植物愈傷組織培養(yǎng)過程是否需要光照的探究

余林

摘要愈傷組織培養(yǎng)是高中生物學(xué)生物技術(shù)實(shí)踐部分的重要探究實(shí)驗(yàn)，目前關(guān)于愈傷組織培養(yǎng)過程中是否需要光照這一問題存在較大爭議，部分教師在教學(xué)過程中也難以給出肯定的解釋。針對這一問題，本研究以高羊茅（Festuca arundinacea Schreb.）愈傷為材料，進(jìn)行遮光處理。結(jié)果表明，遮光處理下愈傷的細(xì)胞增殖未出現(xiàn)顯著差異；雖然全光照條件下高羊茅組織分化程度更高，但光照條件并不是高羊茅愈傷組織細(xì)胞增殖和組織分化的必要條件。

關(guān)鍵詞 愈傷組織培養(yǎng) 光照 遮光處理 組織分化

中圖分類號G633. 91文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《新課標(biāo)》）的改革在原有理論的基礎(chǔ)上，旨在提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，因此更注重實(shí)驗(yàn)的探究及創(chuàng)新。高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究意識，培養(yǎng)學(xué)生動手能力及探究和創(chuàng)新能力，極大促進(jìn)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。因此，教師應(yīng)重視實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的地位?！坝鷤M織的培養(yǎng)”這一內(nèi)容在常用的人教版、浙科版教材中均被歸為“生物技術(shù)實(shí)踐”這一章節(jié)中，該部分實(shí)驗(yàn)操作沒有具體的劃分，因此多把愈傷組織的培養(yǎng)作為植物組織培養(yǎng)的一個階段。愈傷組織在體外培養(yǎng)過程中會受到多種因素的影響，但關(guān)于光照這一因素目前教學(xué)資料中的說法并不統(tǒng)一，存在較大爭議。在人教版高中生物選修1教材中，菊花莖段愈傷組織培養(yǎng)需要控制日光燈光照條件為12 h/d，而浙科版教材指出菊花愈傷組織的培養(yǎng)及根莖的組織分化均需要光照時長至少為14.5 h/d。但不少研究表明，光照對愈傷組織的培養(yǎng)來說，光照不是—個必需的條件，甚至成為限制因素。針對這一問題，本研究以高羊茅（Festuca arun？ dinacea Schreb.）愈傷組織為材料，通過設(shè)置光照參數(shù)為0 h/d及24 h/d兩種對照，比較兩組愈傷培養(yǎng)、組織分化情況，探究愈傷組織培養(yǎng)及器官分化過程中光照條件的必要性，培養(yǎng)學(xué)生探究意識和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生綜合素養(yǎng)。

1材料與方法

1.1材料

成功誘導(dǎo)的高羊茅愈傷組織、固體培養(yǎng)基、無菌培養(yǎng)皿、光照培養(yǎng)箱等。

1.2方法

（1）獲取成功誘導(dǎo)的高羊茅愈傷組織，將愈傷組織在無菌條件下轉(zhuǎn)移至成分相同的兩個固體培養(yǎng)基中。

（2）培養(yǎng)基對應(yīng)的光照參數(shù)分別設(shè)置為0 h/d及24 h/d，21 d后觀察愈傷組織增殖及組織分化情況。

1.3結(jié)果與討論

結(jié)果表明，遮光處理對愈傷組織的增殖無明顯影響，表明至少對高羊茅的愈傷組織而言，光照并不是其愈傷組織培養(yǎng)的必要條件。同時，遮光處理?xiàng)l件下，愈傷組織也能分化出新芽，但芽偏黃綠色，且分化程度較低；相較而言，24 h/d光照條件下，愈傷組織萌發(fā)出更多嫩綠的新芽，且長勢茁壯。

2討論

在愈傷組織的誘導(dǎo)、細(xì)胞的生長、分裂過程中，黑暗環(huán)境有利于愈傷組織誘導(dǎo)率的提高，形成的愈傷組織形態(tài)良好。此時光照并不是必需的，若給予連續(xù)光照，甚至?xí)绊懫湔０l(fā)育。劉玉民等人以三角楓（Acer buergerianum Miq.）愈傷組織為實(shí)驗(yàn)材料發(fā)現(xiàn)，與黑暗處理相比，連續(xù)光照不利于愈傷組織形成。劉坤等人以岷江百合（Lilium regale）鱗片為外植體誘導(dǎo)的愈傷組織研究發(fā)現(xiàn)，光照條件下，愈傷組織出現(xiàn)了紫色、綠色等不同程度的顏色變化，而黑暗條件下，愈傷組織即表現(xiàn)正常的淡黃色。洪森榮等人對凍后黑暗培養(yǎng)的黃獨(dú)胚性愈傷組織的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行半薄切片觀察。結(jié)果表明，凍后黃獨(dú)胚性愈傷組織直接置于光周期下培養(yǎng)，會造成細(xì)胞排列疏松，局部出現(xiàn)較大的細(xì)胞空隙；而經(jīng)黑暗培養(yǎng)后再置于光周期下培養(yǎng)，細(xì)胞排列較為緊密，空隙較小。本研究發(fā)現(xiàn)，在遮光及全天光照條件下，高羊茅愈傷組織的增殖無顯著的差異，且均未出現(xiàn)褐化、玻璃體等組培過程中常見的問題。這表明不同物種間愈傷組織的培養(yǎng)及增殖條件具有一定的差異性，同時也至少表明，光照并不是高羊茅愈傷組織培養(yǎng)的必要條件。

在愈傷組織分化過程中，光照時間的增加可能會促進(jìn)葉綠素原基轉(zhuǎn)化為葉綠體，加強(qiáng)光合能力，有利于細(xì)胞壁、細(xì)胞器的形態(tài)建成。這可能是本研究中，光照條件下愈傷組織分化程度更高，且長勢茁壯的主要原因。同時，本研究中全光照處理并未引發(fā)褐化現(xiàn)象，但在朱砂根、巖白菜及仙客來等經(jīng)濟(jì)植物的組織培養(yǎng)研究中發(fā)現(xiàn)，光照時間過長會提高多酚氧化酶活性，加速培養(yǎng)組織褐化。此外，在高光脅迫下植物細(xì)胞由于電子逸散會產(chǎn)生活性氧自由基，造成細(xì)胞內(nèi)蛋白的氧化損傷，影響細(xì)胞功能發(fā)揮甚至生存，進(jìn)而抑制愈傷組織生長發(fā)育及分化。對于這些物種的愈傷組織的分化培養(yǎng)，間斷性黑暗處理更有利于避免褐化的發(fā)生。

綜上所述，愈傷組織的培養(yǎng)過程中，由于植物體內(nèi)不含葉綠素，光照并不是必需的；在分化培養(yǎng)階段，光照處理促進(jìn)細(xì)胞器形態(tài)建成有利于組織分化（如本研究），但光照條件也不是這一階段的必要條件，且間斷性的黑暗處理能夠減少持續(xù)光照對植物細(xì)胞的損害，減輕褐化等常見問題。

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