《园艺植物离体培养学》课程的实施与改革探索

曾斌，李伟阳

摘要：植物离体组织培养是在植物生理的基础上发展起来的一项植物细胞工程技术，“园艺植物离体培养学”是园艺专业重要的专业必修课程。该文从理论教学、实验教学及教学方法和教学手段等方面对该课程的内容进行重新构建，并对改革的效果和存在的问题进行了探讨和总结。

关键词：园艺植物离体培养学；课程；改革探索

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）10-0027-03

近几十年以来，植物离体组织培养技术得到了迅速发展，已渗透到生物学科的各个领域，成为生物学科中的重要研究技术和手段之一。利用离体组织培养进行快速繁殖是当代农业生物技术应用最广泛、最有成效的一个领域，在园艺植物方面这一技术进展尤为迅速。1960年，Morel用兰花茎尖离体培养脱病毒植株后，国际上相继建立了兰花工业，在兰花试管快繁高效益的刺激下，观赏花卉、果树和蔬菜等园艺植物以及稀有濒危植物的试管快繁和脱病毒技术的研究和应用取得很大进展，取得了巨大的社会效益和经济效益。

为了拓宽学生的知识面，完善学生的知识体系，我校林学与园艺学院的全部园艺相关专业从1998年起均开设了“园艺植物离体培养学”课程。通过该门课程的教学，不但使学生奠定了较强的园艺植物离体组织培养方面的理论基础，而且还引导学生学会运用所学的知识来解决生产中的问题，提高了其理论联系实践、解决问题和分析问题的能力。在科学技术迅速发展的今天，新技术、新知识与日俱增。因此，在专业课教学中，教学内容应反映当今的科技发展水平。然而，在有限的学时内，为了保证学生熟练地掌握组织培养技术，该课程的重点应放在培养学生的实际动手能力上。因此，在保证学生掌握组织培养的理论基础的同时，要加强其实验操作能力的培养，在讲课过程中，注重理论与实际的有机结合，引导学生运用相关学科的综合知识解决实验过程中的具体问题。

一、课程理论教学内容的完善

教学计划中“园艺植物离体培养学”课程的理论教学部分为24个学时，实验教学部分为6个学时。因此，提高教学质量的关键，首先是科学地完善起理论教学内容，充分利用好这24个学时，尽可能地完善学生的知识体系。有关植物离体组织培养的书籍和教材比较多，有的偏重于基础性研究的内容，涉及具体操作技术较少；有的只涉及各类植物离体组织培养的技术操作，缺乏一些系统性、基础性的知识内容，总的看来还没有一本完全适合园艺专业的教材。作为一门课程来讲，其教学内容应有一般性的基础理论，有一般的操作技术，更应有不断更新的研究成果、进展和经验。而教学内容的选择，孰轻孰重必须根据学生的特点来决定，要在知识构成和技能培养两个方面寻找平衡点。

作为一门课程，应有其完整的体系。根据经验，学生认为的“有用、没用”有很大的盲目性，大多根据自己的认识、好恶作判断。所以有时学生认为没有用的部分往往对完善学生的知识构成、拓宽学生的视野和思维方式具有不可缺少的作用。因此，教师应充分发挥在教学中的主导作用，注重教学内容的科学性、逻辑性和条理性，使教学内容既有一定的理论教学深度，又突出实践性方向。基于这些特点和要求，“园艺植物离体培养学”课程构建了以下几个模块的教学内容。

模块一为生物技术概论部分，包括生物技术的概念和组成，生物技术的应用及其安全性，植物生物技术等。通过这部分的学习，学生了解了生物技术的构成及其应用，并在此基础上理解了“21世纪是生物技术的世纪”的内涵。

模块二为离体培养基础理论部分，分为9个方面，几乎涵盖了植物离体组织培养的所有理论知识点，从植物细胞全能性理论，各种组织、器官、细胞、原生质体等外植体的培养，直到植物种质资源的试管保存。通过该模块的学习，可让学生了解细胞全能性的理论基础和细胞全能性在离体培养中的基础性作用；了解脱分化和再分化的理论基础和基本原理，以及脱分化、再分化在植物再生中的作用；了解脱分化和再分化在解决植物育种和生产方面的理论基础和离体培养条件对生理生化、代谢机理、遗传等方面研究的理论意义和方法；理解植物激素和其他培养条件对促进离体培养的作用和原理；理解离体培养中遗传和变异的原因和机制。

