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基于普通高中新课程标准探索“植物组织培养实验”教学创新

2020-07-14 282 上传者：管理员

摘要：基于普通高中新课程标准的要求，本文以植物组织培养实验教学为例，从MS培养基母液的配制、培养基的配制、加大实验室开放、分组接种操作及重视实验报告的书写等方面进行介绍，为高校师范生实验技能的提高，组织实习教学及高中生物教师组织实验设计提供参考。

关键词：
实验技能
教学实践
植物组织培养
生物类师范生
遗传学
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为了适应时代发展，科技的进步，教育教学内容的改革，普通高中生物新课程标准中实验项目数量大幅度增加，对教师实验技能的要求显著提高，更加重视学生的实践能力，特别是对学生探究能力的培养。对学生掌握植物组织培养技术方面尤其重视，人教版选修1《生物技术实践》和选修3《现代生物科技专题》都列出了植物组织培养技术方面的专题。对将成为高中生物教师的高师生来说，提高自己的实验技能，才能胜任教师岗位的要求，需具备熟练的操作能力，演示能力，讲解能力，引导能力和分析能力。对于植物组织培养实验课来说，高师生必须从培养基的配制，外植体取材，消毒，接种，培养等过程操作熟练且有完善的教学设计方案才能保证实验的成功。本文从如何熟练配制培养基母液，配制培养基，接种材料，观察材料，实验报告的书写等方面进行介绍，为高师生组织实验教学及高中生物教师植物组织培养实验教学的设计提供参考。

1、加强实验课前预习，熟练配制培养基母液

实验课前，要求学生做好实验课的预习工作，认真熟悉实验步骤，记录预习中的问题。对实验配制哪些药品，提前列出清单发给学生，学生查阅资料了解如何配制，提前了解需要注意的地方和计算的地方，使学生上课前心里有一定的概念，不至于茫无是从。独立操作配制培养基母液是每个学生应该具备的，为了减少称量误差，提高培养基配制的效率及准确性，将MS在培养基配方基础上扩大一定的倍数，配成浓缩液。每个班级配制一套母液，采取分组使每个学生参与配制，6个组分别配制大量元素，微量元素，有机元素，铁盐溶液，植物生长调节剂及1mol/LHCl和1mol/LNaOH。MS培养基母液的配制方案（见表1），但需注意：（1）大量元素有5种化合物，防止放置后有沉淀析出，配制母液倍数为10倍，考虑到Mg+,Ca2+,SO42-和PO43-之间容易发生反应产生沉淀，所以每种要单独溶解，CaCl2单独配制，其它4种化合物放在一起，分别定容至1000ml。（2）微量元素有7种化合物，为了称量方便，配制母液为1000倍，每种化合物最好单独溶解后再混合定容至1000ml。（3）有机元素有5种有机物，放置时间久后，试剂瓶里容易滋生菌类，所以有机元素母液一次不需配制太多，配制母液倍数为100倍，混合溶解定容至500ml。（4）铁盐有2种化合物，配制母液倍数为200倍，配制铁盐溶液要细心认真，2种化合物单独加热溶解后，再混合加热，为防止以后沉淀析出，要充分的加热螯合，再定容至1000ml。（5）植物生长调节剂类，常配制成浓度1mg/ml。细胞分裂素类如6-BA和KT等，先称取0.1g，用少量的1mol/LNaOH溶解后，再定容至100ml。生长素类如NAA,IAA和2,4-D等，也先称取0.1g，用少量的1mol/LHCl溶解后，再定容至100ml。所有母液应当用蒸馏水配制。

2、制定实验方案，熟练配制培养基

配制培养基实验前，要求学生以组为单位设计一种植物的组织培养繁殖的实验方案，植物材料可选实验指导书上，可以是自己感兴趣的。学生通过查阅资料归纳总结后，每组提交一份电子版实验方案，老师对实验方案修改完善，将修改意见反馈给学生，直至实验方案可行，根据方案中的培养基配方配制培养基。强调学生配制培养基需注意3个关键的技术问题：吸取量的问题、配制流程和高压高温灭菌过程。

