《園藝植物離體培養(yǎng)學(xué)》課程的實(shí)施與改革探索

曾斌，李偉陽

摘要：植物離體組織培養(yǎng)是在植物生理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)植物細(xì)胞工程技術(shù)，“園藝植物離體培養(yǎng)學(xué)”是園藝專業(yè)重要的專業(yè)必修課程。該文從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面對(duì)該課程的內(nèi)容進(jìn)行重新構(gòu)建，并對(duì)改革的效果和存在的問題進(jìn)行了探討和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：園藝植物離體培養(yǎng)學(xué)；課程；改革探索

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）10-0027-03

近幾十年以來，植物離體組織培養(yǎng)技術(shù)得到了迅速發(fā)展，已滲透到生物學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域，成為生物學(xué)科中的重要研究技術(shù)和手段之一。利用離體組織培養(yǎng)進(jìn)行快速繁殖是當(dāng)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用最廣泛、最有成效的一個(gè)領(lǐng)域，在園藝植物方面這一技術(shù)進(jìn)展尤為迅速。1960年，Morel用蘭花莖尖離體培養(yǎng)脫病毒植株后，國際上相繼建立了蘭花工業(yè)，在蘭花試管快繁高效益的刺激下，觀賞花卉、果樹和蔬菜等園藝植物以及稀有瀕危植物的試管快繁和脫病毒技術(shù)的研究和應(yīng)用取得很大進(jìn)展，取得了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

為了拓寬學(xué)生的知識(shí)面，完善學(xué)生的知識(shí)體系，我校林學(xué)與園藝學(xué)院的全部園藝相關(guān)專業(yè)從1998年起均開設(shè)了“園藝植物離體培養(yǎng)學(xué)”課程。通過該門課程的教學(xué)，不但使學(xué)生奠定了較強(qiáng)的園藝植物離體組織培養(yǎng)方面的理論基礎(chǔ)，而且還引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來解決生產(chǎn)中的問題，提高了其理論聯(lián)系實(shí)踐、解決問題和分析問題的能力。在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，新技術(shù)、新知識(shí)與日俱增。因此，在專業(yè)課教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)反映當(dāng)今的科技發(fā)展水平。然而，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，為了保證學(xué)生熟練地掌握組織培養(yǎng)技術(shù)，該課程的重點(diǎn)應(yīng)放在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力上。因此，在保證學(xué)生掌握組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)的同時(shí)，要加強(qiáng)其實(shí)驗(yàn)操作能力的培養(yǎng)，在講課過程中，注重理論與實(shí)際的有機(jī)結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用相關(guān)學(xué)科的綜合知識(shí)解決實(shí)驗(yàn)過程中的具體問題。

一、課程理論教學(xué)內(nèi)容的完善

教學(xué)計(jì)劃中“園藝植物離體培養(yǎng)學(xué)”課程的理論教學(xué)部分為24個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分為6個(gè)學(xué)時(shí)。因此，提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵，首先是科學(xué)地完善起理論教學(xué)內(nèi)容，充分利用好這24個(gè)學(xué)時(shí)，盡可能地完善學(xué)生的知識(shí)體系。有關(guān)植物離體組織培養(yǎng)的書籍和教材比較多，有的偏重于基礎(chǔ)性研究的內(nèi)容，涉及具體操作技術(shù)較少；有的只涉及各類植物離體組織培養(yǎng)的技術(shù)操作，缺乏一些系統(tǒng)性、基礎(chǔ)性的知識(shí)內(nèi)容，總的看來還沒有一本完全適合園藝專業(yè)的教材。作為一門課程來講，其教學(xué)內(nèi)容應(yīng)有一般性的基礎(chǔ)理論，有一般的操作技術(shù)，更應(yīng)有不斷更新的研究成果、進(jìn)展和經(jīng)驗(yàn)。而教學(xué)內(nèi)容的選擇，孰輕孰重必須根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)來決定，要在知識(shí)構(gòu)成和技能培養(yǎng)兩個(gè)方面尋找平衡點(diǎn)。

作為一門課程，應(yīng)有其完整的體系。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生認(rèn)為的“有用、沒用”有很大的盲目性，大多根據(jù)自己的認(rèn)識(shí)、好惡作判斷。所以有時(shí)學(xué)生認(rèn)為沒有用的部分往往對(duì)完善學(xué)生的知識(shí)構(gòu)成、拓寬學(xué)生的視野和思維方式具有不可缺少的作用。因此，教師應(yīng)充分發(fā)揮在教學(xué)中的主導(dǎo)作用，注重教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性、邏輯性和條理性，使教學(xué)內(nèi)容既有一定的理論教學(xué)深度，又突出實(shí)踐性方向?；谶@些特點(diǎn)和要求，“園藝植物離體培養(yǎng)學(xué)”課程構(gòu)建了以下幾個(gè)模塊的教學(xué)內(nèi)容。

