探究无外源激素诱导下黄皮心香茎段组培根与茎的发生部位

乔绍洋

摘 要：在植物组织培养中，都是通过植物体细胞繁殖而成。然而根与茎的发生是植物组织培养中最为关键的两个过程，一旦有了根、茎、叶，便成了一个完整的植株。针对根与茎的发展部位及原理进行了相关的说明。

关键词：组织培养；分生组织；愈伤组织；细胞记忆

一、引言

植物组织培养技术，在当今实际生产中起着无法替代的作用，特别是根与茎的发育完成标志着一个植株的长成。然而根与茎的发生部位在不同类型的植物组织培养中有着不同的发育方式和发生部位。本课题对此进行探究与分析。

二、实验过程

1.器材

2.材料（来源）

无花黄皮心香无菌苗。

3.实验步骤

（1）配制试剂MS型培养基，如附表所示。

（2）A组：在每瓶培养基中插有芽基段和经过多次环切有节的节间各1个。每次实验做15瓶，标号：A1、A2、A3……A15。

B组：在每瓶培养基中插有芽基段和有单生腋芽的节间各1个。每次实验做15瓶，标号：B1、B2、B3……B15。

C组：在每瓶培养基中插有芽基段和有呼吸根的节间各1个。共15瓶，标号：C1、C2、C3……C15。

D组：在每瓶培养基中插有单生胚芽的节间和有呼吸根的节间各1个。共15瓶，标号：D1、D2、D3……D15。

培养环境：恒温度： 27.5 ℃± 0.05 ℃

瓶外相对湿度： 28.0 %± 0.05 %

光照：1000 ± 10 lx

每24h光照时间： 24 h

（3）解剖：半个月后取A组与D组进行纵向与横向解剖。

4.结果

三、实验分析

1.普通茎段

茎的发生部位——由横向水平解剖看出是在节处的形成层处发生新的分枝形似腋芽一般。另一部分茎由原节间处的形成层分化成新的茎段，原茎段随着黄皮心香的生长而渐渐枯萎和缩小，其营养物质被新生茎段吸收。

根的发生部位——宏观：根沿节处生长呈辐射状，多而密。

微观：1根系主要由茎节处发生，在形成层的居间分生组织及初生分生组织分化而成根。另一部分由节间处形成层的次生分生组织和薄壁组织经过分化再分化形成根。从时间上说在七天左右由茎节处先生长出根系，之后三天左右甚至更长时间会有极少部分植株的节间处长出根。从整体时间上来说，在此实验条件下所有茎段都会先从节处生长出根约七天时间左右。在根长到2～3cm时，开始有腋芽的出现，在腋芽发育长大的同时根系的生长非常缓慢。

2.有芽茎段

茎的发生部位——宏观：由腋芽发育成叶和茎。腋芽先发育出叶之后，进一步长出茎。在发育出新茎的同时原茎段萎缩，其营养物质被新茎段吸收。

微观：由横向水平解剖和由纵向竖直解剖结果分析。维管束在节处呈两个圆部分重合状，且随着时间的推移新芽的生长，原来茎段的维管束逐渐变小。新芽的维管束不断变大，直至完全融为一体，在形成层未发现有新芽长出的痕迹。此时植株除根以外的其他器官均由单生腋芽的原生组織和初生分生组织分化而成，并非是由某些组织经脱分化再分化而成的。

根的发生部位——宏观：一部分根由腋芽与茎段相交的节处发育而出，有时在植株发育完整时，一些节上也会有根生长而出。这些根个数多且围绕节一圈呈辐射状。另一部分的根在植株发育完整后，从茎段处直接生长而成，而不是从节处生长而出。茎段都是植株最下方1到3个茎段，并且生根数一般在1到4根。微观：在节处生长出的根经横向水平解剖和纵向竖直解剖后，可观察到根全部是由节间处维管形成层的侧生分生组织分化而成。两个部位根的发育并非是由某些组织经脱分化后再分化而发育形成的。从时间上来讲，在普通茎段和有芽茎段的情况下，单生腋芽会先生长出一个新节间。之后，根才开始形成。由此可见，在八到十天的时间根才开始发育。之后的一个月到一个半月，茎的发育速度明显比根的发育速度快很多。

