实验目的：

本实验项目设立了练习和实践两种操作模式，学生在前期掌握相关理论知识的基础上，经练习模式不断理解和掌握实验操作技术，之后进入实践模式，完整准确地进行实验操作后，系统将进行成绩评定并生成实验报告。整个实验通过11交互步骤，使学生可以在3个学时内系统掌握相关知识点和实验操作技能。

通过本虚拟仿真实验，学生可以达到掌握以下知识和能力的目的：

（1）加深对光周期与植物成花之间关系的理解；

（2）系统掌握植物花药离体培养及再生植株倍性鉴定的实验原理和操作步骤;

（3）培养学生对单倍体诱导技术的知识整合能力。

实验原理：

1. 光周期对植物成花的影响：

光周期：一天中白天和黑夜的相对长度，称为光周期。光周期现象：植物对白天和黑夜相对长度的反应，称为光周期现象。按照植物对光周期的反应，可将植物分成三类：长日照植物（日照必须大于某一临界日长，一般 12 h 以上，或者暗期必须短于一定时数才能开花的植物）；短日照植物（日照必须短于某一临界日长，一般 12 h 以下，或者暗期必须超过一定时数才能开花的植物）；日中性植物（对光照长短没有严格要求，任何光照下都能开花的植物）甘薯为短日照植物，需要满足特定周期才能开花。

2. 花药离体培养：

离体培养花粉处于单核时期（小孢子）的花药。把花粉发育到一定阶段的花 药接种到培养基上，来改变花药内花粉粒的发育程序，使其分裂形成细胞团，进而分化成胚状体，形成愈伤组织，由愈伤组织再分化成植株。由于花粉已是单倍体细胞，诱发它经愈伤组织或胚状体发育而成的植株都是单倍体，且不受花药的药隔、药壁、花丝等体细胞的干扰。

离体培养过程中，组成培养基的主要成分有五类：分别是无机营养物、碳源、维生素、生长调节物质和有机附加物等。其中，培养基中的激素比例至关重要。生长素/细胞分裂素的比值高时，促进根的分化，比值低时，促进芽的分化。本软件中推荐使用的激素比例为：

诱导愈伤组织时，生长素：细胞分裂素为 1:1；

诱导不定芽时，生长素：细胞分裂素为 1:2 或 1:3；

诱导不定根时，生长素：细胞分裂素为 2:1 或 3:1；

3. 流式细胞仪检测植物倍性水平：

流式细胞术是一项广为使用、基于激光的技术，用于检测细胞或颗粒特性。流式细胞术广泛用于分析细胞表面和细胞内分子的表达，表征和定义异质细胞群 中的不同细胞类型，评估分离亚群的纯度以及分析细胞大小和体积。该技术可同时对单个细胞进行多参数分析。流式细胞仪利用散射光和发射荧光组合来产生数据。通过流式细胞仪运行样本（通常是细胞悬液）时，鞘液以流体动力学方式促使细胞悬液通过小喷嘴，并以单细胞方式通过激光。随后，通过检测器收集前向和侧向散射光（分别为 FSC 和 SSC），以及染色细胞发射的荧光。FSC 与细胞大小有关，SSC 与 细胞的粒度成正比，可以仅根据细胞大小和粒度来区分细胞群。

利用幼嫩植物的叶片提取细胞核，经荧光染料碘化丙啶（PI）染色后，用于流式细胞仪检测。提取的细胞核在仪器中单个的流过一个细管，在 488 nm 激发光的照射下发出 620 nm 的橙色荧光，荧光强度与结合在 DNA 上的 PI 量成正比。根据每一个粒子的荧光强度，就可以快速地测定每个细胞核的 DNA 含量。通过统计分析，确定荧光强度最集中的一组（峰值）为 DNA 的相对含量。

实验内容：

软件主要内容包括：甘薯成花诱导、培养基设计、配制、分装、高压灭菌、花药前处理、接种、愈伤组织诱导、不定芽诱导、生根诱导、再生植株倍性鉴定等主要实验内容。包含:光周期对植物成花的影响;花药外植体接种;基本培养基组成和配制;植物激素对分化的影响;植物倍性鉴定的原理;流式细胞仪原理及使用等六个主要知识点。

实验设立了练习和实践两种操作模式，通过练习模式学生可以反复进行实验设计和操作，感受不同条件下实验的结果，锻炼学生的实验探究能力，不断加深实验操作技能。实践模式可以进行在线测试，全面评价学生对实验操作的掌握情况。

实验主要操作流程：

1.登陆实验操作界面；了解实验目的、实验原理、试验主要内容以及系统操作方法；

2.选择实验模式：练习模式、实践模式；

3.自主设置培养室光周期参数，对甘薯进行成花诱导；

4.设计和配制愈伤组织诱导培养基：包括基本培养基母液和植物激素母液的量取、蔗糖称取和添加、定容、调节溶液pH值、称取和添加植物凝胶、加热煮沸、分装和封口、高压灭菌等操作步骤；

5.花朵的采集，低温预处理；

6.花药表面消毒并接种；

7.愈伤组织形成；通过下拉菜单，查看不同培养时间愈伤细胞的发育状态；

8.不定芽诱导培养基配制和不定芽诱导；

9.不定根诱导培养基配制和不定根诱导；

10.再生植株炼苗、移栽；

11.再生植株倍性鉴定：通过提取叶片组织的细胞核，利用流式细胞仪鉴定再生植株的倍性水平；

12.点击实验操作界面上方“实验报告”模块，学生对比分析自主实验设计结果与标准实验结果，在线撰写并提交实验报告；

13.实验报告在线提交以后，点击界面上方的“课后习题测试”模块，系统随机从数据库中抽取由10道题组成的试卷，学生在线作答并提交，系统自动打分，并给出正确答案。