模塊一為生物技術(shù)概論部分，包括生物技術(shù)的概念和組成，生物技術(shù)的應(yīng)用及其安全性，植物生物技術(shù)等。通過這部分的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解了生物技術(shù)的構(gòu)成及其應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上理解了“21世紀(jì)是生物技術(shù)的世紀(jì)”的內(nèi)涵。

模塊二為離體培養(yǎng)基礎(chǔ)理論部分，分為9個(gè)方面，幾乎涵蓋了植物離體組織培養(yǎng)的所有理論知識(shí)點(diǎn)，從植物細(xì)胞全能性理論，各種組織、器官、細(xì)胞、原生質(zhì)體等外植體的培養(yǎng)，直到植物種質(zhì)資源的試管保存。通過該模塊的學(xué)習(xí)，可讓學(xué)生了解細(xì)胞全能性的理論基礎(chǔ)和細(xì)胞全能性在離體培養(yǎng)中的基礎(chǔ)性作用；了解脫分化和再分化的理論基礎(chǔ)和基本原理，以及脫分化、再分化在植物再生中的作用；了解脫分化和再分化在解決植物育種和生產(chǎn)方面的理論基礎(chǔ)和離體培養(yǎng)條件對(duì)生理生化、代謝機(jī)理、遺傳等方面研究的理論意義和方法；理解植物激素和其他培養(yǎng)條件對(duì)促進(jìn)離體培養(yǎng)的作用和原理；理解離體培養(yǎng)中遺傳和變異的原因和機(jī)制。

模塊三為實(shí)踐創(chuàng)新及優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，注重實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練和學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，實(shí)行實(shí)驗(yàn)?zāi)K化管理，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)生科學(xué)研究結(jié)合起來。該模塊分為4個(gè)層次：第一個(gè)層次為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基于教材基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)注重實(shí)驗(yàn)的寬、廣、精、深，突出對(duì)基本理論的驗(yàn)證、對(duì)常見技術(shù)流程的熟悉，包括組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室的參觀及常見儀器設(shè)備的使用、器皿及用具的洗滌與環(huán)境消毒、培養(yǎng)基母液的配制與保存、固體培養(yǎng)基的配制與滅菌、植物材料初代培養(yǎng)、繼代增殖擴(kuò)繁、生根培養(yǎng)、試管苗的馴化與移栽等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。第二層次為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，由任課教師給出創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)題目庫，讓學(xué)生以小組的形式選做。通過接觸、了解現(xiàn)代組培技術(shù)在園藝植物科學(xué)研究中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性，提升學(xué)生的專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐能力。第三層次為科研性實(shí)驗(yàn)：鼓勵(lì)學(xué)生直接參與到學(xué)院老師的科研項(xiàng)目中去，并結(jié)合本科畢業(yè)論文開展相關(guān)研究工作，進(jìn)一步深化和延伸“園藝植物離體培養(yǎng)學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，在提升學(xué)生科研水平的同時(shí)，將研究結(jié)果作為本科畢業(yè)論文的內(nèi)容，一舉多得。

模塊三為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，注重并強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐教學(xué)和案例教學(xué)，以具體的案例為教學(xué)材料，增加了相當(dāng)一部分傳統(tǒng)教材上沒有涉及的內(nèi)容，例如組培苗生產(chǎn)工廠的設(shè)計(jì)及工廠化生產(chǎn)、組培苗挑苗分級(jí)及切割工藝、組培苗質(zhì)量鑒定與運(yùn)輸、組培苗成本核算與效益分析等。在教學(xué)中通過大量的種苗產(chǎn)業(yè)案例（例如觀賞花卉脫毒與快繁、果樹蔬菜脫毒與快繁、藥用植物的離體培養(yǎng)等），融入多年來外出考察和參加學(xué)術(shù)會(huì)議積累的實(shí)踐資料開展教學(xué)，重點(diǎn)闡述了大量元素及其他成分在工業(yè)化生產(chǎn)中的巨大影響，不僅改變了同學(xué)們以為植物組織培養(yǎng)只是簡單地調(diào)整激素配比的觀點(diǎn)，而且可使同學(xué)們能較為全面地了解產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建及改革

