論文與專業(yè)論壇等供學生學習、討論與交流以學生為本、幫助學生形成一種主動探索問題、主動獲取知識及主動解決問題的積極學習方式，將現(xiàn)代信息技術(shù)最大限度地應(yīng)用于課程教學讓學生自主學習，主動參與，發(fā)揮團隊合作精神學生通過網(wǎng)絡(luò)資源提升了學習能力，同時使自身知識結(jié)構(gòu)體系得到進一步完善。

四、存在的問題

在實驗教學實施過程中，存在的主要問題在課程時間的安排上。由于課時的減少，我校的課程教學分上半學期和下半學期進行。可是，實驗接種后，還需要近1個月的時間才能取得數(shù)據(jù)，所以實驗若安排在下半學期進行，可能數(shù)據(jù)還沒有取得學生就臨近放假或面臨各科考試了，這將影響數(shù)據(jù)的收集（也有可能培養(yǎng)材料還沒反應(yīng)，無數(shù)據(jù)可收集）。因此，建議將實驗安排在前半學期進行，使學生有充足的時間收集、分析、處理數(shù)據(jù)，完成論文的撰寫；也使教師有充足的時間進行論文的評閱，完成實驗教學的收尾工作。對實驗教學的改革僅僅是一個初步的探索，今后隨著實驗條件的改善，一方面要進一步爭取在實驗材料選取上實現(xiàn)多樣化，做到每一實驗小組有一種材料，每一實驗小組有一個完整的實驗方案；另一方面要逐步實施完全開放的實驗，以取得更好的教學效果。

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基金項目：新疆農(nóng)業(yè)大學實驗室建設(shè)與管理改革研究項目（2012525）。新疆維吾爾自治區(qū)果樹學重點學科（201007）資助。

作者簡介：曾斌，男，漢，博士，副教授，主要從事園藝植物生物技術(shù)及遺傳育種研究。