植物愈伤组织培养过程是否需要光照的探究

余林

摘要愈伤组织培养是高中生物学生物技术实践部分的重要探究实验，目前关于愈伤组织培养过程中是否需要光照这一问题存在较大争议，部分教师在教学过程中也难以给出肯定的解释。针对这一问题，本研究以高羊茅（Festuca arundinacea Schreb.）愈伤为材料，进行遮光处理。结果表明，遮光处理下愈伤的细胞增殖未出现显著差异；虽然全光照条件下高羊茅组织分化程度更高，但光照条件并不是高羊茅愈伤组织细胞增殖和组织分化的必要条件。

关键词 愈伤组织培养 光照 遮光处理 组织分化

中图分类号G633. 91文献标志码B

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《新课标》）的改革在原有理论的基础上，旨在提高学生的生物学学科核心素养，因此更注重实验的探究及创新。高中生物实验教学能提高学生的学习自主性，增强实验探究意识，培养学生动手能力及探究和创新能力，极大促进学生的生物学学科核心素养的提升。因此，教师应重视实验在高中生物教学中的地位。“愈伤组织的培养”这一内容在常用的人教版、浙科版教材中均被归为“生物技术实践”这一章节中，该部分实验操作没有具体的划分，因此多把愈伤组织的培养作为植物组织培养的一个阶段。愈伤组织在体外培养过程中会受到多种因素的影响，但关于光照这一因素目前教学资料中的说法并不统一，存在较大争议。在人教版高中生物选修1教材中，菊花茎段愈伤组织培养需要控制日光灯光照条件为12 h/d，而浙科版教材指出菊花愈伤组织的培养及根茎的组织分化均需要光照时长至少为14.5 h/d。但不少研究表明，光照对愈伤组织的培养来说，光照不是—个必需的条件，甚至成为限制因素。针对这一问题，本研究以高羊茅（Festuca arun？ dinacea Schreb.）愈伤组织为材料，通过设置光照参数为0 h/d及24 h/d两种对照，比较两组愈伤培养、组织分化情况，探究愈伤组织培养及器官分化过程中光照条件的必要性，培养学生探究意识和创新能力，提高学生综合素养。

1材料与方法

1.1材料

成功诱导的高羊茅愈伤组织、固体培养基、无菌培养皿、光照培养箱等。

1.2方法

（1）获取成功诱导的高羊茅愈伤组织，将愈伤组织在无菌条件下转移至成分相同的两个固体培养基中。

（2）培养基对应的光照参数分别设置为0 h/d及24 h/d，21 d后观察愈伤组织增殖及组织分化情况。

1.3结果与讨论

結果表明，遮光处理对愈伤组织的增殖无明显影响，表明至少对高羊茅的愈伤组织而言，光照并不是其愈伤组织培养的必要条件。同时，遮光处理条件下，愈伤组织也能分化出新芽，但芽偏黄绿色，且分化程度较低；相较而言，24 h/d光照条件下，愈伤组织萌发出更多嫩绿的新芽，且长势茁壮。

2讨论

在愈伤组织的诱导、细胞的生长、分裂过程中，黑暗环境有利于愈伤组织诱导率的提高，形成的愈伤组织形态良好。此时光照并不是必需的，若给予连续光照，甚至会影响其正常发育。刘玉民等人以三角枫（Acer buergerianum Miq.）愈伤组织为实验材料发现，与黑暗处理相比，连续光照不利于愈伤组织形成。刘坤等人以岷江百合（Lilium regale）鳞片为外植体诱导的愈伤组织研究发现，光照条件下，愈伤组织出现了紫色、绿色等不同程度的颜色变化，而黑暗条件下，愈伤组织即表现正常的淡黄色。洪森荣等人对冻后黑暗培养的黄独胚性愈伤组织的显微结构进行半薄切片观察。结果表明，冻后黄独胚性愈伤组织直接置于光周期下培养，会造成细胞排列疏松，局部出现较大的细胞空隙；而经黑暗培养后再置于光周期下培养，细胞排列较为紧密，空隙较小。本研究发现，在遮光及全天光照条件下，高羊茅愈伤组织的增殖无显著的差异，且均未出现褐化、玻璃体等组培过程中常见的问题。这表明不同物种间愈伤组织的培养及增殖条件具有一定的差异性，同时也至少表明，光照并不是高羊茅愈伤组织培养的必要条件。

在愈伤组织分化过程中，光照时间的增加可能会促进叶绿素原基转化为叶绿体，加强光合能力，有利于细胞壁、细胞器的形态建成。这可能是本研究中，光照条件下愈伤组织分化程度更高，且长势茁壮的主要原因。同时，本研究中全光照处理并未引发褐化现象，但在朱砂根、岩白菜及仙客来等经济植物的组织培养研究中发现，光照时间过长会提高多酚氧化酶活性，加速培养组织褐化。此外，在高光胁迫下植物细胞由于电子逸散会产生活性氧自由基，造成细胞内蛋白的氧化损伤，影响细胞功能发挥甚至生存，进而抑制愈伤组织生长发育及分化。对于这些物种的愈伤组织的分化培养，间断性黑暗处理更有利于避免褐化的发生。

综上所述，愈伤组织的培养过程中，由于植物体内不含叶绿素，光照并不是必需的；在分化培养阶段，光照处理促进细胞器形态建成有利于组织分化（如本研究），但光照条件也不是这一阶段的必要条件，且间断性的黑暗处理能够减少持续光照对植物细胞的损害，减轻褐化等常见问题。

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