植物組織培養(yǎng)相關(guān)問題釋疑

江蘇 周 芳

(作者單位：江蘇省無錫市第一女子中學(xué))

植物組織培養(yǎng)是人教版(2019)選擇性必修3《生物技術(shù)與工程》中第2章第1節(jié)的內(nèi)容，它是指將離體的植物器官、組織或細(xì)胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其形成完整植株的技術(shù)。植物組織培養(yǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、工業(yè)等方面有著廣泛的應(yīng)用，帶來了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。隨著硬件設(shè)施的逐漸完善，現(xiàn)在開設(shè)植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的中學(xué)越來越多，甚至有些學(xué)校圍繞該內(nèi)容開設(shè)選修課程。但隨著教學(xué)和研究的深入，逐漸產(chǎn)生了一些困惑，筆者為了解決這些問題，查閱了相關(guān)書籍及文獻(xiàn)，現(xiàn)整理如下，與大家交流探討。

問題1：脫分化形成愈傷組織只發(fā)生在植物組培過程中

脫分化形成愈傷組織是指已分化的細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)后失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞，進(jìn)而形成植物的愈傷組織的過程，是植物組培的重要過程。在教學(xué)過程中，教師一般會(huì)強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)該過程的條件之一是植物要進(jìn)行離體培養(yǎng)，并給予一定的外界條件，如激素、營(yíng)養(yǎng)等。學(xué)生甚至可能有部分教師潛意識(shí)地認(rèn)為愈傷組織的形成只發(fā)生在植物組培過程中，自然條件下(非組培過程)不可能出現(xiàn)體細(xì)胞脫分化形成愈傷組織的情況。筆者查閱資料發(fā)現(xiàn)，董少鳴以大巖桐健壯植株葉片為材料，將葉炳基部插入清水中，放在陽光不能直射的室內(nèi)，定期更換清水，15 d左右可在葉柄基部的切口處觀察到淡黃色、顆粒狀的愈傷組織[1]，即發(fā)生了脫分化的現(xiàn)象。而這種情況在植物扦插繁殖中比較常見，枝條扦插后生根，根據(jù)生根部位將其分為兩種方式：基部愈傷生根型和皮部生根型?；坑鷤窍葟幕壳锌谔幃a(chǎn)生大量愈傷組織，再從愈傷組織中分化出不定根，這種生根方式必須通過愈傷組織。因此，在非組培條件下，脫分化的現(xiàn)象也可以在植物細(xì)胞中發(fā)生，教師在授課時(shí)，要注意措辭的嚴(yán)謹(jǐn)性及表達(dá)的合理性，否則非常容易讓學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)覺，造成知識(shí)傳授過程中的錯(cuò)誤理解。

問題2：植物組培過程中，愈傷組織形成一定需要避光

教師在教學(xué)過程中常說外植體脫分化形成愈傷組織的條件之一就是避光，筆者曾經(jīng)也是如此教授的，認(rèn)為在有光照的情況下不能形成愈傷組織，也就是說愈傷組織的形成是嚴(yán)格的暗培養(yǎng)條件。但是楊國(guó)鋒等人以苜蓿為材料，將外植體分別置于光暗交替(13 h/d光照、光照強(qiáng)度3 000 lx)和黑暗條件下培養(yǎng)，16 d后統(tǒng)計(jì)愈傷組織誘導(dǎo)率和褐化率。結(jié)果顯示，在光暗交替和黑暗條件下，愈傷組織誘導(dǎo)率均能達(dá)到100%，但是褐化率在光暗交替條件下高于黑暗條件[2]。文濤等人以虎杖為外植體，分別于暗光、弱光(1 340～1 560 lx)、強(qiáng)光(3 110～3 310 lx)下培養(yǎng)14 d，愈傷組織誘導(dǎo)率均在90%以上，暗光培養(yǎng)達(dá)到100%，弱光和強(qiáng)光下的愈傷組織誘導(dǎo)率分別是97.56%和92.62%，但是強(qiáng)光條件下的愈傷組織的生物量最高，弱光次之，暗光培養(yǎng)最低[3]。所以曹孜義教授指出，有的材料適合暗培養(yǎng)，有的材料則適合光培養(yǎng)，總體而言，暗光更有利于愈傷組織的誘導(dǎo)形成[4]。課堂教學(xué)中，教師可以適當(dāng)查閱資料，以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為情境載體，引導(dǎo)學(xué)生閱讀分析，歸納總結(jié)光照強(qiáng)度對(duì)愈傷組織誘導(dǎo)的影響的相關(guān)內(nèi)容。如此不僅可以擺脫固化記憶，還能培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

