植物細胞工程實驗教學改革探討

胡鐵柱

摘要：針對在植物細胞工程實驗教學中進行的改革和探索，從實驗設施改善、實驗項目完備、設計性實驗設置和實驗結果觀察與分析等方面進行了探討，以供實驗教學參考。

關鍵詞：植物細胞工程；實驗教學；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）14-0217-02

植物細胞工程技術是生物學的重要研究技術和手段，是現代生物技術的重要組成部分，廣泛應用于農業、園林、工業和醫藥業等[1]。因此植物細胞工程成為大學生物學方向的一門重要專業課程。植物細胞工程是以植物組織和細胞的離體操作為基礎的實驗性學科，其實踐性、操作性和技術性很強，實驗課的重要性尤為突出，它要求學生運用已掌握的基本理論知識和基本實驗技能，完成較為復雜的專業技術實驗[2]。通過本課程的教學，引導學生用所學知識解決生產中的實際問題，提高了其理論聯系實踐、解決問題和分析問題的能力。在以往的課程教學中，存在著重視理論、輕實踐的傾向，實驗課時比例小，學生動手操作的機會少，難以真正掌握培養基配制、高壓滅菌、無菌操作等組織細胞培養實驗技術。針對上述問題，為培養應用型人才的需要，我們依據植物細胞工程課實驗技術性強的特點，從多方面改革實驗教學，收到了較好的效果。

一、改善實驗設施和實驗環境

為加強實驗教學，擴大植物細胞工程實驗室規模，分別建立了準備室、化學實驗室、接種室、培養室和分析室，同時建造大型溫室，主要用于組培苗的移栽馴化；購置新型超凈工作臺、人工智能氣候箱、臭氧發生器、細胞融合儀、解剖鏡、振蕩器、切片機、高壓蒸汽滅菌鍋和各種規格的組織細胞培養瓶等，這為植物細胞工程實驗課程開設奠定了良好的物質基礎。植物細胞工程絕大部分實驗要求在無菌的環境下進行，因此我們設置專人專門定期為準備室、接種室、培養室和人工智能氣候箱等進行無菌消毒處理，一般30天左右培養室和接種室用乙二醇進行熏蒸一次，平時每隔2～3天用臭氧進行消毒一次，每次實驗結束要用新潔兒滅溶液進行地面和桌面消毒。同時制定有效的實驗室安全管理措施，要求學生在培養室和接種室實驗時一定要更換工作服、穿用一次性鞋套；接種過程中佩戴無菌消毒口罩和一次性衛生手套；接種時要求工作臺提前吹無菌風30分鐘以上，并進行紫外線照射消毒；培養過程中發現的污染植株一定要及時移出培養室并進行再次滅菌后洗滌，確保整個實驗環境安全、衛生和無菌。

二、實驗項目與專業和生產實踐緊密結合

為提高學生學習和實驗興趣，同時結合植物細胞工程技術在農業和園林業中的應用，開設實用的實驗項目，準備充足的實驗材料供學生實驗選擇：如花卉（月季、文心蘭、卡特蘭、石斛蘭、馬蹄蓮、康乃馨、蝴蝶蘭）快繁，藥用植物（菊花、桔梗、鐵皮石斛、栝樓）快繁、經濟作物（甘薯、馬鈴薯）脫毒快繁、植物細胞（煙草、胡蘿卜愈傷組織及細胞和原生質體）培養，花藥（百合、小麥、玉米花藥）培養，胚胎（小麥、玉米胚胎）培養，細胞（煙草葉片原生質體、胡蘿卜愈傷組織細胞）培養等。不同的實驗項目有各自的特點：菊花快繁項目可以讓學生了解普通植物快繁的一般過程；鐵皮石斛快繁可以讓學生理解蘭科植物特殊的增殖方式——原球莖增殖；小麥花藥培養可以使學生加深對單倍體的認識，明確植物細胞技術在植物育種中的應用；而馬鈴薯脫毒項目是植物細胞工程的一個重要應用領域，學生可以加深對植物病毒的認識并學會植物脫毒的方法。在這些項目中基本都是以常見的植物作為試驗材料，與農業、園林專業和醫藥業緊密結合，使學生意識到植物細胞工程技術與自己所學專業及生活關系密切，對個人將來的就業很有幫助，從而提高學生學好這門課程的積極性。此外，實驗項目的設計還考慮到生產實際，目前全球的蘭花工業蒸蒸日上，我國各地也有很多蘭花生產和銷售公司利用植物細胞培養技術繁殖蘭花取得成功的案例。園林專業的學生將來就業可能選擇這樣的單位，為了使學生在校學習的內容與市場接軌，更快地適應工作，可開展石斛蘭等快繁項目。每個實驗項目都會涉及培養基的設計和配制、培養基的消毒滅菌、外植體的選擇和消毒、無菌操作等實驗技能的訓練，經過一個學期的實驗課程，學生基本可以熟練掌握植物細胞培養的基本技術。在這些項目中，對馬蹄蓮快繁項目設計了完整的項目流程，包括馬蹄蓮初代培養、繼代培養、生根培養和煉苗移栽，使學生掌握植物快繁的完整過程；在細胞培養環節中，設置教學實習，讓學生對煙草葉片進行原生質體的游離和培養，掌握細胞培養的基本操作過程，并了解細胞培養的意義。

