从“菊花组织培养”谈植物的克隆途径

陈桂林

摘 要：浙科版《生物学》中菊花的组织培养是直接诱导外植体产生丛状苗，而人教版中则需经过愈伤组织的环节，导致这种差异的原因是植物克隆途径不同。植物克隆通常有三种途径，其中人教版的方法属于间接形态发生。浙科版强调外植体带叶，则有腋芽含分生组织，浙科版中细胞分裂素与生长素的浓度比远高于人教版，而细胞分裂素能促进腋芽萌发。可见浙科版的组织培养是诱导腋芽中分生组织产生丛状苗，属于分生组织培养途径，并且得到实验证明。

关键词：菊花；组织培养；克隆途径

一、问题的提出

植物组织培养，即植物克隆，是浙科版《生物学》必修1、选修1和选修3均涉及的重要内容。这是2003版课程标准中相关具体内容标准在教材编写中的体现，即必修1的“举例说明细胞的全能性”，选修1的“尝试植物的组织培养”，选修3的“简述植物的组织培养”。

浙科版《生物学》选修1 “植物的组织培养”实验步骤是先诱导外植体产生丛状苗、再诱导生根；同样是菊花的组织培养，人教版《生物》选修1 “菊花的组织培养”实验步骤不同之处在于先培养外植体获得愈伤组织，再诱导愈伤组织产生丛状苗、生根。为什么人教版有诱导产生愈伤组织这一环节，而浙科版的实验却没有？浙科版在介绍组织培养时表述为“使之产生愈伤组织，或进而生根发芽”，这种表述是否與所设计的实验（没有诱导产生愈伤组织环节）相矛盾呢？

二、问题的解释

经过查阅相关文献及与相关研究者探讨，对该问题进行阐述。

（一）克隆的多条途径

浙科版选修3对植物克隆途径的描述有两条：一是外植体通过诱导产生愈伤组织，再通过激素调节分化出芽，再进一步生根；二是通过愈伤组织建立悬浮细胞系，通过诱导产生胚性细胞进而发育成胚状体，由胚状体进一步发育成苗，这也是必修1 “胡萝卜根细胞分化成植株”的途径。这两条就是通过愈伤组织形态建成的两种方式：不定芽方式和胚状体方式。另外利用纤维素酶和果胶酶酶解细胞壁后进行原生质体培养获得新植株方式也是通过上述两种方式。

显然，人教版的克隆途径是上述第一种，即不定芽方式，但是浙科版的克隆不属于上述两种情况。那是怎么回事呢？

根据Debergh P.C[1]的论述，克隆途径可分为分生组织培养（包括节培养）、直接形态发生和间接形态发生，如图1所示。直接形态发生指外植体通过诱导直接产生芽和胚状体，如非洲紫罗兰叶片以及咖啡幼叶等，种类较少。间接形态发生指外植体通过愈伤组织阶段再生芽、根或产生胚状体进而形成完整植株，如教材中介绍的烟草及胡萝卜等。分生组织培养指通过生长点（分生组织）或茎尖（芽）或节诱导芽，再经过芽的扩增（丛状苗），丛状苗的分离进而生根获得再生植株的。浙科版选修1的克隆途径不属于直接形态发生和间接形态发生方式，那么应该属于分生组织培养吗？

（二）外植体和激素比例的差别分析

比较浙科版和人教版实验所用的外植体，发现两者的差别在于：浙科版以带一张叶的幼嫩茎段为外植体，而人教版则以幼嫩的茎段为外植体，没有强调是否带叶。是否带叶，决定了丛状苗的来源是愈伤组织还是本身已存在的腋芽。另外，比较浙科版与人教版菊花组织培养第一阶段的培养基，人教版的BA（苄基腺嘌呤）和NAA（萘乙酸）的质量浓度均为0.5mg/L，二者质量浓度之比为1，目的是诱导菊花愈伤组织的形成。浙科版BA用量是1.5mg/L，NAA用量是0.02mg/L，二者质量浓度之比为75：1。根据细胞分裂素生理作用特点——促进腋芽萌发[2]，由此推断，浙科版的发芽培养基是利于腋芽的萌发。

