喬紹洋 指導(dǎo)教師：常成花 張超 聶焱鑫

（太原師范學(xué)院附屬中學(xué)，山西 太原）

一、引言

植物組織培養(yǎng)技術(shù)，在當(dāng)今實際生產(chǎn)中起著無法替代的作用，特別是根與莖的發(fā)育完成標(biāo)志著一個植株的長成。然而根與莖的發(fā)生部位在不同類型的植物組織培養(yǎng)中有著不同的發(fā)育方式和發(fā)生部位。本課題對此進(jìn)行探究與分析。

二、實驗過程

1.器材

儀器 廠家 型號純水機 上海和泰儀器有限公司舜宇恒平儀器 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司高壓蒸汽滅菌鍋 合肥華泰醫(yī)療設(shè)備有限公司 LX-B50 L型pH計 上海越平科學(xué)儀器有限公司接種器械滅菌器 合肥翰思科學(xué)儀器有限公司干濕溫度計 河北武強紅星儀表廠 TAL-2型

2.材料（來源）

無花黃皮心香無菌苗。

3.實驗步驟

（1）配制試劑MS型培養(yǎng)基，如附表所示。

（2）A組：在每瓶培養(yǎng)基中插有芽基段和經(jīng)過多次環(huán)切有節(jié)的節(jié)間各 1 個。每次實驗做 15 瓶，標(biāo)號：A1、A2、A3……A15。

B組：在每瓶培養(yǎng)基中插有芽基段和有單生腋芽的節(jié)間各1個。每次實驗做 15 瓶，標(biāo)號：B1、B2、B3……B15。

C組：在每瓶培養(yǎng)基中插有芽基段和有呼吸根的節(jié)間各1個。共 15 瓶，標(biāo)號：C1、C2、C3……C15。

D組：在每瓶培養(yǎng)基中插有單生胚芽的節(jié)間和有呼吸根的節(jié)間各 1 個。共 15 瓶，標(biāo)號：D1、D2、D3……D15。

（3）解剖：半個月后取A組與D組進(jìn)行縱向與橫向解剖。

4.結(jié)果

三、實驗分析

1.普通莖段

莖的發(fā)生部位——由橫向水平解剖看出是在節(jié)處的形成層處發(fā)生新的分枝形似腋芽一般。另一部分莖由原節(jié)間處的形成層分化成新的莖段，原莖段隨著黃皮心香的生長而漸漸枯萎和縮小，其營養(yǎng)物質(zhì)被新生莖段吸收。

根的發(fā)生部位——宏觀：根沿節(jié)處生長呈輻射狀，多而密。

微觀：1根系主要由莖節(jié)處發(fā)生，在形成層的居間分生組織及初生分生組織分化而成根。另一部分由節(jié)間處形成層的次生分生組織和薄壁組織經(jīng)過分化再分化形成根。從時間上說在七天左右由莖節(jié)處先生長出根系，之后三天左右甚至更長時間會有極少部分植株的節(jié)間處長出根。從整體時間上來說，在此實驗條件下所有莖段都會先從節(jié)處生長出根約七天時間左右。在根長到2~3cm時，開始有腋芽的出現(xiàn)，在腋芽發(fā)育長大的同時根系的生長非常緩慢。

2.有芽莖段

莖的發(fā)生部位——宏觀：由腋芽發(fā)育成葉和莖。腋芽先發(fā)育出葉之后，進(jìn)一步長出莖。在發(fā)育出新莖的同時原莖段萎縮，其營養(yǎng)物質(zhì)被新莖段吸收。

微觀：由橫向水平解剖和由縱向豎直解剖結(jié)果分析。維管束在節(jié)處呈兩個圓部分重合狀，且隨著時間的推移新芽的生長，原來莖段的維管束逐漸變小。新芽的維管束不斷變大，直至完全融為一體，在形成層未發(fā)現(xiàn)有新芽長出的痕跡。此時植株除根以外的其他器官均由單生腋芽的原生組織和初生分生組織分化而成，并非是由某些組織經(jīng)脫分化再分化而成的。

根的發(fā)生部位——宏觀：一部分根由腋芽與莖段相交的節(jié)處發(fā)育而出，有時在植株發(fā)育完整時，一些節(jié)上也會有根生長而出。這些根個數(shù)多且圍繞節(jié)一圈呈輻射狀。另一部分的根在植株發(fā)育完整后，從莖段處直接生長而成，而不是從節(jié)處生長而出。莖段都是植株最下方1到3個莖段，并且生根數(shù)一般在1到4根。微觀：在節(jié)處生長出的根經(jīng)橫向水平解剖和縱向豎直解剖后，可觀察到根全部是由節(jié)間處維管形成層的側(cè)生分生組織分化而成。兩個部位根的發(fā)育并非是由某些組織經(jīng)脫分化后再分化而發(fā)育形成的。從時間上來講，在普通莖段和有芽莖段的情況下，單生腋芽會先生長出一個新節(jié)間。之后，根才開始形成。由此可見，在八到十天的時間根才開始發(fā)育。之后的一個月到一個半月，莖的發(fā)育速度明顯比根的發(fā)育速度快很多。

