延展教学主线的ldquo植物组织培养

江苏省锡东高级中学周敏

无锡市第一女子中学王荐

摘要：多维设计“植物组织培养技术”一课，让学生追根溯源从有趣的科学史中了解技术，自主归纳技术流程，达成课程知识目标；亲身体验从真实的参观报告中感受技术，动手操作应用知识，达成学科核心素养提升。

关键词：植物组织培养技术科学史核心素养

高中生物选修课程有“依托拓展课程和校本课程，为学生进一步学习和职业规划奠定基础”[1]的作用。课堂上，教师一方面要为学生创造条件达成基本课程知识目标；另一方面要通过多种途径为学生拓展生物科学技术视野，发展学科核心素养。本文以“理论基础→技术流程→工厂实践→优点与应用”为主线，多维度设计“植物组织培养技术”一节教学，为学生呈现完整、立体的植物组培这一现代生物技术。

1.从科学史中了解技术，自主归纳技术流程

1.1教师查阅资料，编写科学史学习材料

一部科学史，一部思想史，亦是一部人类发现问题和解决问题的方法史。用好生命科学史这抔土，可以开出美丽的花。植物组织培养技术的起源可以追溯到19世纪的细胞学说，至今一百多年的历史可分为三个阶段（简化资料）：

探索阶段：年施莱登（M.J.Schleidon）和施旺（T.Schwann）提出细胞学说。为每个细胞可能独立生活提供理论基础。年哈伯兰特（Haberlandt）预言细胞“全能性”，他用了很多植物材料尝试却没有成功。

奠基阶段：年怀特（White）配制出怀特培养基，并成功诱导番茄根尖切段长出愈伤组织。年斯库格（Skoog）和米尔（Mill）提出激素调控植物组织培养中根、芽的形成。年斯图尔德（F.C.Steward）研究植物生长调节的化学因子。他用胡萝卜根韧皮部成熟细胞离体培养，诱导脱分化得到愈伤组织，再加入从几千加仑椰子水中得到的提取物、液体胚乳等，成功诱导再分化成胚状体，最终获得完整胡萝卜植株。这一植株能开花结果，证实了哈伯兰特细胞全能性预言。

发展阶段：年莫雷尔（Morel）获得脱毒兰花。年库巴（Cuba）和马毕斯布瓦里（Mabesbwari）用毛叶曼陀罗的花药培育出单倍体植株。年斯图尔德（Steward）悬浮培养单个胡萝卜细胞得到可育胡萝卜植株。年赞不瑞斯基（Zambryski）获得首例农杆菌介导转基因植物。现今，植物组织培养技术与水稻、玉米、小麦等的转基因技术结合，开始在生产上大面积推广使用。

笔者在梳理植物组织培养技术发展史时遇到个小插曲。按照习惯性思维，要了解胡萝卜植物组织培养，就想到查阅斯图尔德当年论文，希望看到操作流程介绍。可是查阅文献发现斯图尔德年的论文题为《生长的化学调节（诱导生长和形态发生的某些物质和提取物）》[2]，阐述的主要内容是他用新技术从几千加仑椰子水中提取的诱导植物生长和形态发生的化学物质。他在文章一开头提到“本文将回顾大量已被研究过的话题，将联系整个领域已知的结论和发展趋势，研究植物生长调节化合物”。言外之意，他不是植物组织培养研究第一人，而是站在巨人的肩膀上，找到了一些调节植物生长的化学因子，最终促成植物组织培养的成功。笔者顺藤摸瓜，通过查阅书籍、中国知网、杂志等途径找到了诸多科学家参与并有着将近年探索历程的资料，我们将之改编成学生阅读资料，注意详略得当，着重体现植物组织培养技术产生的细胞学理论基础，科学家克服困难的创举，以及突出第一位完成该技术的斯图尔德的胡萝卜植物组织培养技术。

