從“菊花組織培養”談植物的克隆途徑

陳桂林

摘 要：浙科版《生物學》中菊花的組織培養是直接誘導外植體產生叢狀苗，而人教版中則需經過愈傷組織的環節，導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發生。浙科版強調外植體帶葉，則有腋芽含分生組織，浙科版中細胞分裂素與生長素的濃度比遠高于人教版，而細胞分裂素能促進腋芽萌發?？梢娬憧瓢娴慕M織培養是誘導腋芽中分生組織產生叢狀苗，屬于分生組織培養途徑，并且得到實驗證明。

關鍵詞：菊花；組織培養；克隆途徑

一、問題的提出

植物組織培養，即植物克隆，是浙科版《生物學》必修1、選修1和選修3均涉及的重要內容。這是2003版課程標準中相關具體內容標準在教材編寫中的體現，即必修1的“舉例說明細胞的全能性”，選修1的“嘗試植物的組織培養”，選修3的“簡述植物的組織培養”。

浙科版《生物學》選修1 “植物的組織培養”實驗步驟是先誘導外植體產生叢狀苗、再誘導生根；同樣是菊花的組織培養，人教版《生物》選修1 “菊花的組織培養”實驗步驟不同之處在于先培養外植體獲得愈傷組織，再誘導愈傷組織產生叢狀苗、生根。為什么人教版有誘導產生愈傷組織這一環節，而浙科版的實驗卻沒有？浙科版在介紹組織培養時表述為“使之產生愈傷組織，或進而生根發芽”，這種表述是否與所設計的實驗（沒有誘導產生愈傷組織環節）相矛盾呢？

二、問題的解釋

經過查閱相關文獻及與相關研究者探討，對該問題進行闡述。

（一）克隆的多條途徑

浙科版選修3對植物克隆途徑的描述有兩條：一是外植體通過誘導產生愈傷組織，再通過激素調節分化出芽，再進一步生根；二是通過愈傷組織建立懸浮細胞系，通過誘導產生胚性細胞進而發育成胚狀體，由胚狀體進一步發育成苗，這也是必修1 “胡蘿卜根細胞分化成植株”的途徑。這兩條就是通過愈傷組織形態建成的兩種方式：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胞壁后進行原生質體培養獲得新植株方式也是通過上述兩種方式。

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Debergh P.C[1]的論述，克隆途徑可分為分生組織培養（包括節培養）、直接形態發生和間接形態發生，如圖1所示。直接形態發生指外植體通過誘導直接產生芽和胚狀體，如非洲紫羅蘭葉片以及咖啡幼葉等，種類較少。間接形態發生指外植體通過愈傷組織階段再生芽、根或產生胚狀體進而形成完整植株，如教材中介紹的煙草及胡蘿卜等。分生組織培養指通過生長點（分生組織）或莖尖（芽）或節誘導芽，再經過芽的擴增（叢狀苗），叢狀苗的分離進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發生和間接形態發生方式，那么應該屬于分生組織培養嗎？

（二）外植體和激素比例的差別分析

比較浙科版和人教版實驗所用的外植體，發現兩者的差別在于：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，沒有強調是否帶葉。是否帶葉，決定了叢狀苗的來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第一階段的培養基，人教版的BA（芐基腺嘌呤）和NAA（萘乙酸）的質量濃度均為0.5mg/L，二者質量濃度之比為1，目的是誘導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，二者質量濃度之比為75：1。根據細胞分裂素生理作用特點——促進腋芽萌發[2]，由此推斷，浙科版的發芽培養基是利于腋芽的萌發。

很明顯，浙科版菊花組織培養實驗的設計意圖是通過誘導腋芽生長，進而形成叢狀苗，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實驗》中采用的克隆途徑是：用飽滿而未萌發的側芽作為外植體，經誘導側芽萌發、生長，再增殖出大量無菌芽。而這里的側芽和腋芽在植物形態學中是相同的概念。

（三）分生組織途徑的益處

頂芽、腋芽都有生長點即分生組織，組成這一類型的細胞被稱之為植物干細胞，按動物干細胞的特征劃分屬于多能或單能干細胞，在細胞分裂素的刺激下均有產生芽的潛能。植物組織培養所形成的愈傷組織或再生植株是由親本細胞經有絲分裂和分化而來，其遺傳物質應該是穩定的。但事實上愈傷組織和再生植株中都存在著大量的遺傳變異，如染色體的數目和結構變異等，這種變異稱為“體細胞無性系變異”。組織培養遺傳穩定性與植物的再生方式有關，一般用腋芽萌發方式得到的再生植株基本沒有變異，但通過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，避免由于誘導愈傷組織而產生變異，在大規模植物克隆時均以腋芽等分生組織培養的方法建立。

在農業生產中，一些農作物經過幾代種植，品質一般都呈現出不同程度的退化，農作物品質退化的主要原因是植物病毒的感染。如甘薯、馬鈴薯等無性繁殖作物容易積累病毒導致產量減少、品質降低。為獲得高產和高品質，生產中就必須培養出無病毒苗木，即脫毒苗。植株頂端分生組織一般來說是沒有（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技術得到無病植株，達到脫毒的目的。

三、教學建議

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內容，分別側重于細胞全能性、生物技術和總體概述，在教學設計中可以厘清關系（尤其是多條途徑）、進行整合，以利于學生理解掌握。

浙科版關于組織培養的表述與所設計的組培實驗并不矛盾，只是表述不清，容易造成誤解。組織培養表述為“取一部分植物組織，如葉、芽、莖、根、花瓣或花粉……使之產生愈傷組織，或進而生根發芽”，其中的“或”應該是包含了兩條途徑：一是通過愈傷組織的間接形態發生，通過調節營養物質和生長調節劑的配比，從愈傷組織誘導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，可以直接誘導發芽、生根。

學生進行菊花組織培養時，建議分別用帶腋芽莖段和不帶腋芽莖段進行實驗，具體實驗培養方法，可參考殷東林[5]等發表的論文《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菊花組織培養實驗的補充材料。

參考文獻：

[1]喬治.E F，阿爾.M A，克勒克.G J De.植物組培快繁（第一卷）：背景.3版[M]. 莽克強 ，譯.北京：化學工業出版社，2015：34.

[2]潘瑞熾. 植物生理學[M].北京：高等教育出版社，2008：186.

[3]鄒永梅，黃雪方. 高中新教材的組織培養實驗[J].生物學通報，2007，42（12）：47.

[4]孫立平，章林，王曉娜，任皎.組培快繁應重點解決的幾個問題[J].吉林林業科技，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].信陽農業高等?？茖W校學報，2013，23（4）：91.