模块三为实践创新及优化实验教学内容，注重实验技能训练和学生创新能力培养，实行实验模块化管理，将实验内容与学生科学研究结合起来。该模块分为4个层次：第一个层次为基础性实验，实验内容基于教材基础知识，同时注重实验的宽、广、精、深，突出对基本理论的验证、对常见技术流程的熟悉，包括组织培养实验室的参观及常见仪器设备的使用、器皿及用具的洗涤与环境消毒、培养基母液的配制与保存、固体培养基的配制与灭菌、植物材料初代培养、继代增殖扩繁、生根培养、试管苗的驯化与移栽等实验内容。第二层次为创新性实验，由任课教师给出创新性实验题目库，让学生以小组的形式选做。通过接触、了解现代组培技术在园艺植物科学研究中的应用，激发学生的创新性，提升学生的专业知识与实践能力。第三层次为科研性实验：鼓励学生直接参与到学院老师的科研项目中去，并结合本科毕业论文开展相关研究工作，进一步深化和延伸“园艺植物离体培养学”实验教学内容，在提升学生科研水平的同时，将研究结果作为本科毕业论文的内容，一举多得。

模块三为产业化生产，注重并强化产业化实践教学和案例教学，以具体的案例为教学材料，增加了相当一部分传统教材上没有涉及的内容，例如组培苗生产工厂的设计及工厂化生产、组培苗挑苗分级及切割工艺、组培苗质量鉴定与运输、组培苗成本核算与效益分析等。在教学中通过大量的种苗产业案例（例如观赏花卉脱毒与快繁、果树蔬菜脱毒与快繁、药用植物的离体培养等），融入多年来外出考察和参加学术会议积累的实践资料开展教学，重点阐述了大量元素及其他成分在工业化生产中的巨大影响，不仅改变了同学们以为植物组织培养只是简单地调整激素配比的观点，而且可使同学们能较为全面地了解产业现状及发展趋势。

二、实验教学内容的构建及改革

1.实验内容的构建。受学时缩减的限制，实验安排的重点在于训练学生的基础操作技能。其内容主要包括：（1）组织培养实验室的功能介绍和参观。这部分内容，早期在课堂上完成，效果并不理想。因为组织培养实验室为专用实验室，实验室的设计、构造及使用都有特殊的要求，所涉及的功能实验室仪器设备较多，且直接影响快速繁殖的效果，所以“空对空”的讲解显得很苍白。而且，这部分内容与做实验时涉及的内容又不可避免地需要重复、强调，从而造成教学内容的重复。因此，在做实验时再对实验室和设备进行逐一的讲解、演示，将有利于学生的理解和掌握。（2）培养基的配制和无菌操作的练习。配制培养基是进行快速繁殖的技术基础，学生通过实验可以掌握培养基的配制方法及其灭菌技术。由于在灭菌过程中有较长的空余时间，所以可充分利用这段时间让学生进行无菌接种的练习，为下一个实验打下基础，提高接种成功率。学生可每人一支试管、一种材料，反复进行练习（不必在接种室进行），直至熟练为止。（3）外植体的接种及观察。学生通过实验掌握外植体的处理、消毒以及接种技术。

2.实验内容的改革。由“实验”到“试验”的初步转变从上述可以看出，实验内容主要突出的是学生基本功的训练，但缺乏系统性以及相应技能的培养；而且学生在整个实验过程中处于较被动的地位，为了做实验而做实验，以致于学生上实验课不认真、抄袭实验报告的现象较严重。提高实验课教学效果的关键在于提高学生的积极性，实现学生在实验过程中的主体地位，而这取决于教学内容、教学形式的吸引力。经过研究分析，要增强教学的吸引力，激发学生的学习积极性，关键在于实现由“实验”到“试验”的转变。在保持实验内容相对稳定突出基本功训练的基础上，由“实验”到“试验”的初步转变关键在于培养基配方的设计和实验结果的处理上。在进行“实验”时，全班学生使用同一个配方，实验的结果也仅仅是计算一下污染率和愈伤组织诱导率，交个机械的实验报告了事；而对于快速繁殖的核心理论基础——控制器官分化的激素模式（生长素/细胞分裂素比值的变化对器官形成的调控）缺乏系统的实践验证，这对学生分析问题、解决问题能力的培养是一个缺陷。在进行“试验”时，则是事先指定一种材料，说明其培养目的，要求学生按实验小组查阅资料，对实验方案（培养基配方组合）进行初步设计；教师在对各方案进行评价的基础上，确定该次实验全班学生采纳的最终方案，由每个小组完成其中一个处理，数据共享。这突破了以往为了做实验而做实验、实验结果仅仅是根据公式计算出的“数字”的局面。得出“数字”后，实验还远未结束，学生还需要围绕主题进行分析，把“数字”转化成相应的“数据”，完成论文（非实验报告）的撰写。需要强调的是，为了保证试验的效果，还必须注意培养材料的选取。根据这几年的实施情况，总结出关键的一点是选材要容易培养，容易成功，能在较短的时间（大半学期）内有结果。更能加强学生的感性认识。