很明显，浙科版菊花组织培养实验的设计意图是通过诱导腋芽生长，进而形成丛状苗，即Debergh P.C所谓的分生组织途径。邹永梅[3]在《高中新教材的组织培养实验》中采用的克隆途径是：用饱满而未萌发的侧芽作为外植体，经诱导侧芽萌发、生长，再增殖出大量无菌芽。而这里的侧芽和腋芽在植物形态学中是相同的概念。

（三）分生组织途径的益处

顶芽、腋芽都有生长点即分生组织，组成这一类型的细胞被称之为植物干细胞，按动物干细胞的特征划分属于多能或单能干细胞，在细胞分裂素的刺激下均有产生芽的潜能。植物组织培养所形成的愈伤组织或再生植株是由亲本细胞经有丝分裂和分化而来，其遗传物质应该是稳定的。但事实上愈伤组织和再生植株中都存在着大量的遗传变异，如染色体的数目和结构变异等，这种变异称为“体细胞无性系变异”。组织培养遗传稳定性与植物的再生方式有关，一般用腋芽萌发方式得到的再生植株基本没有变异，但通过愈伤组织再分化出的不定芽形成的植株中变异率较高[4]。因此利用腋芽获得再生植株在遗传上与母株是一致的，避免由于诱导愈伤组织而产生变异，在大规模植物克隆时均以腋芽等分生组织培养的方法建立。

在农业生产中，一些农作物经过几代种植，品质一般都呈现出不同程度的退化，农作物品质退化的主要原因是植物病毒的感染。如甘薯、马铃薯等无性繁殖作物容易积累病毒导致产量减少、品质降低。为获得高产和高品质，生产中就必须培养出无病毒苗木，即脱毒苗。植株顶端分生组织一般来说是没有（或者只携带很少的）病毒，因此常采用茎尖顶端分生组织培养技术得到无病植株，达到脱毒的目的。

三、教学建议

在浙科版必修1、选修1和选修3教材中都有植物组织培养内容，分别侧重于细胞全能性、生物技术和总体概述，在教学设计中可以厘清关系（尤其是多条途径）、进行整合，以利于学生理解掌握。

浙科版关于组织培养的表述与所设计的组培实验并不矛盾，只是表述不清，容易造成误解。组织培养表述为“取一部分植物组织，如叶、芽、茎、根、花瓣或花粉……使之产生愈伤组织，或进而生根发芽”，其中的“或”应该是包含了两条途径：一是通过愈伤组织的间接形态发生，通过调节营养物质和生长调节剂的配比，从愈伤组织诱导出芽和根的顶端分生组织，并由此再生出新的植株；二是若以芽作为外植体，芽自身含有分生组织，可以直接诱导发芽、生根。

学生进行菊花组织培养时，建议分别用带腋芽茎段和不带腋芽茎段进行实验，具体实验培养方法，可参考殷东林[5]等发表的论文《菊花茎段组织快繁体系的建立》，该论文可作为浙科版选修1菊花组织培养实验的补充材料。

参考文献：

[1]乔治.E F，阿尔.M A，克勒克.G J De.植物组培快繁（第一卷）：背景.3版[M]. 莽克强 ，译.北京：化学工业出版社，2015：34.

[2]潘瑞炽. 植物生理学[M].北京：高等教育出版社，2008：186.

[3]邹永梅，黄雪方. 高中新教材的组织培养实验[J].生物学通报，2007，42（12）：47.

[4]孙立平，章林，王晓娜，任皎.组培快繁应重点解决的几个问题[J].吉林林业科技，2009，38（4）：46.

[5]殷东林，刘磊，孙伟.菊花茎段组织快繁体系的建立[J].信阳农业高等专科学校学报，2013，23（4）：91.