三、設置設計性實驗，提高學生知識綜合應用能力和創新能力

在植物細胞工程課程的教學中，通過前期的理論學習和基本的實驗操作，學生掌握了本課程的基本原理，對教材上的實驗結果進行驗證，掌握了一定的實驗操作技能，為進一步培養和提高學生獨立思維能力和創新能力，在教師指導下，進行探索的設計性實驗，效果會更好。本課程綜合實驗材料的特性及實驗過程的知識應用和實驗操作等因素，把“煙草葉片愈傷組織的誘導與分化”設置為設計性實驗。在進行設計性實驗的過程中，教師首先引導學生確定煙草葉片的誘導目標，是誘導葉片生根、生芽或愈傷組織等，讓學生根據自己的培養目標，運用所學的基礎知識并查閱相應的書籍和資料，設計相應的實驗方案，進行獨立實驗操作，達到自己的實驗目的。由于設計性實驗的主體是學生，整個實驗過程由學生獨立設計和操作，實驗中出現的問題由學生自行解決，因此設計性實驗突出了學生在實驗過程中的主體地位，發揮了學生的開創性思維和綜合應用知識的能力[3]。

四、注重實驗結果觀察和分析

植物細胞工程實驗最大的特點在于其大部分的實驗結果不能在本課堂上即時得出和觀察，接種在培養基中的外植體需在一定的溫度、濕度和光照等適宜條件下培養生長一定時間后才能出現明顯的生理指標變化，進而進行觀察、分析和記錄。不同生長時期其生長狀況不同，因此需要多次分時間段觀察和記錄，最終分析各次結果，得出最終實驗結果。外植體一般在接種后2～3天觀察細菌污染情況，此時如發現有細菌污染，則要及時記錄并對污染材料進行處理；7天左右觀察真菌的污染情況，并進行記錄、分析和處理，為以后的實驗積累經驗。接種后每5～7天觀察外植體的生長變化，并進行各項生理指標的記錄和分析。例如接種的煙草葉片，一般10天左右能觀察到其生長和分化的明顯變化，不同培養基其誘導煙草葉片的生長情況明顯不同，生根培養基中能明顯觀察到葉片下面有細小的根毛開始生長，誘導愈傷的培養基葉片邊緣有少量的松散細胞著生，生芽的培養基則在葉片上部和邊緣開始有幼嫩的不定芽出現。20天左右時，根、芽和愈傷組織有更明顯的生長和分化。其他實驗材料在各個生長時期都會有不同的生長發育現狀，要及時定時進行記錄和分析。在以往的實驗結果觀察中，由于教師強調和學生重視不夠，往往只是在外植體接種一個月左右才進行實驗結果的最終觀察，忽略了中間多個生長時期，這樣看到的只是最終表觀的生長情況，造成學生對外植體的生長發育過程沒有一個連續、整體的認識，使實驗效果大打折扣。鑒于植物細胞工程實驗的這些特性，在后期的觀察過程中，要根據外植體的特性和培養目標的不同，要求學生制定合理、詳細的觀察計劃，定期定時進行觀察、記錄和分析，使實驗數據更加完善；每次觀察老師應引導學生抓住觀察重點，記錄詳細數據，并分析生長情況，根據本次的生長情況，預計下次的觀察時間，依次進行，直到最終結果觀察；每次的觀察除進行數據分析外，還可以對生長外植體拍照，使學生在分析的過程中有更直觀的認識。通過詳細和系統的觀察和記錄后，學生對整個實驗的認知度有明顯的提高，同時在此過程中也提高了學生分析問題和解決具體問題的能力，使理論和實踐再次結合，使所學知識得到質的升華。

五、結束語

植物細胞培養技術已應用到生產和生活的很多領域，社會對具有細胞培養技術人才的需求日益增多，并對這方面人才提出更高的要求，因此高校對生物學方向專業的學生應進行植物細胞培養技術的專業和系統的培養，讓其在學校的實踐學習環節就能很牢固和嫻熟地掌握該技能，并與生產實踐相結合。筆者近年來在植物細胞培養技術實驗教學中不斷探索和實踐，使實驗項目設置和實驗方法不斷完善，學生反映在實驗課堂上所學技能在工作實踐中能得到很好應用，但生物技術是一門日新月異的技術，因此對我們的實驗教學工作提出了更高的要求，我們要緊隨科技發展的步伐，不斷創新，不斷實踐，為培養新型細胞培養技術人才做出更大的努力。

參考文獻：

[1]琚淑明，徐德蘭.植物組織培養實驗教學改革[J].徐州工程學院學報，2008，23（2）：86-88.

[2]朱雪云.植物組織培養實驗教學改革探討[J].現代農業科技，2013，（10）：323-324.

[3]孫海燕.設計性實驗對大學生科技創新能力的培養和提高[J].科技視界，2015，（20）：106.