探究無外源激素誘導下黃皮心香莖段組培根與莖的發生部位

喬紹洋 指導教師：常成花 張超 聶焱鑫

（太原師范學院附屬中學，山西 太原）

一、引言

植物組織培養技術，在當今實際生產中起著無法替代的作用，特別是根與莖的發育完成標志著一個植株的長成。然而根與莖的發生部位在不同類型的植物組織培養中有著不同的發育方式和發生部位。本課題對此進行探究與分析。

二、實驗過程

1.器材

儀器 廠家 型號純水機 上海和泰儀器有限公司舜宇恒平儀器 上海舜宇恒平科學儀器有限公司高壓蒸汽滅菌鍋 合肥華泰醫療設備有限公司 LX-B50 L型pH計 上海越平科學儀器有限公司接種器械滅菌器 合肥翰思科學儀器有限公司干濕溫度計 河北武強紅星儀表廠 TAL-2型

2.材料（來源）

無花黃皮心香無菌苗。

3.實驗步驟

（1）配制試劑MS型培養基，如附表所示。

（2）A組：在每瓶培養基中插有芽基段和經過多次環切有節的節間各 1 個。每次實驗做 15 瓶，標號：A1、A2、A3……A15。

B組：在每瓶培養基中插有芽基段和有單生腋芽的節間各1個。每次實驗做 15 瓶，標號：B1、B2、B3……B15。

C組：在每瓶培養基中插有芽基段和有呼吸根的節間各1個。共 15 瓶，標號：C1、C2、C3……C15。

D組：在每瓶培養基中插有單生胚芽的節間和有呼吸根的節間各 1 個。共 15 瓶，標號：D1、D2、D3……D15。

（3）解剖：半個月后取A組與D組進行縱向與橫向解剖。

4.結果

三、實驗分析

1.普通莖段

莖的發生部位——由橫向水平解剖看出是在節處的形成層處發生新的分枝形似腋芽一般。另一部分莖由原節間處的形成層分化成新的莖段，原莖段隨著黃皮心香的生長而漸漸枯萎和縮小，其營養物質被新生莖段吸收。

根的發生部位——宏觀：根沿節處生長呈輻射狀，多而密。

微觀：1根系主要由莖節處發生，在形成層的居間分生組織及初生分生組織分化而成根。另一部分由節間處形成層的次生分生組織和薄壁組織經過分化再分化形成根。從時間上說在七天左右由莖節處先生長出根系，之后三天左右甚至更長時間會有極少部分植株的節間處長出根。從整體時間上來說，在此實驗條件下所有莖段都會先從節處生長出根約七天時間左右。在根長到2~3cm時，開始有腋芽的出現，在腋芽發育長大的同時根系的生長非常緩慢。

2.有芽莖段

莖的發生部位——宏觀：由腋芽發育成葉和莖。腋芽先發育出葉之后，進一步長出莖。在發育出新莖的同時原莖段萎縮，其營養物質被新莖段吸收。

微觀：由橫向水平解剖和由縱向豎直解剖結果分析。維管束在節處呈兩個圓部分重合狀，且隨著時間的推移新芽的生長，原來莖段的維管束逐漸變小。新芽的維管束不斷變大，直至完全融為一體，在形成層未發現有新芽長出的痕跡。此時植株除根以外的其他器官均由單生腋芽的原生組織和初生分生組織分化而成，并非是由某些組織經脫分化再分化而成的。

根的發生部位——宏觀：一部分根由腋芽與莖段相交的節處發育而出，有時在植株發育完整時，一些節上也會有根生長而出。這些根個數多且圍繞節一圈呈輻射狀。另一部分的根在植株發育完整后，從莖段處直接生長而成，而不是從節處生長而出。莖段都是植株最下方1到3個莖段，并且生根數一般在1到4根。微觀：在節處生長出的根經橫向水平解剖和縱向豎直解剖后，可觀察到根全部是由節間處維管形成層的側生分生組織分化而成。兩個部位根的發育并非是由某些組織經脫分化后再分化而發育形成的。從時間上來講，在普通莖段和有芽莖段的情況下，單生腋芽會先生長出一個新節間。之后，根才開始形成。由此可見，在八到十天的時間根才開始發育。之后的一個月到一個半月，莖的發育速度明顯比根的發育速度快很多。

