植物细胞工程实验教学改革探讨

胡铁柱

摘要：针对在植物细胞工程实验教学中进行的改革和探索，从实验设施改善、实验项目完备、设计性实验设置和实验结果观察与分析等方面进行了探讨，以供实验教学参考。

关键词：植物细胞工程；实验教学；改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）14-0217-02

植物细胞工程技术是生物学的重要研究技术和手段，是现代生物技术的重要组成部分，广泛应用于农业、园林、工业和医药业等[1]。因此植物细胞工程成为大学生物学方向的一门重要专业课程。植物细胞工程是以植物组织和细胞的离体操作为基础的实验性学科，其实践性、操作性和技术性很强，实验课的重要性尤为突出，它要求学生运用已掌握的基本理论知识和基本实验技能，完成较为复杂的专业技术实验[2]。通过本课程的教学，引导学生用所学知识解决生产中的实际问题，提高了其理论联系实践、解决问题和分析问题的能力。在以往的课程教学中，存在着重视理论、轻实践的倾向，实验课时比例小，学生动手操作的机会少，难以真正掌握培养基配制、高压灭菌、无菌操作等组织细胞培养实验技术。针对上述问题，为培养应用型人才的需要，我们依据植物细胞工程课实验技术性强的特点，从多方面改革实验教学，收到了较好的效果。

一、改善实验设施和實验环境

为加强实验教学，扩大植物细胞工程实验室规模，分别建立了准备室、化学实验室、接种室、培养室和分析室，同时建造大型温室，主要用于组培苗的移栽驯化；购置新型超净工作台、人工智能气候箱、臭氧发生器、细胞融合仪、解剖镜、振荡器、切片机、高压蒸汽灭菌锅和各种规格的组织细胞培养瓶等，这为植物细胞工程实验课程开设奠定了良好的物质基础。植物细胞工程绝大部分实验要求在无菌的环境下进行，因此我们设置专人专门定期为准备室、接种室、培养室和人工智能气候箱等进行无菌消毒处理，一般30天左右培养室和接种室用乙二醇进行熏蒸一次，平时每隔2～3天用臭氧进行消毒一次，每次实验结束要用新洁儿灭溶液进行地面和桌面消毒。同时制定有效的实验室安全管理措施，要求学生在培养室和接种室实验时一定要更换工作服、穿用一次性鞋套；接种过程中佩戴无菌消毒口罩和一次性卫生手套；接种时要求工作台提前吹无菌风30分钟以上，并进行紫外线照射消毒；培养过程中发现的污染植株一定要及时移出培养室并进行再次灭菌后洗涤，确保整个实验环境安全、卫生和无菌。

二、实验项目与专业和生产实践紧密结合

为提高学生学习和实验兴趣，同时结合植物细胞工程技术在农业和园林业中的应用，开设实用的实验项目，准备充足的实验材料供学生实验选择：如花卉（月季、文心兰、卡特兰、石斛兰、马蹄莲、康乃馨、蝴蝶兰）快繁，药用植物（菊花、桔梗、铁皮石斛、栝楼）快繁、经济作物（甘薯、马铃薯）脱毒快繁、植物细胞（烟草、胡萝卜愈伤组织及细胞和原生质体）培养，花药（百合、小麦、玉米花药）培养，胚胎（小麦、玉米胚胎）培养，细胞（烟草叶片原生质体、胡萝卜愈伤组织细胞）培养等。不同的实验项目有各自的特点：菊花快繁项目可以让学生了解普通植物快繁的一般过程；铁皮石斛快繁可以让学生理解兰科植物特殊的增殖方式——原球茎增殖；小麦花药培养可以使学生加深对单倍体的认识，明确植物细胞技术在植物育种中的应用；而马铃薯脱毒项目是植物细胞工程的一个重要应用领域，学生可以加深对植物病毒的认识并学会植物脱毒的方法。在这些项目中基本都是以常见的植物作为试验材料，与农业、园林专业和医药业紧密结合，使学生意识到植物细胞工程技术与自己所学专业及生活关系密切，对个人将来的就业很有帮助，从而提高学生学好这门课程的积极性。此外，实验项目的设计还考虑到生产实际，目前全球的兰花工业蒸蒸日上，我国各地也有很多兰花生产和销售公司利用植物细胞培养技术繁殖兰花取得成功的案例。园林专业的学生将来就业可能选择这样的单位，为了使学生在校学习的内容与市场接轨，更快地适应工作，可开展石斛兰等快繁项目。每个实验项目都会涉及培养基的设计和配制、培养基的消毒灭菌、外植体的选择和消毒、无菌操作等实验技能的训练，经过一个学期的实验课程，学生基本可以熟练掌握植物细胞培养的基本技术。在这些项目中，对马蹄莲快繁项目设计了完整的项目流程，包括马蹄莲初代培养、继代培养、生根培养和炼苗移栽，使学生掌握植物快繁的完整过程；在细胞培养环节中，设置教学实习，让学生对烟草叶片进行原生质体的游离和培养，掌握细胞培养的基本操作过程，并了解细胞培养的意义。