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的構(gòu)建。受學(xué)時(shí)縮減的限制，實(shí)驗(yàn)安排的重點(diǎn)在于訓(xùn)練學(xué)生的基礎(chǔ)操作技能。其內(nèi)容主要包括：（1）組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室的功能介紹和參觀。這部分內(nèi)容，早期在課堂上完成，效果并不理想。因?yàn)榻M織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室為專用實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)、構(gòu)造及使用都有特殊的要求，所涉及的功能實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備較多，且直接影響快速繁殖的效果，所以“空對(duì)空”的講解顯得很蒼白。而且，這部分內(nèi)容與做實(shí)驗(yàn)時(shí)涉及的內(nèi)容又不可避免地需要重復(fù)、強(qiáng)調(diào)，從而造成教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)。因此，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)再對(duì)實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備進(jìn)行逐一的講解、演示，將有利于學(xué)生的理解和掌握。（2）培養(yǎng)基的配制和無菌操作的練習(xí)。配制培養(yǎng)基是進(jìn)行快速繁殖的技術(shù)基礎(chǔ)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)可以掌握培養(yǎng)基的配制方法及其滅菌技術(shù)。由于在滅菌過程中有較長的空余時(shí)間，所以可充分利用這段時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行無菌接種的練習(xí)，為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)，提高接種成功率。學(xué)生可每人一支試管、一種材料，反復(fù)進(jìn)行練習(xí)（不必在接種室進(jìn)行），直至熟練為止。（3）外植體的接種及觀察。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)掌握外植體的處理、消毒以及接種技術(shù)。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革。由“實(shí)驗(yàn)”到“試驗(yàn)”的初步轉(zhuǎn)變從上述可以看出，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要突出的是學(xué)生基本功的訓(xùn)練，但缺乏系統(tǒng)性以及相應(yīng)技能的培養(yǎng)；而且學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中處于較被動(dòng)的地位，為了做實(shí)驗(yàn)而做實(shí)驗(yàn)，以致于學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課不認(rèn)真、抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象較嚴(yán)重。提高實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果的關(guān)鍵在于提高學(xué)生的積極性，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的主體地位，而這取決于教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式的吸引力。經(jīng)過研究分析，要增強(qiáng)教學(xué)的吸引力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)由“實(shí)驗(yàn)”到“試驗(yàn)”的轉(zhuǎn)變。在保持實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)穩(wěn)定突出基本功訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，由“實(shí)驗(yàn)”到“試驗(yàn)”的初步轉(zhuǎn)變關(guān)鍵在于培養(yǎng)基配方的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理上。在進(jìn)行“實(shí)驗(yàn)”時(shí)，全班學(xué)生使用同一個(gè)配方，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也僅僅是計(jì)算一下污染率和愈傷組織誘導(dǎo)率，交個(gè)機(jī)械的實(shí)驗(yàn)報(bào)告了事；而對(duì)于快速繁殖的核心理論基礎(chǔ)——控制器官分化的激素模式（生長素/細(xì)胞分裂素比值的變化對(duì)器官形成的調(diào)控）缺乏系統(tǒng)的實(shí)踐驗(yàn)證，這對(duì)學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)是一個(gè)缺陷。在進(jìn)行“試驗(yàn)”時(shí)，則是事先指定一種材料，說明其培養(yǎng)目的，要求學(xué)生按實(shí)驗(yàn)小組查閱資料，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案（培養(yǎng)基配方組合）進(jìn)行初步設(shè)計(jì)；教師在對(duì)各方案進(jìn)行評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，確定該次實(shí)驗(yàn)全班學(xué)生采納的最終方案，由每個(gè)小組完成其中一個(gè)處理，數(shù)據(jù)共享。這突破了以往為了做實(shí)驗(yàn)而做實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果僅僅是根據(jù)公式計(jì)算出的“數(shù)字”的局面。得出“數(shù)字”后，實(shí)驗(yàn)還遠(yuǎn)未結(jié)束，學(xué)生還需要圍繞主題進(jìn)行分析，把“數(shù)字”轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的“數(shù)據(jù)”，完成論文（非實(shí)驗(yàn)報(bào)告）的撰寫。需要強(qiáng)調(diào)的是，為了保證試驗(yàn)的效果，還必須注意培養(yǎng)材料的選取。根據(jù)這幾年的實(shí)施情況，總結(jié)出關(guān)鍵的一點(diǎn)是選材要容易培養(yǎng)，容易成功，能在較短的時(shí)間（大半學(xué)期）內(nèi)有結(jié)果。更能加強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

三、改革教學(xué)手段，達(dá)到最優(yōu)化教學(xué)技術(shù)

1.影像資料編制與播放。傳統(tǒng)的教學(xué)手段與影像資料相互結(jié)合、補(bǔ)充，靈活多樣地開展教學(xué)，使“園藝植物離體培養(yǎng)學(xué)”教學(xué)更直觀，信息量更大，學(xué)生學(xué)習(xí)激情更高，課堂教學(xué)效果更好。教師自編自錄組織培養(yǎng)操作技術(shù)視頻，充分展示了組織培養(yǎng)基本技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵階段：母液及培養(yǎng)基的配置、外植體消毒及接種操作、植物材料無菌培養(yǎng)、不定芽分離切割及生根培養(yǎng)、組培苗室內(nèi)煉苗及移栽技術(shù)等。課堂上教師邊播放影視資料邊做講解，特別講解操作技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及注意點(diǎn)。充分利用影像資料的直觀性，將抽象枯燥的課程內(nèi)容具象化，傳遞更多的課程信息，有效地激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使同學(xué)們?cè)谧疃虝r(shí)間內(nèi)掌握基本的操作技術(shù)和管理方法，達(dá)到事半功倍的效果。