3.只有根的莖段

莖的發生部位——宏觀：莖從所插莖段的節間處生長出一個新的芽，之后發育成莖和葉，原有段莖逐漸萎縮。微觀：情況和原理與只有莖段的相同。

根的發育部位——宏觀：根為原節處已有的根，之后根會在節處繼續發育生長。當長成完整植株之后，在少數情況下根也會從節間處長出。微觀：情況和原理與只有單生腋芽的相同。

4.環切莖段

莖的發生部位——宏觀：莖的環切傷處。第一周前后產生直徑0.8~1.2cm的綠色半透明愈傷組織，在愈傷組織逐漸增多時原莖段的受損部分組織消失或夾雜在愈傷組織中。第三周前后長出芽狀組織，只分布于愈傷組織上表面。微觀：愈傷組織，主要由薄壁組織構成的不定形組織。芽由愈傷組織分化而成之后再生長成莖。

根的發生部位——宏觀：莖的環切傷處。第一周前后產生直徑0.8~1.2cm的綠色半透明愈傷組織，在愈傷組織逐漸增多時原莖段的受損部分組織消失或夾雜在愈傷組織中。第三周前后長出不定向根狀組織。微觀：愈傷組織，主要由薄壁組織構成的不定形組織，由愈傷組織分化成根。

四、分析與結論

（注：天數采用四舍五入的方式取整）

1.分析

對普通莖段和只有芽或只有根的莖段而言，細胞具有全能性，植物的莖段在離位后具有產生完整個體的潛能。將以上三種莖段放在適宜的條件下可以培養成正常的植株。從發育正常植株的時間而言，以上三種莖段發育成完整植株的時間，在相同條件下比環切莖段形成大量愈傷組織再發育成正常植株快一到兩周的時間。再由橫向和縱向解剖觀察到普通莖段的根與莖、帶芽莖段的根和帶根莖段的莖，由原莖段的形成層發育而成。

對細胞而言，其組織特異性基因的選擇性表達主要是由調控蛋白啟動的，而影響細胞分化的主要直接因素就是調制蛋白的組合。細胞分化必然和信號分子有關，而信號分子的有效作用時間極其有限。細胞可以將信號分子的作用儲存起來，然后信號分子的作用會成為細胞的記憶，逐漸向特定方向分化。

細胞的決定與細胞的記憶有關，有兩種實現細胞記憶的方式：其一是正反饋途徑（positive feedback loop）；其二是染色體結構變化（DNA與蛋白質相互作用）的信息傳到自帶細胞。然后由細胞記憶使細胞向特定方向分化。

所以對于普通莖段和只有芽或只有根的莖段而言，其三者根與莖的發生部位主要是由形成細胞直接分化而成；少部分由愈傷組織再分化而成。

對于環切莖段而言，則完全是由切口處的愈傷組織再分化而成，最后發育成正常植株。

2.結論

普通莖段的莖與根、只有芽莖段的根和只有根莖段的芽主要是由形成層生長而成的；少部分由愈傷組織再分化而成的。

對于環切莖段來說，其莖與根均由愈傷組織分化而成。

五、致謝

我由衷地向一個多學期以來在理論和實驗上給予我幫助的常成花老師、張超老師和聶焱鑫老師致以崇高的敬意與感謝，并向在探究課題時給予我鼓勵和幫助的丁若穎學姐、劉錦陽學長和張珮萱同學表示感謝。感謝大家長期以來對我的信任與支持。

附表：