精心選擇生物材料　獲取科學(xué)實(shí)驗(yàn)成功

唐加富

孟德?tīng)枌?duì)雜交試驗(yàn)的研究并不是一帆風(fēng)順的，他最初選用山柳菊作為實(shí)驗(yàn)材料，結(jié)果一無(wú)所獲。后來(lái)，他改用豌豆作實(shí)驗(yàn)材料，成功統(tǒng)計(jì)出了基因的分離定律和自由組合定律。同一個(gè)實(shí)驗(yàn)者、同樣的環(huán)境、同樣的研究方法，由于所選擇的生物材料的不同，導(dǎo)致了兩種截然不同的結(jié)果，可見(jiàn)，生物材料的選擇在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中是多么地重要。

1選擇生物材料在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要性

1.1正確選擇生物材料是實(shí)驗(yàn)成功的前提

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作都是建立于所選生物材料之上的，因此，生物材料的好壞直接關(guān)系著實(shí)驗(yàn)的成敗。孟德?tīng)枮楹芜x用山柳菊會(huì)失敗，而選用豌豆會(huì)成功呢?

原來(lái)，山柳菊在雜交實(shí)驗(yàn)上存在如下缺陷：

①山柳菊沒(méi)有既容易區(qū)分又可以連續(xù)觀察的相對(duì)性狀；

②當(dāng)時(shí)沒(méi)有人知道，山柳菊有時(shí)進(jìn)行有性生殖，有時(shí)進(jìn)行無(wú)性生殖；

③山柳菊的花小難以做人工雜交試驗(yàn)。

而豌豆在雜交實(shí)驗(yàn)上卻存在如下優(yōu)勢(shì)：

①豌豆是自花傳粉植物，而且是閉花授粉，用豌豆做人工雜交試驗(yàn)，可避免外菜花粉的干擾，使結(jié)果既可靠，又容易分析；

②豌豆具有易于區(qū)分的性狀，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果很容易觀察和統(tǒng)計(jì)。

孟德?tīng)柕某晒κ紫仍谟谒_選擇了實(shí)驗(yàn)材料。如果當(dāng)初孟德?tīng)柸匀粓?jiān)持用山柳菊作實(shí)驗(yàn)材料，恐怕“遺傳學(xué)之父”的桂冠就另有其人了。

1.2正確選擇生物材料可收到事半功倍的效果

生物材料的選擇決定著實(shí)驗(yàn)方法、步驟的難易。在人教版《分子與細(xì)胞(必修1)》“體驗(yàn)制備細(xì)胞膜的方法”中，教材為何單選哺乳類(lèi)動(dòng)物的血呢?

原來(lái)，植物細(xì)胞含有細(xì)胞壁，而動(dòng)物細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞壁，選擇動(dòng)物細(xì)胞來(lái)制備細(xì)胞膜比用植物細(xì)胞更加容易。同時(shí)，細(xì)胞核和許多細(xì)胞器也有膜，這些膜會(huì)與細(xì)胞膜混雜在一起，無(wú)法分離出純凈的細(xì)胞膜。如果選用鳥(niǎo)類(lèi)血作實(shí)驗(yàn)材料，細(xì)胞膜與細(xì)胞器膜的分離問(wèn)題將是一個(gè)在中學(xué)無(wú)法跨越的難題。如果洗用哺乳類(lèi)動(dòng)物的血作實(shí)驗(yàn)材料，這個(gè)問(wèn)題便迎刃而解。因?yàn)樵诓溉轭?lèi)動(dòng)物的成熟紅細(xì)胞中沒(méi)有細(xì)胞核和眾多的細(xì)胞器，所以，選用哺乳類(lèi)動(dòng)物血來(lái)制備細(xì)胞膜能收到事半功倍的效果。

2生物材料在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的選擇原則

2.1服務(wù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡脑瓌t

孟德?tīng)栐?jīng)說(shuō)過(guò)：“任何實(shí)驗(yàn)的價(jià)值和效用，決定于所使用材料對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡倪m合性”，在此表明了選擇的材料要符合實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

在“體驗(yàn)制備細(xì)胞膜的方法”實(shí)驗(yàn)中，要選哺乳類(lèi)動(dòng)物血，不選鳥(niǎo)類(lèi)血，但在“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)中卻恰好相反，只能選鳥(niǎo)類(lèi)血，不能選哺乳類(lèi)動(dòng)物血，原因是什么呢?

