利用銀邊天竺葵貫穿初、高中光合作用教學(xué)*

孫 娟 于長(zhǎng)紅

（首都師范大學(xué)附屬回龍觀育新學(xué)校 北京 102208）

初中教材中利用天竺葵探究光合作用產(chǎn)物淀粉的實(shí)驗(yàn)，選用銀邊天竺葵可實(shí)現(xiàn)很好的對(duì)照效果。然而，淀粉含量差異是葉片不同部位色素種類(lèi)不同還是含量不同導(dǎo)致的，仍然值得師生進(jìn)一步探討。利用高中教材中“光合色素的提取與分離”實(shí)驗(yàn)，可對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)證。為了促進(jìn)學(xué)生更加全面、深刻地理解問(wèn)題，還可從微觀角度對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行探究，通過(guò)顯微鏡觀察葉片不同部位的臨時(shí)切片，探索導(dǎo)致該現(xiàn)象的細(xì)胞層面成因。

在教學(xué)實(shí)踐中，本實(shí)驗(yàn)方案在4—5月實(shí)施效果較好，其中，淀粉檢測(cè)實(shí)驗(yàn)和葉片臨時(shí)切片觀察由生物學(xué)興趣小組在課前提前完成，色素提取與分離實(shí)驗(yàn)則按照教材方法，由全體學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，興趣小組還需利用課余時(shí)間探究葉片黃綠部分色素含量與種類(lèi)的差異并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)設(shè)置一系列啟發(fā)式問(wèn)題引領(lǐng)學(xué)生完成科學(xué)探究，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中始終處于積極的思考狀態(tài)，通過(guò)探索現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)，學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和科學(xué)素養(yǎng)均能得到提升，初、高中生物學(xué)知識(shí)也得到了有效銜接［1－2］。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料 銀邊天竺葵、顯微鏡、載玻片、雙刃刀片、蓋玻片、研缽、剪刀、燒杯、培養(yǎng)皿、展層瓶、藥匙、濾紙、碘液、無(wú)水乙醇、CaCO3、SiO2、層析液。

1.2 光合作用產(chǎn)物淀粉的檢測(cè)

1）原理：淀粉遇碘變藍(lán)，該顯色反應(yīng)靈敏度很高，可用作鑒別淀粉的定性方法。

2）淀粉檢測(cè)方法： 隨機(jī)選取銀邊天竺葵若干葉片置于無(wú)水乙醇中，隔水加熱煮沸2～3min，直至葉片變?yōu)榈S色； 取出葉片清水漂洗后平鋪在培養(yǎng)皿中，滴加適量碘液，反應(yīng)2～3min，用清水洗去碘液，觀察葉片顏色［3］。

1.3 光合色素的提取與分離 將銀邊天竺葵葉片的綠色部分與黃色部分剪開(kāi)，作為2份樣品；參照人教版必修1《分子與細(xì)胞》中的方法［4－5］對(duì)2份樣品分別進(jìn)行色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)。

1.4 葉片細(xì)胞顯微觀察 用雙刃刀片切割葉片的綠色和黃色部分，獲得葉片細(xì)絲并制備臨時(shí)裝片，在顯微鏡下觀察樣品的葉綠體分布情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 葉片不同部位淀粉含量的比較 銀邊天竺葵葉片的邊緣為淡黃色，中央部位為綠色。淀粉是天竺葵光合作用的重要產(chǎn)物之一，因此，按照1.2的方法處理葉片，鑒別綠色和黃色部位淀粉含量的差異，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示（本文附圖見(jiàn)封四）。

由圖1可知，碘液染色后，藍(lán)色主要集中在中央部位，說(shuō)明葉片的綠色部分能通過(guò)光合作用產(chǎn)生并積累淀粉。葉片邊緣部分幾乎沒(méi)有藍(lán)色，說(shuō)明黃色部位可能無(wú)法進(jìn)行光合作用產(chǎn)生淀粉，或僅產(chǎn)生少量淀粉，由于細(xì)胞呼吸會(huì)消耗有機(jī)物，故葉片的黃色部位無(wú)法積累淀粉。

2.2 葉片不同部位光合色素含量的比較 葉片顏色差異能造成產(chǎn)物的差異，推測(cè)是2個(gè)部分的光合色素種類(lèi)與含量存在差異導(dǎo)致的。因此，進(jìn)一步將葉片的綠色和黃色部位分離（圖2），并按照1.3的步驟對(duì)2部分樣品分別進(jìn)行光合色素的提取與分離，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看到，葉片的綠色部位（圖3左）有非常明顯的胡蘿卜素、葉黃素和葉綠素條帶，且葉綠素a 和葉綠素b 含量都較為豐富。葉片的黃色部位（圖3右）卻只觀察到非常淺的胡蘿卜素條帶，葉黃素和葉綠素條帶幾乎觀察不到。由此可見(jiàn)，天竺葵葉片綠色和黃色部分不僅光合色素的種類(lèi)不同，含量也有極大差異。

2.3 葉片不同部位葉綠體含量的比較 為進(jìn)一步從微觀水平解釋造成葉片綠色和黃色部位差異的原因，將葉片綠色和黃色交界部位切成細(xì)絲，制備臨時(shí)裝片。在顯微鏡下觀察黃綠交界部位的葉肉細(xì)胞中葉綠體的含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，葉片的綠色部位在顯微鏡下整體呈綠色，含有較多的葉綠體（圖4左）；葉片的黃色部位（圖4中）基本為無(wú)色透明狀，但部分細(xì)胞中也含有少量葉綠體，尤其是保衛(wèi)細(xì)胞，葉綠體的含量相對(duì)較多。從葉片綠色和黃色的交界部位（圖4右）來(lái)看，綠色部位的葉綠體含量顯著高于黃色部位。因此可知，天竺葵葉片的黃色部位無(wú)法積累淀粉，微觀上的成因是其葉綠體含量不足。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，銀邊天竺葵的光合產(chǎn)物淀粉主要集中在葉片中央的綠色部位。宏觀角度的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了葉片綠色部位含有胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b 4種光合色素，而葉片黃色部位僅檢測(cè)到少量胡蘿卜素，因此，黃色部位光合作用能力非常弱。微觀角度的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了葉片綠色部位葉綠體的含量非常豐富，而黃色部分僅含有少量葉綠體。

本文對(duì)銀邊天竺葵葉片不同部位產(chǎn)生的淀粉含量不同這一問(wèn)題進(jìn)行了不同層次的探究，從淺到深，從宏觀到微觀，從現(xiàn)象到本質(zhì)，循序漸進(jìn)地引領(lǐng)學(xué)生在科學(xué)實(shí)踐中探究生物學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因。實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程將初、高中生物學(xué)知識(shí)進(jìn)行了有效銜接，能有效促進(jìn)學(xué)生在知識(shí)學(xué)習(xí)中階梯式上升，逐步提升學(xué)生思維能力和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

“利用銀邊天竺葵貫穿初、高中光合作用教學(xué)”一文附圖