1.2学生利用资料，自主生成技术流程

学生利用这些资料，学习目的有二：第一，阅读科学史，归纳要点，抽提关键词，用文字和箭头的形式自主构建植物组织培养技术流程模型；第二，了解科学史资料来源，尊重事实和证据，崇尚严谨和务实，运用科学的思维方法认识事物。梳理这段历史，在达成课程知识目标的同时，有助于学生理解科学技术的发生、发展不是一蹴而就的，感受多学科交叉，新技术应用对科学发展推动的作用。

学生归纳作品：植物组织培养技术流程

①外植体

↓脱分化

②愈伤组织

↓再分化

③胚状体，丛芽

↓

④试管苗

2.从实践报告中感受技术，提升差异性思维意识

差异性是生物学的重要思想。[3]教材编写以揭示事物的普遍特征为主，课文所选案例常常具有普遍性。而生物学科区别于理化学科的重要特征在于差异性。差异性思想在植物组织培养这一技术中体现得尤为淋漓尽致。

植物组织培养技术自年斯图尔德胡萝卜组织培养成功以来，组培苗已在世界范围内超过10亿株[4]。该技术写进教材十年有余，学校所处周边也零星出现组培工厂。从整个选修3教材来说，植物组织培养技术是诸多现代生物技术中不可多得的能让学生参与体验的技术之一。因此在“植物组织培养技术”备课初期，我们辗转联系到位于无锡灵山大佛附近的江苏凤谷生物有限公司，实地了解铁皮石斛植物组培的工厂化生产。此次参观除拍摄视图资料放入课件，带回样品给学生观察以外，更多地采访了技术员，了解铁皮石斛植物组培的实际生产状况，对理论知识进行拓展。诚然，实践操作基于理论基础又不完全拘泥于理论流程，主要差异如下：

2.1生产实践与理论流程差异枚举

差异1。生产上用愈伤组织简化微繁流程。人教版教材P33写“在一定条件下，利用它们（植物）的一片叶子、一瓣花瓣，甚至一粒花粉，可以得到大量的幼小植株”，即利用少量外植体材料，无限循环操作流程①②③④就可以实现作物大量繁殖，产量和速度相当惊人。工厂的采访了解到这个流程还能再简化，直接循环操作流程②③④，而省去的外植体脱分化过程实际上是省去了一个比较艰难的诱导过程。所以实际生产通过对愈伤组织扩大培养，实现更快捷的微繁效果。

差异2。由分化培养基与继代培养基看组培流程。课文P35中提及“分化培养基”而并未展开讲述，仅在习题答案中出现“继代培养基”。此次采访铁皮石斛的工厂化生产，清楚地看到两条生产路线：一是对愈伤组织扩大培养，愈伤组织保持原形态而不分化，采用的便是继代培养基；二是诱导铁皮石斛外植体长出符合生产要求的根，采用的是诱导生根的分化培养基。不同种类的培养基主要区别在于激素杠杆这根魔术棒的巧妙应用，这对学生深刻理解课文P42“植物生长调节剂在组织培养中的神奇作用”大有益处。

差异3。避光不是培养愈伤组织必要条件。课文P35提及“胡萝卜组织块避光培养后观察愈伤组织生长状况”，常导致师生理解为培养愈伤组织一定需要避光条件，考题中也多次涉及需要避光培养。而工厂化生产铁皮石斛，它的愈伤组织扩大培养却并不避光，愈伤组织大方地呈现出绿色并不断增殖。直接从植株附近长出的原球茎（愈伤组织的高级阶段），也无需避光生长。技术员介绍这是铁皮石斛愈伤组织的特殊性，同一工厂培养的天山雪莲、人参的愈伤组织，却需要严格避光的条件。

综上所述，植物组织培养技术并不是一个刻板的过程。对不同的植物进行植物组织培养，技术有差异；哪怕是同一种植物，在不同地方操作，激素配比也有差异（采访得知）。

2.2差异性思维与探索事物本质的统一性

差异性思维的引入不等于否定书本基本理论。从工厂化生产铁皮石斛操作流程来看，是对植物组织培养技术流程的灵活应用，基于基础技术而灵活应用于生产实践。正因为这种灵活性，使师生更加