高中生物學連續(xù)性探究實驗設計分析
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摘要：生物學實驗能否全面有效地發(fā)揮其功能，實驗的設計是關鍵。以種子、葉或塊莖為材料來設計連續(xù)性實驗，材料都來源于學生熟悉的日常生活，操作簡便，能較好地貫徹科學探究的思想。
本文選擇幾種常見的農作物為實驗材料，進行連續(xù)性實驗設計，可有效培養(yǎng)和發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)。在實驗過程中還能增加學生與農作物相關的知識，增進學生的認知和情感［1］。
1以小麥、玉米及大豆種子為材料的連續(xù)性實驗
可開展如下15個實驗:①種子形態(tài)結構的觀察將種子浸泡24h，觀察處于吸脹狀態(tài)的種子形態(tài)，用刀從大豆種子的種脊位置把種皮割開，剝掉種皮，觀察子葉、胚芽、胚根及胚軸;用刀片沿著小麥和玉米種子的縱溝切為兩半，借助放大鏡或解剖鏡觀察，分辨果皮與種皮、胚和胚乳幾部分結構。②種子中蛋白質的檢測將浸泡好的大豆種子進行研磨，取2mL研磨液倒入試管中，加入1mL0．1g/mL的NaOH溶液，搖勻，再加4滴0．01g/mL的CuSO4溶液，搖勻。觀察試管中溶液顏色的變化。③種子發(fā)芽率的快速測定(TTC法)將吸脹狀態(tài)的小麥或玉米種子用刀片縱切，取一半放入大培養(yǎng)皿中，向培養(yǎng)皿中加0．5%TTC(氯化三苯四氮唑)溶液，放置在30℃恒溫箱中0．5—1h，種胚紅色的是活種子。④測定萌發(fā)種子呼吸強度檢測裝置可以參考有關教材插圖，取剛剛萌芽的小麥、玉米或大豆種子，用紗布包好，懸掛在廣口瓶塞的彎鉤上，相同時間小燒杯中玻璃管內水位上升的高度，可代表種子呼吸作用的強弱。⑤檢測萌發(fā)種子中淀粉酶取已萌發(fā)和吸脹狀態(tài)的小麥種子分別研磨，用研磨液的上清分別在玻璃皿內含淀粉的瓊脂平板上繪一字樣，置于25℃溫箱20—30min，用稀釋的I－KI溶液浸泡平板，觀察2個玻璃皿中字樣的位置上瓊脂被染成藍色的程度。⑥幼苗結構及其形成過程觀察將浸泡好的小麥、大豆和玉米種子種在蛭石中培養(yǎng)生長。在每天的同一時間觀察其萌發(fā)的狀態(tài)并記錄每種種子的生長情況。⑦根尖生長部位的探究性實驗取6粒處于吸脹狀態(tài)的大豆種子，將種子固定在濾紙上，培養(yǎng)發(fā)芽。等幼根約2cm時，將2幼根在距根尖1cm處切斷;其余4根在距根尖2．5mm處向上每隔1mm劃線直到距根尖1cm處，將其中2根距根尖5mm處切斷。繼續(xù)培養(yǎng)2—3d，觀察幼根的生長情況，并測量根的長度及劃線之間的距離。⑧觀察植物種子的向性運動向光性運動:將小麥種子播種于濕沙中，培養(yǎng)到胚芽鞘1—2cm時，在幾株幼苗的胚芽鞘上套錫紙?zhí)?，將小苗置于開有一孔的光照箱中，使光線從孔射入，照在幼苗上。經過1—2d后，觀察小苗的胚芽鞘是否產生向光性彎曲;向水性運動:將大豆種子播種到玻璃培養(yǎng)缸濕沙中，貼近玻璃壁播種，在離種子一定距離處埋下一個底有破洞的試管，待種子發(fā)芽根部長出2—3cm時，就不再往培養(yǎng)缸內灑水，而往試管中加水，保證試管下方的土是濕潤的，注意幼苗根的生長方向。