3.只有根的茎段

茎的发生部位——宏观：茎从所插茎段的节间处生长出一个新的芽，之后发育成茎和叶，原有段茎逐渐萎缩。微观：情况和原理与只有茎段的相同。

根的发育部位——宏观：根为原节处已有的根，之后根会在节处继续发育生长。当长成完整植株之后，在少数情况下根也会从节间处长出。微观：情况和原理与只有单生腋芽的相同。

4.环切茎段

茎的发生部位——宏观：茎的环切伤处。第一周前后产生直径0.8～1.2cm的绿色半透明愈伤组织，在愈伤组织逐渐增多时原茎段的受损部分组织消失或夹杂在愈伤组织中。第三周前后长出芽状组织，只分布于愈伤组织上表面。微观：愈伤组织，主要由薄壁组织构成的不定形组织。芽由愈伤组织分化而成之后再生长成茎。

根的发生部位——宏观：茎的环切伤处。第一周前后产生直径0.8～1.2cm的绿色半透明愈伤组织，在愈伤组织逐渐增多时原茎段的受损部分组织消失或夹杂在愈伤组织中。第三周前后长出不定向根状组织。微观：愈伤组织，主要由薄壁组织构成的不定形组织，由愈伤组织分化成根。

四、分析与结论

1.分析

对普通茎段和只有芽或只有根的茎段而言，细胞具有全能性，植物的茎段在离位后具有产生完整个体的潜能。将以上三种茎段放在适宜的条件下可以培养成正常的植株。从发育正常植株的时间而言，以上三种茎段发育成完整植株的时间，在相同条件下比环切茎段形成大量愈伤组织再发育成正常植株快一到两周的时间。再由横向和纵向解剖观察到普通茎段的根与茎、带芽茎段的根和带根茎段的茎，由原茎段的形成层发育而成。

对细胞而言，其组织特异性基因的选择性表达主要是由调控蛋白启动的，而影响细胞分化的主要直接因素就是调制蛋白的组合。细胞分化必然和信号分子有关，而信号分子的有效作用时间极其有限。细胞可以将信号分子的作用储存起来，然后信号分子的作用会成为细胞的记忆，逐渐向特定方向分化。

细胞的决定与细胞的记忆有关，有两种实现细胞记忆的方式：其一是正反馈途径（positive feedback loop）；其二是染色体结构变化（DNA与蛋白质相互作用）的信息传到自带细胞。然后由细胞记忆使细胞向特定方向分化。

所以对于普通茎段和只有芽或只有根的茎段而言，其三者根与茎的发生部位主要是由形成细胞直接分化而成；少部分由愈伤组织再分化而成。

对于环切茎段而言，则完全是由切口处的愈伤组织再分化而成，最后发育成正常植株。

2.结论

普通茎段的茎与根、只有芽茎段的根和只有根茎段的芽主要是由形成层生长而成的；少部分由愈伤组织再分化而成的。

对于环切茎段来说，其茎与根均由愈伤组织分化而成。

五、致谢

我由衷地向一个多学期以来在理论和实验上给予我帮助的常成花老师、张超老师和聂焱鑫老师致以崇高的敬意与感谢，并向在探究课题时给予我鼓励和帮助的丁若颖学姐、刘锦阳学长和张珮萱同学表示感谢。感谢大家长期以来对我的信任与支持。

参考文献：

[1]陆时万，许祥生，沈敏健.植物学上册[M].2版.高等教育出版社，2011.

[2]高俊凤.植物生理学实验指导[M].高等教育出版社，2006.

[3]翟中和，王喜忠，丁明孝.细胞生物学[M].高等教育出版社，2000.

编辑 鲁翠红