基于天冬组培技术条件优化对植物组织培养课程的实践教学探究

关键词：天冬；培养条件；植物组织培养；教学改革

20世纪初，以植物细胞全能性为理论基础，植物组织培养技术开始蓬勃发展。自应用以来，该技术创造了许多世界瞩目的成就[1]，對挽救濒危植物、植株脱毒、快速繁殖、培育新品种、种苗扩大生产等产生了重要的价值。因此，当前全国众多高校生物学相关专业均开设有植物组织培养理论和实验操作课程[2-4]。

天冬是我国传统中药，最早见于《神农本草经》，为药典收载物种，具有养阴润燥、清肺生津的作用，近代医学研究表明其还有抑菌消炎、抗肿瘤、抗癌细胞等功效[5-6]，在食品和观赏方面也具有极高价值[7-8]，市场需求大，但目前实际生产中种苗生产依旧存在一定困难，难以满足日益扩大的市场需求。按照“十四五”期间规划要求，强调科研成果要向生产力转化，形成产教、产研、产学融合模式[9]。因此，通过组织培养技术的实践操作，让学生基于植物组培技术的基本原理，参与“天冬组培的适宜条件”的探究，解释并归纳不同培养条件对组培结果的影响，让学生在实践课堂上体会到植物的生命活动，同时引导学生反思操作不足之处并建立更优实验设计。

本文以天冬组培条件筛选为例，结合文献汇总、方案设计、数据分析、问题讨论、教学反馈等课程教学思路，使学生建立对植物组织培养的基本概念，加深学习该门课程重要性的认识。通过总结教学过程中存在的问题与不足，探究该课程的改革与创新模式，最终达到培养学生自主思考及科研精神，增强学生对生命科学领域兴趣，强化学生动手实践能力。该研究结果为植物组织培养实验教学改革提供思路的同时，也为培养学生科研能力奠定基础。

一、课程教学背景

植物的组织培养又叫离体培养，指从植物体分离出符合需要的组织、器官或细胞，原生质体等，在无菌条件下接种在含有各种营养物质及植物激素的培养基上进行培养以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的其他产品的技术[10]。目前该项技术理论基础已较全面，且现有植物组培技术体系成熟，应用广泛。但中药材天冬通过组培实现种苗大规模生产还没有显著成果，未能投入生产实践，限制了天冬种植产业发展。结合现实产业发展需要，在现有组培技术成果支持下创新开发天冬组培体系，通过学习理论知识，实践操作方法，为人才培养和产业应用提供支持和保证。

二、研究内容

（一） 教学内容

以天冬为研究对象，教师在理论课时对实验基本原理、操作要领和注意事项加以讲解，由学生完成配置培养基，实践无菌技术操作，植物离体培养中的形态观察等实验步骤。探讨不同部位带芽茎段为外植体、不同消毒试剂及浓度、不同消毒时间对天冬丛生芽诱导的影响。

（二） 实施方案

1、学生实验的安排与设计。教师向学生讲解植物组织培养发展历程、组培技术原理、无菌操作技术要点和注意事项，让学生为实践操作做好准备。参与实验项目的学生人数约30人。随机平均分为5个组，每组6人，一名组长，统筹规划小组总体实验任务与安排。一是学生收集文献资料，查阅并归纳总结，撰写综述。二是基于实验需求和研究思路，设计实验方案，由指导老师对其方案进行可行性分析并提出建议后，开展实验。三是所需研究平台、仪器设备及试剂耗材等均由研究院为学生提供。四是根据研究结果，指导学生完成总结和讨论分析，撰写实验报告。

2、仪器与试剂。天冬外植体采集于贵州大学试验基地，根据设计的实验安排进行外植体处理与接种操作。

千分之一电子天平（C2002， 杭州万特衡器有限公司）；立式压力蒸汽灭菌器（YXQ-100SⅡ，上海博迅实业有限公司）；超净工作台（SW-CJ-2D，上海苏净实业有限公司）；MS培养基（青岛高科技工业园海博生物技术有限公司）；琼脂粉（北京索莱宝科技有限公司）；NAA（北京索莱宝科技有限公司）；6-BA（北京索莱宝科技有限公司）；次氯酸钠（天津富宇精细化工有限公司）；氯化汞（升汞，Sig?ma-Aldric）；75%酒精；所用试剂均为分析纯。