⑨生長素類似物對根芽生長的不同影響取剛萌發(fā)露白點的小麥幼苗，放置在盛有10ppm、10－1ppm、10－3ppm、10－5ppm的萘乙酸(生長素類似物)及蒸餾水的培養(yǎng)皿中濾紙片上，等3—5d后，測量種子根和芽的長度。⑩細胞分裂素類似物(6－BA)對幼苗生長的調節(jié)取高約3cm的小麥幼苗，在離幼苗頂端1．3cm切下，放置在盛有蒸餾水和20mg/L6－BA溶液的培養(yǎng)皿中的濾紙上，培養(yǎng)3d，觀察小麥幼苗的狀態(tài)，測量小麥幼苗的長度。瑏瑡環(huán)境因子對植物吐水的影響在盆缽中種植小麥、玉米種子，幼苗長出后，用玻璃鐘罩罩住盆缽。植株的葉片開始吐水時，吸去水滴，再蓋上鐘罩，記錄水滴形成的時間;將盆缽放在盛有冰水的容器中，吸去水滴，再蓋上鐘罩，記錄水滴形成的時間。瑏瑢印跡法觀察表皮細胞和氣孔用指甲油涂抹小麥苗、玉米苗及大豆苗葉片，指甲油干燥后，掀起油膜制成裝片，在顯微鏡下觀察葉片表皮細胞、氣孔及保衛(wèi)細胞形態(tài)。瑏瑣幼苗光合作用速率的測定實驗裝置可參考有關教材插圖，將幼苗放入帶塞的大玻璃瓶中，在彎曲的玻璃管加有色液滴，在小燒杯中放NaHCO3溶液。裝置放在適宜的光強下，觀察有色液滴的移動。瑏瑤光對幼苗光合作用的影響將小麥苗、玉米苗及大豆苗放在暗處培養(yǎng)24h，用黑色遮光紙及各色玻璃紙小塊將一段幼苗的葉片上下都包裹住，在光下培養(yǎng)4—5h。剪下葉片，脫色后，碘液染色，觀察葉片的染色情況。瑏瑥幼苗莖橫切面顯微鏡觀察用刀片從中間縱向掰斷，并列對齊刀刃，用膠帶在外側粘貼2刀片，捏住刀片，在小麥苗、玉米苗及大豆苗莖的位置切下，將切片制成裝片，在顯微鏡下觀察。這個辦法也可以觀察根和葉的橫切面。
2以菠菜和洋蔥為材料的連續(xù)性實驗
可開展如下12個實驗:①葉片細胞葉綠體和線粒體的觀察用鑷子撕下一塊菠菜葉片的下表皮，制成裝片，在顯微鏡下找到葉綠體并觀察。如果觀察線粒體，則將表皮鋪在載玻片上，滴加健那綠B，蓋上蓋玻片，放置在顯微鏡下觀察。健那綠B用前要過濾，染色時間加長效果較好。②色素提取和分離及理化性質鑒定將菠菜葉片進行研磨，用紙層析法將研磨液中不同的色素分離;將研磨液放入1支玻璃試管中，用一束白光照射試管，在反射光的一側觀察熒光現(xiàn)象，在透射光位置放1個三棱鏡，可以探索色素對光的吸收情況［2］。還可以進行銅代反應和皂化反應等實驗。③環(huán)境因素對光合作用強度的影響用打孔器在菠菜葉片取下小圓片，用注射器抽出圓形葉片內的空氣，再將葉片放到不同的環(huán)境下，可以探索到不同光照強度及二氧化碳濃度對光合作用的影響［3］。④葉片氣孔密度和面積的測定用鑷子撕下1小塊菠菜葉片的上表皮制成裝片，在顯微鏡下觀察，數(shù)視野中氣孔的數(shù)目，測量該物鏡的顯微視野的直徑，計算視野下的葉片面積，計算氣孔的平均數(shù)/視野面積，就是氣孔的分布密度。借助mm方格紙畫出氣孔圖，根據顯微鏡的放大倍數(shù)，求出氣孔的實際面積。⑤離子對氣孔開度的影響用鑷子撕取菠菜葉片表皮若干塊，放入裝有0．5%KNO3、0．5%NaNO3溶液及蒸餾水的培養(yǎng)皿中，置于25℃溫箱放5min，再光照30min，制成裝片，在顯微鏡下觀察表皮上氣孔的開度。⑥植物組織含水量的測定將菠菜葉片稱重，在烘箱中烘干葉片中的水分再稱重，計算葉片中蒸發(fā)掉的水分，除以葉片的鮮重，就得到含水量。