問題3：激素比例與脫分化和再分化的關(guān)系

人教版選擇性必修3《生物技術(shù)與工程》第37頁進(jìn)一步探究中提到“你可以設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，分別探究不加任何植物激素，生長(zhǎng)素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值為1、比值大于1以及比值小于1時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響?！苯處熢谑谡n時(shí)，通常也是以生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比值為1作為分界點(diǎn)，等于1時(shí)，有利于脫分化形成愈傷組織；大于1時(shí)，有利于生根；小于1時(shí)，誘導(dǎo)發(fā)芽。而自然界中的植物千千萬，是否都符合此規(guī)律呢？

教材以菊花為例，介紹了植物組培的流程。那在菊花脫分化和再分化時(shí)，培養(yǎng)基中的激素比例是如何的呢？司懷軍等人以“傲霜”(菊花的某一品種)的花瓣為外植體進(jìn)行研究，MS作為基本培養(yǎng)基，在激素組合為6-BA1～3 mg/L+NAA1 mg/L或2,4-D1～3 mg/L+KT1 mg/L的范圍內(nèi)均能誘導(dǎo)出愈傷組織，但以MS+6-BA2 mg/L+NAA1 mg/L的誘導(dǎo)率最高，達(dá)到100%；將愈傷組織轉(zhuǎn)移到MS+6-BA2 mg/L+NAA0.2 mg/L的培養(yǎng)基上，芽的分化率為77.8%[5]；同樣用花瓣(品種：山城之光)作外植體，李名揚(yáng)等人則在MS+2,4-D0.3 mg/L+NAA1.0 mg/L+ZT(玉米素，細(xì)胞分裂素的一種)0.3 mg/L上進(jìn)行誘導(dǎo)，10 d開始產(chǎn)生愈傷組織[6]。王海玲等人更是將菊花的不同部位(葉片、葉柄、莖段、腋芽)作為外植體置于不同激素比例的培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)，葉片、葉柄、莖段在MS+6-BA5.0 mg/L+NAA2.0 mg/L的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，誘導(dǎo)愈傷組織效果最好，而腋芽則更適合在MS+6-BA2.0 mg/L+NAA0.2 mg/L的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)[7]。科研工作者已經(jīng)建立了很多植物的組培再生體系。

通過分析發(fā)現(xiàn)，即使同種生物的不同品種的相同部位作為外植體，誘導(dǎo)愈傷組織的最適宜的激素種類和比例也有所區(qū)別；而用同一品種的不同部位作為外植體，誘導(dǎo)愈傷組織的激素也有所差別。這可能是由于不同品種或者不同外植體內(nèi)源性激素水平存在差異導(dǎo)致的，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在培養(yǎng)基中的用量要考慮內(nèi)源激素的含量。只有準(zhǔn)確把握內(nèi)源激素與外源激素的協(xié)同作用，才能有效地操作組織培養(yǎng)中的“激素杠桿”[8]。前文中提到的以生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素比值為1作為誘導(dǎo)的“分水嶺”，則可能是內(nèi)源激素與外源激素的加和，生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的比值為1。植物內(nèi)源激素水平受環(huán)境等多種因素影響，處于不斷波動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡中，所以不同外植體誘導(dǎo)愈傷組織，培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的濃度配比是1∶1或者比值小于1，偶爾也有大于1的情況，甚至缺乏生長(zhǎng)素，只有細(xì)胞分裂素，愈傷組織誘導(dǎo)率也可達(dá)到100%，但是此種情況下，愈傷組織褐化率相對(duì)較高，不利于進(jìn)一步增殖分化。

植物組織培養(yǎng)中的激素調(diào)控是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育和適應(yīng)環(huán)境變化的過程中，激素的含量不斷發(fā)生變化，各種植物內(nèi)源性激素水平的差異加大了植物組培成功的難度。教師在授課時(shí)，可以適當(dāng)?shù)貍鬟f相關(guān)信息，讓學(xué)生感受生命的神奇和復(fù)雜，提升對(duì)自然的敬畏及生命的尊重。