植物愈傷組織培養過程是否需要光照的探究

余林

摘要愈傷組織培養是高中生物學生物技術實踐部分的重要探究實驗，目前關于愈傷組織培養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，進行遮光處理。結果表明，遮光處理下愈傷的細胞增殖未出現顯著差異；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胞增殖和組織分化的必要條件。

關鍵詞 愈傷組織培養 光照 遮光處理 組織分化

中圖分類號G633. 91文獻標志碼B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《新課標》）的改革在原有理論的基礎上，旨在提高學生的生物學學科核心素養，因此更注重實驗的探究及創新。高中生物實驗教學能提高學生的學習自主性，增強實驗探究意識，培養學生動手能力及探究和創新能力，極大促進學生的生物學學科核心素養的提升。因此，教師應重視實驗在高中生物教學中的地位。“愈傷組織的培養”這一內容在常用的人教版、浙科版教材中均被歸為“生物技術實踐”這一章節中，該部分實驗操作沒有具體的劃分，因此多把愈傷組織的培養作為植物組織培養的一個階段。愈傷組織在體外培養過程中會受到多種因素的影響，但關于光照這一因素目前教學資料中的說法并不統一，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，通過設置光照參數為0 h/d及24 h/d兩種對照，比較兩組愈傷培養、組織分化情況，探究愈傷組織培養及器官分化過程中光照條件的必要性，培養學生探究意識和創新能力，提高學生綜合素養。

1材料與方法

1.1材料

成功誘導的高羊茅愈傷組織、固體培養基、無菌培養皿、光照培養箱等。

1.2方法

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

（2）培養基對應的光照參數分別設置為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結果與討論

結果表明，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的必要條件。同時，遮光處理條件下，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，愈傷組織萌發出更多嫩綠的新芽，且長勢茁壯。

2討論

在愈傷組織的誘導、細胞的生長、分裂過程中，黑暗環境有利于愈傷組織誘導率的提高，形成的愈傷組織形態良好。此時光照并不是必需的，若給予連續光照，甚至會影響其正常發育。劉玉民等人以三角楓（Acer buergerianum Miq.）愈傷組織為實驗材料發現，與黑暗處理相比，連續光照不利于愈傷組織形成。劉坤等人以岷江百合（Lilium regale）鱗片為外植體誘導的愈傷組織研究發現，光照條件下，愈傷組織出現了紫色、綠色等不同程度的顏色變化，而黑暗條件下，愈傷組織即表現正常的淡黃色。洪森榮等人對凍后黑暗培養的黃獨胚性愈傷組織的顯微結構進行半薄切片觀察。結果表明，凍后黃獨胚性愈傷組織直接置于光周期下培養，會造成細胞排列疏松，局部出現較大的細胞空隙；而經黑暗培養后再置于光周期下培養，細胞排列較為緊密，空隙較小。本研究發現，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葉綠素原基轉化為葉綠體，加強光合能力，有利于細胞壁、細胞器的形態建成。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褐化現象，但在朱砂根、巖白菜及仙客來等經濟植物的組織培養研究中發現，光照時間過長會提高多酚氧化酶活性，加速培養組織褐化。此外，在高光脅迫下植物細胞由于電子逸散會產生活性氧自由基，造成細胞內蛋白的氧化損傷，影響細胞功能發揮甚至生存，進而抑制愈傷組織生長發育及分化。對于這些物種的愈傷組織的分化培養，間斷性黑暗處理更有利于避免褐化的發生。

綜上所述，愈傷組織的培養過程中，由于植物體內不含葉綠素，光照并不是必需的；在分化培養階段，光照處理促進細胞器形態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光照對植物細胞的損害，減輕褐化等常見問題。

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