植物组织培养相关问题释疑

江苏 周 芳

(作者单位：江苏省无锡市第一女子中学)

植物组织培养是人教版(2019)选择性必修3《生物技术与工程》中第2章第1节的内容，它是指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。植物组织培养技术在农业、医药、工业等方面有着广泛的应用，带来了显著的社会效益和经济效益。随着硬件设施的逐渐完善，现在开设植物组织培养实验的中学越来越多，甚至有些学校围绕该内容开设选修课程。但随着教学和研究的深入，逐渐产生了一些困惑，笔者为了解决这些问题，查阅了相关书籍及文献，现整理如下，与大家交流探讨。

问题1：脱分化形成愈伤组织只发生在植物组培过程中

脱分化形成愈伤组织是指已分化的细胞经过诱导后失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，进而形成植物的愈伤组织的过程，是植物组培的重要过程。在教学过程中，教师一般会强调实现该过程的条件之一是植物要进行离体培养，并给予一定的外界条件，如激素、营养等。学生甚至可能有部分教师潜意识地认为愈伤组织的形成只发生在植物组培过程中，自然条件下(非组培过程)不可能出现体细胞脱分化形成愈伤组织的情况。笔者查阅资料发现，董少鸣以大岩桐健壮植株叶片为材料，将叶炳基部插入清水中，放在阳光不能直射的室内，定期更换清水，15 d左右可在叶柄基部的切口处观察到淡黄色、颗粒状的愈伤组织[1]，即发生了脱分化的现象。而这种情况在植物扦插繁殖中比较常见，枝条扦插后生根，根据生根部位将其分为两种方式：基部愈伤生根型和皮部生根型。基部愈伤生根是先从基部切口处产生大量愈伤组织，再从愈伤组织中分化出不定根，这种生根方式必须通过愈伤组织。因此，在非组培条件下，脱分化的现象也可以在植物细胞中发生，教师在授课时，要注意措辞的严谨性及表达的合理性，否则非常容易让学生产生错觉，造成知识传授过程中的错误理解。

问题2：植物组培过程中，愈伤组织形成一定需要避光

教师在教学过程中常说外植体脱分化形成愈伤组织的条件之一就是避光，笔者曾经也是如此教授的，认为在有光照的情况下不能形成愈伤组织，也就是说愈伤组织的形成是严格的暗培养条件。但是杨国锋等人以苜蓿为材料，将外植体分别置于光暗交替(13 h/d光照、光照强度3 000 lx)和黑暗条件下培养，16 d后统计愈伤组织诱导率和褐化率。结果显示，在光暗交替和黑暗条件下，愈伤组织诱导率均能达到100%，但是褐化率在光暗交替条件下高于黑暗条件[2]。文涛等人以虎杖为外植体，分别于暗光、弱光(1 340～1 560 lx)、强光(3 110～3 310 lx)下培养14 d，愈伤组织诱导率均在90%以上，暗光培养达到100%，弱光和强光下的愈伤组织诱导率分别是97.56%和92.62%，但是强光条件下的愈伤组织的生物量最高，弱光次之，暗光培养最低[3]。所以曹孜义教授指出，有的材料适合暗培养，有的材料则适合光培养，总体而言，暗光更有利于愈伤组织的诱导形成[4]。课堂教学中，教师可以适当查阅资料，以真实的实验数据为情境载体，引导学生阅读分析，归纳总结光照强度对愈伤组织诱导的影响的相关内容。如此不仅可以摆脱固化记忆，还能培养学生的综合能力。

问题3：激素比例与脱分化和再分化的关系

人教版选择性必修3《生物技术与工程》第37页进一步探究中提到“你可以设计对照实验，分别探究不加任何植物激素，生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1、比值大于1以及比值小于1时，对实验结果的影响。”教师在授课时，通常也是以生长素和细胞分裂素的比值为1作为分界点，等于1时，有利于脱分化形成愈伤组织；大于1时，有利于生根；小于1时，诱导发芽。而自然界中的植物千千万，是否都符合此规律呢？

教材以菊花为例，介绍了植物组培的流程。那在菊花脱分化和再分化时，培养基中的激素比例是如何的呢？司怀军等人以“傲霜”(菊花的某一品种)的花瓣为外植体进行研究，MS作为基本培养基，在激素组合为6-BA1～3 mg/L+NAA1 mg/L或2,4-D1～3 mg/L+KT1 mg/L的范围内均能诱导出愈伤组织，但以MS+6-BA2 mg/L+NAA1 mg/L的诱导率最高，达到100%；将愈伤组织转移到MS+6-BA2 mg/L+NAA0.2 mg/L的培养基上，芽的分化率为77.8%[5]；同样用花瓣(品种：山城之光)作外植体，李名扬等人则在MS+2,4-D0.3 mg/L+NAA1.0 mg/L+ZT(玉米素，细胞分裂素的一种)0.3 mg/L上进行诱导，10 d开始产生愈伤组织[6]。王海玲等人更是将菊花的不同部位(叶片、叶柄、茎段、腋芽)作为外植体置于不同激素比例的培养基上进行培养，叶片、叶柄、茎段在MS+6-BA5.0 mg/L+NAA2.0 mg/L的培养基上培养，诱导愈伤组织效果最好，而腋芽则更适合在MS+6-BA2.0 mg/L+NAA0.2 mg/L的培养基上生长[7]。科研工作者已经建立了很多植物的组培再生体系。

通过分析发现，即使同种生物的不同品种的相同部位作为外植体，诱导愈伤组织的最适宜的激素种类和比例也有所区别；而用同一品种的不同部位作为外植体，诱导愈伤组织的激素也有所差别。这可能是由于不同品种或者不同外植体内源性激素水平存在差异导致的，植物生长调节剂在培养基中的用量要考虑内源激素的含量。只有准确把握内源激素与外源激素的协同作用，才能有效地操作组织培养中的“激素杠杆”[8]。前文中提到的以生长素与细胞分裂素比值为1作为诱导的“分水岭”，则可能是内源激素与外源激素的加和，生长素与细胞分裂素的比值为1。植物内源激素水平受环境等多种因素影响，处于不断波动的动态平衡中，所以不同外植体诱导愈伤组织，培养基中生长素与细胞分裂素的浓度配比是1∶1或者比值小于1，偶尔也有大于1的情况，甚至缺乏生长素，只有细胞分裂素，愈伤组织诱导率也可达到100%，但是此种情况下，愈伤组织褐化率相对较高，不利于进一步增殖分化。

植物组织培养中的激素调控是个相当复杂的问题，在植物的生长发育和适应环境变化的过程中，激素的含量不断发生变化，各种植物内源性激素水平的差异加大了植物组培成功的难度。教师在授课时，可以适当地传递相关信息，让学生感受生命的神奇和复杂，提升对自然的敬畏及生命的尊重。