根据母液的倍数，吸取一定量的母液配制培养基。吸取量的计算要准确，否者培养基成分错误，影响外植体的生长，这是植物组织培养最基本的技术。实验课时，可以随机找两个同学，写出两种培养基母液的吸取量，检验学生是否懂得吸取量的计算。根据实验经验，母液的吸取量可以用公式计算：母液吸取量（ml）=配制培养基的体积（ml）÷母液的倍数

植物生长调节剂吸取量（ml）=培养基使用浓度（mg/L）×配制的培养基体积（L）÷母液浓度（mg/ml)

要求学生熟悉培养基的配制流程，称量准确，分装精确，调pH值合适，高压灭菌后pH值会下降0.2-0.3，所以pH调节为6.0左右。pH值偏低可能导致培养基不凝固，pH值调节偏高，导致培养基太硬，植物吸收水分困难。下面以配制1L的培养基MS+6-BA1mg/L+2,4-D0.1mg/L说明配制流程：第1步：称量琼脂粉7-8g，蔗糖30g,用500-600ml的蒸馏水进行加热溶解。第2步：吸取大量元素中的CaCl2.2H2O100ml，其余4种化合物100ml,微量元素1ml，有机10ml，铁盐5ml,6-BA1ml,2,4-D0.1ml(100μL）混合。第3步：将第1步和第2步进行混合，定容至1L，调PH6.0。第4步：分装培养基，每个240ml组培瓶分装25-30ml。第5步：高压高温灭菌，在121℃下灭菌20min。

熟练使用灭菌锅，对培养基进行高压灭菌。老师先教会各小组的组长使用高压灭菌锅，后以组为单位轮流对培养基进行灭菌，使每个学生能熟练操作高压灭菌锅。

表1MS培养基母液配方表

3、加大实验室开放，分组接种操作

从提高学生的实践能力，充分的掌握植物组织培养实验

流程角度，需将实验项目设计为一个系统的过程如培养基的配制，外植体的表面消毒，愈伤组织的诱导，不定芽的分化，增殖，壮苗，生根和炼苗移栽等环节，各个环节不可缺少。植物的生长需要时间，仅实验课时间很难完成所有的实验项目，有的实验需要课下完成，需要加大实验室开放，使学生进入实验室方便做实验。如何开展实验教学，对各个阶段的技术流程介绍如下：

3.1外植体的表面消毒和接种

此项实验使学生掌握外植体的取材处理和表面消毒技术。分组分批进行操作，要求每个学生操作，确保老师方便指导。对外植体表面消毒之前，选择合适的外植体，可以降低污染率，保证实验顺利开展，在学生制定实验方案时特别强调，加强指导，确保学生选择合适的实验材料，不能盲目的选择。为了保证后续实验的顺利进行，实验老师还需准备无菌的实验材料。

选择的植物材料满足五个条件：一是植物外植体容易取材，二是表面消毒容易，三是容易实现再生，四是通过组培技术繁殖有意义，五是组培技术比较成熟，提高实验成功率。一般草本植物选择叶片，叶柄，茎尖和嫩芽作为外植体，木本植物选择茎段，侧芽和新梢作为外植体。花器官一般取花序或花药。为了降低污染率，野外取材外植体表面消毒前通常要预处理，清洗表面灰尘，自来水冲洗和抗生素浸泡等。在超净工作台上对植物材料表面消毒过程流程为：首先用70%酒精檫洗台面，紫外灯照射30min后，开通风和照明灯；处理好的材料放入灭菌的三角瓶倒入75%酒精浸泡30s，后用无菌水冲洗2次；再用0.1%升汞消毒几分钟或者2%NaClO消毒15-30min(消毒剂和消毒时间需要根据不同的材料查阅资料确定，这个很重要），期间不断摇动三角瓶最后再用无菌水冲洗4次；在无菌的碟子里切取叶片大小为0.8cm×0.8cm，叶柄长度0.5-0.8cm，茎段和新梢长度一般2-2.5cm带1-2个腋芽。接种过程注意的是：戴口罩，勤檫手，不说话，不走动，瓶口倾斜靠火焰，接种完好，盖瓶盖，贴标签。实验老师可提前制作外植体表面消毒和接种的小视频，上课时进行讲解，然后在学生进行具体操作前进行演示，可以起到比较好的教学效果。