2.多媒體課件與板書相互結(jié)合。利用多種軟件綜合制作了“園藝植物離體培養(yǎng)學(xué)”多媒體課件。該課件圖文并茂，層次清晰，方便快捷。多媒體課件中豐富的圖片、經(jīng)典的表格、精美的錄像和簡潔的文字不僅能很好地展示組織培養(yǎng)的基本程序和一般方法、原理，而且可以讓學(xué)生了解到大量的外部信息，開拓了學(xué)生的視野課程講授中，教師可以把教學(xué)時(shí)間主要集中于重點(diǎn)問題的闡述、難點(diǎn)問題的剖析，不再以照本宣科的方式進(jìn)行教學(xué)，明顯改善了課程教學(xué)效果。另外，傳統(tǒng)的板書是教學(xué)內(nèi)容的一種延伸，也是多媒體課件教學(xué)的一種必要補(bǔ)充。如在講解組培苗繼代培養(yǎng)時(shí)增殖系數(shù)的變化與計(jì)算，工廠化組培苗生產(chǎn)時(shí)生長季節(jié)、車間庫存、員工配備、種苗增殖系數(shù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的調(diào)整等知識(shí)點(diǎn)，板書便是最好的媒介。

3.網(wǎng)絡(luò)資源的充分利用。針對(duì)目前課堂教學(xué)學(xué)時(shí)少、講解內(nèi)容有限的客觀事實(shí)，教師在每次課結(jié)束后均會(huì)提出一些與組培相關(guān)的問題供學(xué)生思考，鼓勵(lì)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，同時(shí)授課教師還為學(xué)生提供了大量的植物組織培養(yǎng)精品課程教學(xué)網(wǎng)站、國內(nèi)外經(jīng)典教材在線閱讀網(wǎng)站、組培苗工廠化育苗公司網(wǎng)站、組培苗木相關(guān)的科研單位與實(shí)習(xí)基地網(wǎng)站以及專業(yè)學(xué)術(shù)論文與專業(yè)論壇等供學(xué)生學(xué)習(xí)、討論與交流以學(xué)生為本、幫助學(xué)生形成一種主動(dòng)探索問題、主動(dòng)獲取知識(shí)及主動(dòng)解決問題的積極學(xué)習(xí)方式，將現(xiàn)代信息技術(shù)最大限度地應(yīng)用于課程教學(xué)讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)參與，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作精神學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)資源提升了學(xué)習(xí)能力，同時(shí)使自身知識(shí)結(jié)構(gòu)體系得到進(jìn)一步完善。

四、存在的問題

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程中，存在的主要問題在課程時(shí)間的安排上。由于課時(shí)的減少，我校的課程教學(xué)分上半學(xué)期和下半學(xué)期進(jìn)行?？墒?，實(shí)驗(yàn)接種后，還需要近1個(gè)月的時(shí)間才能取得數(shù)據(jù)，所以實(shí)驗(yàn)若安排在下半學(xué)期進(jìn)行，可能數(shù)據(jù)還沒有取得學(xué)生就臨近放假或面臨各科考試了，這將影響數(shù)據(jù)的收集（也有可能培養(yǎng)材料還沒反應(yīng)，無數(shù)據(jù)可收集）。因此，建議將實(shí)驗(yàn)安排在前半學(xué)期進(jìn)行，使學(xué)生有充足的時(shí)間收集、分析、處理數(shù)據(jù)，完成論文的撰寫；也使教師有充足的時(shí)間進(jìn)行論文的評(píng)閱，完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的收尾工作。對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革僅僅是一個(gè)初步的探索，今后隨著實(shí)驗(yàn)條件的改善，一方面要進(jìn)一步爭取在實(shí)驗(yàn)材料選取上實(shí)現(xiàn)多樣化，做到每一實(shí)驗(yàn)小組有一種材料，每一實(shí)驗(yàn)小組有一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)方案；另一方面要逐步實(shí)施完全開放的實(shí)驗(yàn)，以取得更好的教學(xué)效果。

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基金項(xiàng)目：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理改革研究項(xiàng)目（2012525）。新疆維吾爾自治區(qū)果樹學(xué)重點(diǎn)學(xué)科（201007）資助。

作者簡介：曾斌，男，漢，博士，副教授，主要從事園藝植物生物技術(shù)及遺傳育種研究。