這是因?yàn)?個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的不同。在制備細(xì)胞膜的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪且@取較為純凈的細(xì)胞膜，為防止與細(xì)胞器膜的混雜，只能選沒(méi)有細(xì)胞核和眾多細(xì)胞器的哺乳類(lèi)動(dòng)物血。而在DNA的粗提取實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪且@取較為純凈的DNA，由于DNA存在于細(xì)胞核中，因此要選含有細(xì)胞核的鳥(niǎo)類(lèi)血，而不能選無(wú)細(xì)胞核的哺乳類(lèi)動(dòng)物血?？梢?jiàn)，不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊x擇不同的生物材料，生物材料的選擇必須為實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆?wù)。

2.2簡(jiǎn)便實(shí)驗(yàn)步驟的原則

這個(gè)原則中包含了“簡(jiǎn)”和“便”兩個(gè)方面。如果步驟過(guò)于繁多，實(shí)驗(yàn)成功的可能性反而越小，同時(shí)“簡(jiǎn)”也代表著效率。

在“用高倍顯微鏡觀察葉綠體”實(shí)驗(yàn)中，之所以選用黑藻葉作實(shí)驗(yàn)材料，其中一個(gè)重要原因就是因?yàn)楹谠迦~薄而透明，用黑藻葉作實(shí)驗(yàn)材料，不需任何加工即可在顯微鏡上進(jìn)行觀察員。如果選用菠菜葉作實(shí)驗(yàn)材料，就要額外增加—個(gè)撕取葉下表皮并稍帶葉肉的步驟。

另外，選取的材料還要“便”于操作、切實(shí)可行。

如“生物組織中脂肪的鑒定”實(shí)驗(yàn)，選用花生子葉作實(shí)驗(yàn)材料，除花生種子含脂肪量高外，還在于花生子葉大小適宜，便于徒手切片。

又如“葉綠體中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)，選擇幼嫩濃綠的綠色葉片就是為了便于將葉研磨成勻漿，從中提取出色素，如果選用“厚硬似革質(zhì)”的綠色葉片，則很難將葉磨碎。

2.3最優(yōu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原則

這是毋庸置疑的，也是實(shí)驗(yàn)者的初衷。要獲得最優(yōu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就必須做好以下三個(gè)方面。

選擇最容易成功的生物材料和最佳的取材部位。不同的材料對(duì)于實(shí)驗(yàn)成功而言差異很大，這時(shí)應(yīng)選擇最容易成功的生物材料。

如在“植物組織培養(yǎng)”實(shí)驗(yàn)中，選擇胡蘿卜、菊花等無(wú)性繁殖力強(qiáng)的材料進(jìn)行培養(yǎng)，則實(shí)驗(yàn)很容易成功。如果選擇枸杞組織進(jìn)行培養(yǎng)，則愈傷組織很難形成，所以教材選用胡蘿卜、菊花作實(shí)驗(yàn)材料。即使是同一種植物材料，還會(huì)因材料的年齡、保存時(shí)間的長(zhǎng)短、取材的不同部位而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，實(shí)驗(yàn)操作時(shí)要選擇最容易成功的實(shí)驗(yàn)材料和最佳的取材部位。

選擇便于觀察、現(xiàn)象明顯的生物材料。許多生物學(xué)實(shí)驗(yàn)都要根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)得出結(jié)論，因此，材料是否便于觀察，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否明顯，是選材過(guò)程中應(yīng)該考慮的因素。