三、设置设计性实验，提高学生知识综合应用能力和创新能力

在植物细胞工程课程的教学中，通过前期的理论学习和基本的实验操作，学生掌握了本课程的基本原理，对教材上的实验结果进行验证，掌握了一定的实验操作技能，为进一步培养和提高学生独立思维能力和创新能力，在教师指导下，进行探索的设计性实验，效果会更好。本课程综合实验材料的特性及实验过程的知识应用和实验操作等因素，把“烟草叶片愈伤组织的诱导与分化”设置为设计性实验。在进行设计性实验的过程中，教师首先引导学生确定烟草叶片的诱导目标，是诱导叶片生根、生芽或愈伤组织等，让学生根据自己的培养目标，运用所学的基础知识并查阅相应的书籍和资料，设计相应的实验方案，进行独立实验操作，达到自己的实验目的。由于设计性实验的主体是学生，整个实验过程由学生独立设计和操作，实验中出现的问题由学生自行解决，因此设计性实验突出了学生在实验过程中的主体地位，发挥了学生的开创性思维和综合应用知识的能力[3]。

四、注重实验结果观察和分析

植物细胞工程实验最大的特点在于其大部分的实验结果不能在本课堂上即时得出和观察，接种在培养基中的外植体需在一定的温度、湿度和光照等适宜条件下培养生长一定时间后才能出现明显的生理指标变化，进而进行观察、分析和记录。不同生长时期其生长状况不同，因此需要多次分时间段观察和记录，最终分析各次结果，得出最终实验结果。外植体一般在接种后2～3天观察细菌污染情况，此时如发现有细菌污染，则要及时记录并对污染材料进行处理；7天左右观察真菌的污染情况，并进行记录、分析和处理，为以后的实验积累经验。接种后每5～7天观察外植体的生长变化，并进行各项生理指标的记录和分析。例如接种的烟草叶片，一般10天左右能观察到其生长和分化的明显变化，不同培养基其诱导烟草叶片的生长情况明显不同，生根培养基中能明显观察到叶片下面有细小的根毛开始生长，诱导愈伤的培养基叶片边缘有少量的松散细胞着生，生芽的培养基则在叶片上部和边缘开始有幼嫩的不定芽出现。20天左右时，根、芽和愈伤组织有更明显的生长和分化。其他实验材料在各个生长时期都会有不同的生长发育现状，要及时定时进行记录和分析。在以往的实验结果观察中，由于教师强调和学生重视不够，往往只是在外植体接种一个月左右才进行实验结果的最终观察，忽略了中间多个生长时期，这样看到的只是最终表观的生长情况，造成学生对外植体的生长发育过程没有一个连续、整体的认识，使实验效果大打折扣。鉴于植物细胞工程实验的这些特性，在后期的观察过程中，要根据外植体的特性和培养目标的不同，要求学生制定合理、详细的观察计划，定期定时进行观察、记录和分析，使实验数据更加完善；每次观察老师应引导学生抓住观察重点，记录详细数据，并分析生长情况，根据本次的生长情况，预计下次的观察时间，依次进行，直到最终结果观察；每次的观察除进行数据分析外，还可以对生长外植体拍照，使学生在分析的过程中有更直观的认识。通过详细和系统的观察和记录后，学生对整个实验的认知度有明显的提高，同时在此过程中也提高了学生分析问题和解决具体问题的能力，使理论和实践再次结合，使所学知识得到质的升华。

五、结束语

植物细胞培养技术已应用到生产和生活的很多领域，社会对具有细胞培养技术人才的需求日益增多，并对这方面人才提出更高的要求，因此高校对生物学方向专业的学生应进行植物细胞培养技术的专业和系统的培养，让其在学校的实践学习环节就能很牢固和娴熟地掌握该技能，并与生产实践相结合。笔者近年来在植物细胞培养技术实验教学中不断探索和实践，使实验项目设置和实验方法不断完善，学生反映在实验课堂上所学技能在工作实践中能得到很好应用，但生物技术是一门日新月异的技术，因此对我们的实验教学工作提出了更高的要求，我们要紧随科技发展的步伐，不断创新，不断实践，为培养新型细胞培养技术人才做出更大的努力。

参考文献：

[1]琚淑明，徐德兰.植物组织培养实验教学改革[J].徐州工程学院学报，2008，23（2）：86-88.

[2]朱雪云.植物组织培养实验教学改革探讨[J].现代农业科技，2013，（10）：323-324.

[3]孙海燕.设计性实验对大学生科技创新能力的培养和提高[J].科技视界，2015，（20）：106.