如果將葉片在清水中浸泡到飽和狀態(tài)再稱重，烘干后再稱重，也可以得到相對的含水量。⑦細胞與細胞核大小關系用鑷子撕下洋蔥的內表皮，制成裝片。用醋酸洋紅染色2min，在顯微鏡下觀察細胞核。取洋蔥不同層的鱗葉，按照上述的方法處理，觀察細胞的大小與細胞核大小之間的關系。⑧植物細胞的吸水和失水撕取洋蔥鱗片的外表皮，葉肉面向上鋪在載玻片上，蓋上蓋玻片，使表皮浸在0．3g/mL蔗糖溶液中，顯微鏡下觀察細胞是否發(fā)生質壁分離。如果配制不同濃度的蔗糖溶液，觀察能引起質壁分離最小濃度和不能引起質壁分離的最大濃度，根據公式就能計算出組織的滲透勢。⑨DNA的粗提取將洋蔥鱗葉放在研缽中研磨，研缽中加洗滌劑稀釋液、食鹽和蒸餾水。研磨液過濾后，加入等量的無水乙醇，用玻璃棒輕輕地朝一個方向攪拌，白色的絮狀物就是DNA，可用甲基綠鑒定。⑩DNA和RNA在細胞內分布撕下洋蔥內表皮平鋪于載玻片上，在洋蔥表皮上滴加甲基綠－派洛寧(吡羅紅B)，染色4—5min。制成裝片，在顯微鏡下觀察。瑏瑡細胞骨架的染色與觀察撕下洋蔥的內表皮，浸泡在戊二醇中固定，然后在TritonX－100抽提液中浸泡15min，用考馬斯亮藍R－250染色，制成裝片，在顯微鏡下觀察。瑏瑢分生組織細胞的有絲分裂洋蔥泡在清水中誘導生根后，在分生組織分裂旺盛的時間段將根尖剪下，經過固定、解離和染色等步驟后，壓片觀察。可以觀察到細胞有絲分裂的各個時相。如生根后放在秋水仙素溶液中培養(yǎng)，待根尖膨大后再剪下，經過上述處理后，可以觀察到加倍的染色體。
3以馬鈴薯為材料的連續(xù)性實驗
可開展如下6個實驗:①馬鈴薯的種植將馬鈴薯塊莖切塊，每個切塊至少含有1個芽眼，將切塊放在花盆中，蓋土，適量澆水，就可以觀察馬鈴薯的生長過程。收獲的塊莖還可用于以下的實驗。②馬鈴薯塊莖周皮的觀察用刀切取帶周皮的小塊，做徒手橫切片，制成裝片，在顯微鏡下觀察。③檢測生物組織中的淀粉將馬鈴薯塊研磨，取2mL研磨液倒入試管中，滴加3滴碘液，觀察溶液顏色;也可徒手切取馬鈴薯切片，放在載玻片上，碘液染色，制成裝片，在顯微鏡下觀察。④過氧化物酶活性的測定將馬鈴薯塊研磨，取濾液倒入1支試管內，再向試管中加入2mL過氧化氫溶液;另1支試管不加研磨液，只加過氧化氫溶液作為對照。將點燃的衛(wèi)生香放入2支試管內液面的上方，觀察試管中的衛(wèi)生香燃燒情況。⑤塊莖的吸水和失水狀況用打孔器在馬鈴薯上打孔，取出3條馬鈴薯條。1條用保鮮膜包裹，1條放入清水，1條放入蔗糖溶液，打孔后的馬鈴薯也用保鮮膜包裹。12h后將3條馬鈴薯條放回之前的孔中，觀察馬鈴薯條是否發(fā)生了吸水或失水的現(xiàn)象。⑥馬鈴薯塊莖的莖尖培養(yǎng)在實體顯微鏡下制備帶有2個葉原基的生長點，將莖尖生長點放在MS培養(yǎng)基中濾紙橋的凹陷部位，將試管放到無菌培養(yǎng)室中培養(yǎng)。長出苗后移植到花盆中。
參考文獻
［1］張俊列．普通高中課程結構改革的問題與對策［J］．課程•教材•教法，2013，33(3):17－23．
［2］廖紅芳．“綠葉中色素的提取和分離”實驗改進與教學設計［J］．生物學教學，2019，44(2):50－51．
［3］王菁．“探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響”實驗教學設計［J］．生物學教學，2018，43(8):63－64．
作者：孟安華 王秀莉 單位： 東北師范大學教育學部
