植物組織培養相關問題釋疑

江蘇 周 芳

(作者單位：江蘇省無錫市第一女子中學)

植物組織培養是人教版(2019)選擇性必修3《生物技術與工程》中第2章第1節的內容，它是指將離體的植物器官、組織或細胞等，培養在人工配制的培養基上，給予適宜的培養條件，誘導其形成完整植株的技術。植物組織培養技術在農業、醫藥、工業等方面有著廣泛的應用，帶來了顯著的社會效益和經濟效益。隨著硬件設施的逐漸完善，現在開設植物組織培養實驗的中學越來越多，甚至有些學校圍繞該內容開設選修課程。但隨著教學和研究的深入，逐漸產生了一些困惑，筆者為了解決這些問題，查閱了相關書籍及文獻，現整理如下，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胞經過誘導后失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞，進而形成植物的愈傷組織的過程，是植物組培的重要過程。在教學過程中，教師一般會強調實現該過程的條件之一是植物要進行離體培養，并給予一定的外界條件，如激素、營養等。學生甚至可能有部分教師潛意識地認為愈傷組織的形成只發生在植物組培過程中，自然條件下(非組培過程)不可能出現體細胞脫分化形成愈傷組織的情況。筆者查閱資料發現，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，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]，即發生了脫分化的現象。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。基部愈傷生根是先從基部切口處產生大量愈傷組織，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，脫分化的現象也可以在植物細胞中發生，教師在授課時，要注意措辭的嚴謹性及表達的合理性，否則非常容易讓學生產生錯覺，造成知識傳授過程中的錯誤理解。

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，筆者曾經也是如此教授的，認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格的暗培養條件。但是楊國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、光照強度3 000 lx)和黑暗條件下培養，16 d后統計愈傷組織誘導率和褐化率。結果顯示，在光暗交替和黑暗條件下，愈傷組織誘導率均能達到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)、強光(3 110～3 310 lx)下培養14 d，愈傷組織誘導率均在90%以上，暗光培養達到100%，弱光和強光下的愈傷組織誘導率分別是97.56%和92.62%，但是強光條件下的愈傷組織的生物量最高，弱光次之，暗光培養最低[3]。所以曹孜義教授指出，有的材料適合暗培養，有的材料則適合光培養，總體而言，暗光更有利于愈傷組織的誘導形成[4]。課堂教學中，教師可以適當查閱資料，以真實的實驗數據為情境載體，引導學生閱讀分析，歸納總結光照強度對愈傷組織誘導的影響的相關內容。如此不僅可以擺脫固化記憶，還能培養學生的綜合能力。

問題3：激素比例與脫分化和再分化的關系

人教版選擇性必修3《生物技術與工程》第37頁進一步探究中提到“你可以設計對照實驗，分別探究不加任何植物激素，生長素用量與細胞分裂素用量的比值為1、比值大于1以及比值小于1時，對實驗結果的影響。”教師在授課時，通常也是以生長素和細胞分裂素的比值為1作為分界點，等于1時，有利于脫分化形成愈傷組織；大于1時，有利于生根；小于1時，誘導發芽。而自然界中的植物千千萬，是否都符合此規律呢？

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，培養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)的花瓣為外植體進行研究，MS作為基本培養基，在激素組合為6-BA1～3 mg/L+NAA1 mg/L或2,4-D1～3 mg/L+KT1 mg/L的范圍內均能誘導出愈傷組織，但以MS+6-BA2 mg/L+NAA1 mg/L的誘導率最高，達到100%；將愈傷組織轉移到MS+6-BA2 mg/L+NAA0.2 mg/L的培養基上，芽的分化率為77.8%[5]；同樣用花瓣(品種：山城之光)作外植體，李名揚等人則在MS+2,4-D0.3 mg/L+NAA1.0 mg/L+ZT(玉米素，細胞分裂素的一種)0.3 mg/L上進行誘導，10 d開始產生愈傷組織[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基上進行培養，葉片、葉柄、莖段在MS+6-BA5.0 mg/L+NAA2.0 mg/L的培養基上培養，誘導愈傷組織效果最好，而腋芽則更適合在MS+6-BA2.0 mg/L+NAA0.2 mg/L的培養基上生長[7]。科研工作者已經建立了很多植物的組培再生體系。

通過分析發現，即使同種生物的不同品種的相同部位作為外植體，誘導愈傷組織的最適宜的激素種類和比例也有所區別；而用同一品種的不同部位作為外植體，誘導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源性激素水平存在差異導致的，植物生長調節劑在培養基中的用量要考慮內源激素的含量。只有準確把握內源激素與外源激素的協同作用，才能有效地操作組織培養中的“激素杠桿”[8]。前文中提到的以生長素與細胞分裂素比值為1作為誘導的“分水嶺”，則可能是內源激素與外源激素的加和，生長素與細胞分裂素的比值為1。植物內源激素水平受環境等多種因素影響，處于不斷波動的動態平衡中，所以不同外植體誘導愈傷組織，培養基中生長素與細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，甚至缺乏生長素，只有細胞分裂素，愈傷組織誘導率也可達到100%，但是此種情況下，愈傷組織褐化率相對較高，不利于進一步增殖分化。

植物組織培養中的激素調控是個相當復雜的問題，在植物的生長發育和適應環境變化的過程中，激素的含量不斷發生變化，各種植物內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，可以適當地傳遞相關信息，讓學生感受生命的神奇和復雜，提升對自然的敬畏及生命的尊重。