三、改革教学手段，达到最优化教学技术

1.影像资料编制与播放。传统的教学手段与影像资料相互结合、补充，灵活多样地开展教学，使“园艺植物离体培养学”教学更直观，信息量更大，学生学习激情更高，课堂教学效果更好。教师自编自录组织培养操作技术视频，充分展示了组织培养基本技术的几个关键阶段：母液及培养基的配置、外植体消毒及接种操作、植物材料无菌培养、不定芽分离切割及生根培养、组培苗室内炼苗及移栽技术等。课堂上教师边播放影视资料边做讲解，特别讲解操作技术的关键环节及注意点。充分利用影像资料的直观性，将抽象枯燥的课程内容具象化，传递更多的课程信息，有效地激发学生的主观能动性，使同学们在最短时间内掌握基本的操作技术和管理方法，达到事半功倍的效果。

2.多媒体课件与板书相互结合。利用多种软件综合制作了“园艺植物离体培养学”多媒体课件。该课件图文并茂，层次清晰，方便快捷。多媒体课件中丰富的图片、经典的表格、精美的录像和简洁的文字不仅能很好地展示组织培养的基本程序和一般方法、原理，而且可以让学生了解到大量的外部信息，开拓了学生的视野课程讲授中，教师可以把教学时间主要集中于重点问题的阐述、难点问题的剖析，不再以照本宣科的方式进行教学，明显改善了课程教学效果。另外，传统的板书是教学内容的一种延伸，也是多媒体课件教学的一种必要补充。如在讲解组培苗继代培养时增殖系数的变化与计算，工厂化组培苗生产时生长季节、车间库存、员工配备、种苗增殖系数等关键环节的调整等知识点，板书便是最好的媒介。

3.网络资源的充分利用。针对目前课堂教学学时少、讲解内容有限的客观事实，教师在每次课结束后均会提出一些与组培相关的问题供学生思考，鼓励学生充分利用网络资源进行深入学习，同时授课教师还为学生提供了大量的植物组织培养精品课程教学网站、国内外经典教材在线阅读网站、组培苗工厂化育苗公司网站、组培苗木相关的科研单位与实习基地网站以及专业学术论文与专业论坛等供学生学习、讨论与交流以学生为本、帮助学生形成一种主动探索问题、主动获取知识及主动解决问题的积极学习方式，将现代信息技术最大限度地应用于课程教学让学生自主学习，主动参与，发挥团队合作精神学生通过网络资源提升了学习能力，同时使自身知识结构体系得到进一步完善。

四、存在的问题

在实验教学实施过程中，存在的主要问题在课程时间的安排上。由于课时的减少，我校的课程教学分上半学期和下半学期进行。可是，实验接种后，还需要近1个月的时间才能取得数据，所以实验若安排在下半学期进行，可能数据还没有取得学生就临近放假或面临各科考试了，这将影响数据的收集（也有可能培养材料还没反应，无数据可收集）。因此，建议将实验安排在前半学期进行，使学生有充足的时间收集、分析、处理数据，完成论文的撰写；也使教师有充足的时间进行论文的评阅，完成实验教学的收尾工作。对实验教学的改革仅仅是一个初步的探索，今后随着实验条件的改善，一方面要进一步争取在实验材料选取上实现多样化，做到每一实验小组有一种材料，每一实验小组有一个完整的实验方案；另一方面要逐步实施完全开放的实验，以取得更好的教学效果。

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基金项目：新疆农业大学实验室建设与管理改革研究项目（2012525）。新疆维吾尔自治区果树学重点学科（201007）资助。

作者简介：曾斌，男，汉，博士，副教授，主要从事园艺植物生物技术及遗传育种研究。