3.只有根的莖段

莖的發(fā)生部位——宏觀：莖從所插莖段的節(jié)間處生長出一個新的芽，之后發(fā)育成莖和葉，原有段莖逐漸萎縮。微觀：情況和原理與只有莖段的相同。

根的發(fā)育部位——宏觀：根為原節(jié)處已有的根，之后根會在節(jié)處繼續(xù)發(fā)育生長。當(dāng)長成完整植株之后，在少數(shù)情況下根也會從節(jié)間處長出。微觀：情況和原理與只有單生腋芽的相同。

4.環(huán)切莖段

莖的發(fā)生部位——宏觀：莖的環(huán)切傷處。第一周前后產(chǎn)生直徑0.8~1.2cm的綠色半透明愈傷組織，在愈傷組織逐漸增多時原莖段的受損部分組織消失或夾雜在愈傷組織中。第三周前后長出芽狀組織，只分布于愈傷組織上表面。微觀：愈傷組織，主要由薄壁組織構(gòu)成的不定形組織。芽由愈傷組織分化而成之后再生長成莖。

根的發(fā)生部位——宏觀：莖的環(huán)切傷處。第一周前后產(chǎn)生直徑0.8~1.2cm的綠色半透明愈傷組織，在愈傷組織逐漸增多時原莖段的受損部分組織消失或夾雜在愈傷組織中。第三周前后長出不定向根狀組織。微觀：愈傷組織，主要由薄壁組織構(gòu)成的不定形組織，由愈傷組織分化成根。

四、分析與結(jié)論

（注：天數(shù)采用四舍五入的方式取整）

1.分析

對普通莖段和只有芽或只有根的莖段而言，細(xì)胞具有全能性，植物的莖段在離位后具有產(chǎn)生完整個體的潛能。將以上三種莖段放在適宜的條件下可以培養(yǎng)成正常的植株。從發(fā)育正常植株的時間而言，以上三種莖段發(fā)育成完整植株的時間，在相同條件下比環(huán)切莖段形成大量愈傷組織再發(fā)育成正常植株快一到兩周的時間。再由橫向和縱向解剖觀察到普通莖段的根與莖、帶芽莖段的根和帶根莖段的莖，由原莖段的形成層發(fā)育而成。

對細(xì)胞而言，其組織特異性基因的選擇性表達(dá)主要是由調(diào)控蛋白啟動的，而影響細(xì)胞分化的主要直接因素就是調(diào)制蛋白的組合。細(xì)胞分化必然和信號分子有關(guān)，而信號分子的有效作用時間極其有限。細(xì)胞可以將信號分子的作用儲存起來，然后信號分子的作用會成為細(xì)胞的記憶，逐漸向特定方向分化。

細(xì)胞的決定與細(xì)胞的記憶有關(guān)，有兩種實現(xiàn)細(xì)胞記憶的方式：其一是正反饋途徑（positive feedback loop）；其二是染色體結(jié)構(gòu)變化（DNA與蛋白質(zhì)相互作用）的信息傳到自帶細(xì)胞。然后由細(xì)胞記憶使細(xì)胞向特定方向分化。

所以對于普通莖段和只有芽或只有根的莖段而言，其三者根與莖的發(fā)生部位主要是由形成細(xì)胞直接分化而成；少部分由愈傷組織再分化而成。

對于環(huán)切莖段而言，則完全是由切口處的愈傷組織再分化而成，最后發(fā)育成正常植株。

2.結(jié)論

普通莖段的莖與根、只有芽莖段的根和只有根莖段的芽主要是由形成層生長而成的；少部分由愈傷組織再分化而成的。

對于環(huán)切莖段來說，其莖與根均由愈傷組織分化而成。

五、致謝

我由衷地向一個多學(xué)期以來在理論和實驗上給予我?guī)椭某３苫ɡ蠋煛埑蠋熀吐欖亡卫蠋熤乱猿绺叩木匆馀c感謝，并向在探究課題時給予我鼓勵和幫助的丁若穎學(xué)姐、劉錦陽學(xué)長和張珮萱同學(xué)表示感謝。感謝大家長期以來對我的信任與支持。

附表：