植物学实验技术教程:组织培养、细胞化学和染色体技术
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前言

20世纪50年代,前辈张景钺、吴素萱、李正理和朱澂等教授先后主讲的“植物学大实验”,包括制片技术、显微镜的原理和使用、摄影技术三部分,深得学生和社会的好评。50年代后期,随着学科的发展又在制片技术中增加了染色体压片的内容,并尝试性地添加了“植物组织培养”实验;到70年代后期,植物学专业研究生实验技术教学的内容又扩展到电子显微技术;80~90年代,又逐渐扩增了细胞化学和染色体技术的内容。在其后的植物学专业研究生的教学计划中,“植物学实验技术”课程在原有的三部分上添加了电子显微技术、植物组织培养、植物细胞化学和染色体技术等内容。除此之外,研究生和进修教师还根据自己的研究课题的需要选修相关的分子生物学实验技术。他们的用人单位反映这些训练满足了其毕业后的研究工作和实际应用的需要。

本教程的三位编者于20世纪50年代进入北京大学生物学系,有幸在这些名师的教诲下学习和工作,在理论知识和实验技术方面学习到必要的入门知识,为后来的教学和研究打下了坚实的基础。前辈老师们一再强调:生物科学(包括植物学)是实验科学,实验技术的发展在学科的形成和发展中起着决定性的作用。他们通过言传身教告诫我们:重视实验技术教学不是为学技术而学技术,而是作为探索植物界奥秘,研究植物遗传、演化、发育和形态建成的手段。因此,我们在教学和研究中也很重视实验技术,在改革开放后20余年比较稳定的环境下进行了一些探索,积累了一些经验。本人从1985年开始承担“植物学实验技术”的教学任务,早就想与自己的同行和年轻学生们分享我们20多年来的经验。退休后,我在北大教材办公室和生命科学学院的支持下终于使这一愿望得以实现。

在“植物学实验技术”课程的7个部分中,电子显微技术和植物制片技术已经有了很好的教材,稍加修改即可适合现在的需要,显微镜的原理和使用、生物学摄影技术需要在数字成像基础上加以修改,重新编写教材。这次首先选择了组织培养、细胞化学和染色体技术三部分编写这本《植物学实验技术教程》,其中,中国科学院上海植物生理学研究所王美琪副研究员撰写本书第二篇第9章免疫细胞化学,她自1976年以来即应用免疫学技术从事科学研究,80年代引进和建立了以蛋白A-胶体金(PA-Au)为探针的全套免疫电子显微镜技术,将她的实验室建成免疫细胞化学实验室,用这项技术从事研究工作20余年。北京大学生命科学学院李懋学高级工程师撰写本书第三篇第11~14章,他长期从事染色体技术研究,在核型分析、染色体原位杂交等方面取得了出色的成绩。由于他们二位的参与,使本书增色不少,增添了许多在长期研究实践中反复检验过的成功经验。

本教程的第一篇为植物组织培养,它是实验植物学和现代植物生物技术的重要基础之一。第二篇和第三篇的实验内容定位于细胞和亚细胞水平,主要考虑到其在学科发展上所起的桥梁作用。我们认为在当今分子生物学蓬勃发展,向生物学各分支学科加速渗透之时,本教程仍然可以发挥它应有的作用。一方面,以形态结构为主要研究对象的经典植物学知识需要继承,更需要在吸收分子生物学技术和原理的基础上发展;另一方面,分子生物学的进一步深入发展需要去探讨遗传与演化、分化与发育等自古以来经典生物学就已经提出,并且在科学发展中逐渐深入的基本问题。在经典生物学与分子生物学之间需要一个桥梁。电子显微技术和超微结构研究淡化了结构与机能的界限;微量和超微量检测技术将细胞的形态、结构、生理生化研究和分子机理探索进一步结合起来。细胞是生物体结构和机能的基本单位,细胞水平及其延伸——亚细胞水平的知识是一切生物学工作者都必备的基础知识,掌握了这些知识对从事任一方面的生物学(包括分子生物学)教学和研究,都十分有利。

本教程是实验指导书,不去罗列各种相关的技术资料,写成包罗万象的实验技术大全,而在于培养学生举一反三、独立操作能力以及思考和创新能力。编者认为要达到这一目标首先必须在内容选择上重点深入,所以在“植物成分的细胞化学”一章中,着重介绍了植物细胞的主要成分(如,多糖、蛋白质和核酸)的显示和定位技术,对同一类化学成分阐述了几种不同的测试方法,使初学者通过比较,可以了解不同技术方法的特点和共性;而对其他成分只作一般性的介绍,甚至不作介绍(当读者需要时可查阅有关专著和文献)。在“酶细胞化学”一章中,集中介绍了3种磷酸酶和3种氧化还原酶的测试原理和方法。通过不同的和同类的酶的显示和定位技术的类比,使学生学习到如何根据实验对象的特点灵活处理细致的差异并调整化学反应和操作程序,而不是随便列举许多互不相干的酶学方法,仅仅让学生掌握一些零散的细胞化学知识。同时也应该使初学者对各种技术及其发展有全面的了解,能够高屋建瓴地观察、思考和改进。因此,每介绍一类技术都包括历史简介、基本原理、试剂配制、实验操作(流程)、实验结果5个部分,必要时对实验操作中的关键问题在“注意事项”中加以说明。

本实验教程从有关专著和研究论文中引用了不少技术资料,主要的引用资料都列入参考文献中。这里特别要提出的是,中国科学院植物研究所的简令成研究员慷慨地允许我们在本教程中摘引了许多细胞化学技术资料,分享他的研究成果;陆文樑研究员欣然应允本书介绍他在植物器官克隆方面创造性的工作,并与编者进行了深入的讨论,使读者在学习组织培养技术的同时了解植物组织培养在这方面的最新进展。在此,我们向简令成和陆文樑研究员表示由衷的感谢。我们还要向我的老师胡适宜教授和王镜岩教授表示感谢。胡适宜教授仔细阅读了本书的文稿,提出了许多中肯的修改意见;王镜岩教授在蛋白质细胞化学染色与氨基酸和蛋白质等电点的关系方面的修改意见使本书澄清了一些同类著作没有完全阐述清楚的问题。同时我们还向1985年以来学习“植物学实验技术”课程的本科生、硕士和博士研究生、进修教师(访问学者)表示衷心的感谢。许多实验内容经过编者和同事、学生多次验证,按教程中所列试剂配制和实验程序进行操作能够得到满意的结果。由于他们的参与和提供的意见,检验和提升了本教程推荐的各种实验程序的可靠性。

尽管我们提出了明确的目标,尽管我们三位编者都以认真负责的态度严肃对待这项工作,但毕竟我们,尤其是本人的学识有限,在实现既定目标的主观愿望与实际能力之间存在着很大的差距。加之实验内容随着时间的进程而逐渐增加,经受检验的程度多少不等,缺点、错误和经验不足之处在所难免,热切希望读者提出批评意见,以便在实验工作中和将来修正、补充。

尤瑞麟

2007年4月20日于北大