3、方法与结果。第一，诱导培养基配制：准确称取4.74gMS 基础培养基和30g 蔗糖溶于1L 蒸馏水中， 添加0.1mg · L-1NAA和1.0mg · L-16-BA充分搅拌后调节pH至5.8-6.0，转移至组培瓶中高压蒸汽灭菌。第二，外植体部位选择：选取1年生天冬新抽芯枝条的不同部位带芽茎段，置于流水下冲洗2h除去表面灰尘；常规消毒后切至2cm左右长度，接种于诱导培养基，统计诱导率及污染率。第三，消毒试剂配置及时间确定：分别精密称量升汞0.25g、0.5g，溶解后转移至250mL容量瓶中用蒸馏水定容，配置成体积分数为0.1%、0.2%的升汞溶液，同样的方法配置1%、2%的次氯酸钠溶液，用于外植体消毒。两种消毒试剂设置不同的消毒时间，升汞溶液消毒时间梯度为4min、6min、8min；次氯酸钠溶液为：6min、8min、10min。第四，操作步骤：将选取的不同部位带芽茎段外植体流水冲洗4～6h后转移至超净工作台中，切至2cm左右的近端按照消毒设计方案消毒后，搭配75%酒精消毒5min，无菌水冲洗3～4次，滤纸吸干多余水分，接种于诱导培养基中，21d后观察实验结果，统计不同外植体的诱导率与不同消毒试剂、浓度、时间的污染率。第五，实验结果统计：外植体的选择对于构建天冬组织培养快速繁殖体系是关键步骤，试验结果表明，中段带芽茎段诱导不定芽效果最佳，其诱导率达到了73.33%，诱导倍数为2.2倍，其次为下段带芽茎段诱导率为37.78%，诱导倍数为1.23 倍， 而顶端带芽茎段效果较差诱导率只有13.11%，诱导倍数只有0.4倍，顶端诱导效果不明显主要原因为顶端芽较为嫩绿，容易受环境的影响导致枯萎死亡不易诱导出不定芽。而中段芽段，老嫩适中，不容易受环境的影响，更容易具备分化出芽的能力。老段芽段虽然不易受环境的影响，但由于细胞的老化，减缓了分化成芽的概率。

本研究利用不同消毒剂及不同浓度和消毒时间进行试验，结果表明，当次氯酸浓度达到2%时，消毒时间为10min时可大大降低污染率，升汞濃度达到0.2%时，消毒时间达到8min时也能有效降低污染（见图1）。

（三） 实验总结与讨论

完成实验后，各个小组针对结果进行分析，结合讨论和总结，撰写实验报告。指导老师基于学生的操作过程和实验结果，对该实验的注意事项、重难点和下一步的研究计划进行具体分析。

三、教学效果反馈

通过前期课堂理论知识学习，学生对实验原理进行了解，同时查阅资料参与实验方案设计、撰写研究综述、实践操作培训、数据处理分析等，培养了学生主动学习和探究能力，提高了无菌操作技能以及科研思维。第一，通过实验，使学生清楚地知道植物组培的基本操作过程，也进行了无菌实践操作，掌握该项技术核心操作要求；第二，通过实验使学生了解植物组培外植体存活率和污染率与取材部位、消毒剂浓度和消毒时间有重要关系；第三，通过观察天冬组培实验结果，学生明白了组培实验中条件的改变对最终结果的影响，将理论知识可视化，使整个过程更加生动形象；第四，以存活率和污染率为判定指标，对茎段为外植体的组培条件进行筛选，这个过程使学生明白材料差异和操作不同对最终结果的影响；第五，该项目为其他设计性实验课程奠定了良好的基础，进一步开拓了学生的自主创新思维。

四、实验教学反思

（一） 存在问题

1、学习被动。大多数高校开展实验课程都是老师安排，学生跟着老师操作完成，最后撰写一份实验报告。学生对各因素具体影响效果不甚了解，整个过程很多都是机械地重复验证性试验，学生创新性思维得不到有效发挥，理论知识难以深化。

2、开展植物组织培养课程所选取的实验材料单一。通常每种植物都具有其独有特性和特点，而这门课程在生产实践上应用的对象却极为广泛，难以达到普适性。

3、植物组织培养课程相对学时较短。理论学习课时占比大于实践操作，学生真正动手的机会较少。

（二） 解决措施

1、培养学生创新思维和自主学习能力。创新思维模式和良好的自主学习能力，是当代大学生需具备的重要能力，在本次实验课程的教学过程中，通过特定的研究目标，让学生自主查阅文献、视频资料，了解国内外研究进展，挖掘问题，设计技术路线，提出实验方案，明确实验内容，从而达到培养学生创新思维和自主学习能力的目的[11]。

2、材料多元化，面向实际应用。在课程开展时应当准备多种材料，让学生有多项选择，同时实验课程要面向生产，结合当前社会生产实际需要，积极开拓领域。将“产学研”落实到课堂，培养学生为生产服务的意识[12]。

3、理论与实践结合开展。在课程教学过程中，应该让学生尽可能参与实验，教师需结合实验平台对实验进行可行性分析判断，最大程度地满足理论与实践相结合的需求，如在实验开展过程中引入理论知识，结合实际情况进行现场教学，让学生对知识的理解更加深入。

五、总结

植物组织培养课程是一门应用性很强的课程，无论是珍稀植物的保存、繁殖，还是园艺花卉的生产或者生产种用的育苗和脱毒复壮等等，都需要用到组织培养技术的知识。但在很多高校组培课程开展上还停留在表面形式，这限制了学生的开创思维、学习兴趣和自主学习能力，从根本上限制了组培相关技术与产业发展。高校在开展实验课程时需要加强教学改革，实现教、研结合，激发学生自主学习兴趣，主动提出研究内容、设计实验方案并开展实验，使其主观能动性得到充分发挥，使其具有创新思维、开拓精神和实践动手能力。最终推动学科发展，让学生具备新时代人才所要求的职业素养，成为未来产业发展的支柱。

作者简介：刘淼（1991-），女，四川成都人，博士，讲师，研究方向：作物遗传育种。

（责任编辑 冯会利）