3.2愈伤组织的诱导或不定芽的诱导

通过愈伤组织的诱导途径实现再生，将材料接入愈伤组织诱导培养基，愈伤组织诱导培养基注意细胞分裂素与生长素的比例，每瓶接3个外植体。定期观察外植体的污染情况，愈伤组织的颜色状态质地，记录愈伤组织出现的时间，30d后统计愈伤组织诱导率。腋芽萌发实现再生的，将材料接入腋芽诱导培养基，观察污染情况，腋芽萌发情况，计算萌发率。可设计2-3种不同的培养基比较愈伤组织的诱导或腋芽诱导的情况。

3.3不定芽的分化

将诱导形成的愈伤组织切割成0.5cm×0.5cm小块，转接到分化培养基。分化培养基通过查资料设计2-3种进行尝试，注意细胞分裂素与生长素比例。每瓶接6块愈伤组织，30d后观察愈伤组织分化情况，统计分化时间的早晚及分化率。

3.4不定芽的增殖

为了扩大繁殖，在不定芽分化或萌发的培养基的基础上，设计不定芽的增殖培养基。选取不定芽，接入增殖培养基，不定芽增殖一般接种丛生芽，有利于增殖，每瓶接6组丛生芽，每组可有3-4个芽。30d后观察不定芽增殖状况，统计增殖数量，计算增殖系数。确定合适的芽增殖培养基。

3.5壮苗

主要使学生设计合适的壮苗培养基，通常为1/2MS添加几种不同有机物，如椰汁，苹果汁，马铃薯汁和香蕉泥等。将不定芽接入壮苗培养基，每瓶接入10株，30d后观察植物苗生长情况，通过测定叶片宽度、叶片数、茎高及茎粗，观察叶片颜色进行分析。统计分析出哪种培养基适合壮苗的培养。

3.6生根培养

主要使学生掌握通过把无根苗接入设计的生根培养基中，观察材料的生根情况。生根培养基多选用1/2MS或1/2MS+NAA或1/2MS+IBA，可以设置相应培养基组合作实验探究。要求学生每瓶接7个苗，15d后观察植物体生根状况，统计生根数量、生根粗细和根系长度，计算生根率。确定合适的生根培养基。

3.7炼苗移栽

主要使学生掌握组培苗炼苗的目的及移栽的过程。学生查找资料，选定栽培基质，老师根据学生的要求，采购栽培基质。先将组培苗转移到温室中20d左右，后再打开瓶口7d左右，再移栽到适宜的栽培基质上，移栽时注意栽植的深浅，浇定根水很关键，控制合适的湿度。30d后就可以统计移栽的成活率。

4、重视实验报告的书写

实验报告是教育部对高校进行合格评估和审核评估重要的检查材料。实验报告的内容反映专业实验课程开设的实验项目能否满足人才培养的需要，理论课程和实验课程是否脱节。从实验报告的书写可以看出很多问题，学生对实验教学的认真程度，接受专业的熟练程度，学生的实践能力，书写能力，分析能力，可以说实验报告是对实验教学一个反馈，所以实验报告的书写很重要。很多学生不重视实验报告的书写，有的照抄教材，有的照抄别的同学，有的同学甚至不交实验报告。一个完整的实验报告包括实验目的，原理，材料，方法，预习问题，实验步骤和实验结果与分析。很多同学往往没有写出实验中遇到的问题，对实验结果没有描述或显示，没有对结果进行深入的分析。同一个组所用的材料方法相同，但不同的人提出的问题，看待问题分析问题的角度不同，对结果的分析不相同，通过这些可以看出每个学生的实验水平。通常实验报告以百分制打分，实验结果与分析分数可占50%，其它部分占50%，将实验报告的成绩作为课程总成绩的重要组成部分。教学中给学生讲解一个完整的实验报告应该怎样书写，给学生提供实验报告书写的模板，使学生的实验报告书写规范，可以加深学生实验印象，提高学生的兴趣，进而可以提高学生的实践能力。

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基金:韶关学院第二十批教育教学改革项目(SYJY20192038);韶关学院新课程专项项目(SYJY20181918);韶关学院生态学校级重点扶持学科(230079030101).