如“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原”實(shí)驗(yàn)中，選擇紫色洋蔥作實(shí)驗(yàn)材料，就是因?yàn)榧?xì)胞里含有紫色大液泡，便于觀察分離、復(fù)原現(xiàn)象。如果選擇無(wú)色洋蔥作實(shí)驗(yàn)材料，則會(huì)因原生質(zhì)層與細(xì)胞壁都呈無(wú)色而不便觀察。除便于觀察外，還要選擇變化明顯的材料。

如“用動(dòng)物激素飼喂小動(dòng)物”實(shí)驗(yàn)，選蝌蚪作實(shí)驗(yàn)材料，不僅因?yàn)轵蝌饺菀罪曫B(yǎng)、生長(zhǎng)發(fā)育快，而且因?yàn)轵蝌绞亲儜B(tài)發(fā)育：蝌蚪四肢的出現(xiàn)，鰓的消失，尾部的消失，都是很明顯的生理現(xiàn)象。

選擇對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無(wú)干擾、實(shí)驗(yàn)結(jié)果利于分析的生物材料。如果材料對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有干擾，那么這種材料一般不宜做該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)材料。

如“生物組織中還原糖的鑒定”實(shí)驗(yàn)，就不能選用西瓜瓤作實(shí)驗(yàn)材料，因?yàn)槲鞴现募t色會(huì)與反應(yīng)生成的磚紅色相混淆。教材中選用蘋(píng)果作實(shí)驗(yàn)材料，除因?yàn)槔锩婧休^高還原糖外，還因?yàn)樘O(píng)果汁為白色，不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象造成干擾。

另外，選取的材料應(yīng)利于結(jié)果分析。如“證明DNA是遺傳物質(zhì)”的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中，選用T2噬菌體就比用肺炎雙球菌容易分析，因?yàn)門(mén)2噬菌體中只有DNA和蛋白質(zhì)，并且侵入細(xì)菌中的是DNA，蛋白質(zhì)留在細(xì)菌外部。而肺炎雙球菌中含有DNA、蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)，在S型、R型的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，不但要增加DNA提純步驟，而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果受DNA純度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)論讓人質(zhì)疑。

3對(duì)生物材料自身的選擇要求

選擇的生物材料應(yīng)是當(dāng)?shù)剌^常見(jiàn)、易于獲得的材料。如果材料不易得，即使用該材料做實(shí)驗(yàn)效果再好，也只能是空中樓閣，無(wú)實(shí)際意義。

選擇的生物材料有時(shí)應(yīng)具有代表性。如原生動(dòng)物門(mén)以草履蟲(chóng)為代表，環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)以環(huán)毛蚓為代表。藻類(lèi)植物以衣藻為代表，苔蘚植物以葫蘆蘚為代表等。材料具有代表性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果才具有普遍性。

選擇的生物材料應(yīng)健壯、新鮮。健壯的生物材料新陳代謝才旺盛，生物學(xué)特征才明顯，用作實(shí)驗(yàn)效果才好。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)材料還必須保持新鮮，否則，材料特征可能發(fā)生改變，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。事實(shí)上，在中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)里，生物材料都明確要求是新鮮的。

選擇的生物材料應(yīng)價(jià)格便宜、成本低廉。這是做任何實(shí)驗(yàn)都必需考慮的經(jīng)濟(jì)因素，新課改也提倡實(shí)驗(yàn)的低成本。

4生物材料的具體選擇方法

面對(duì)一個(gè)具體實(shí)驗(yàn)，該如何選擇生物材料呢?首先應(yīng)考慮滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)的要求，其次考慮對(duì)生物材料自身的要求，最后綜合考慮，權(quán)衡利弊，選出最理想的實(shí)驗(yàn)材料。

以“光合作用需要葉綠體”實(shí)驗(yàn)為例，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖且C明光合作用在有葉綠體時(shí)能進(jìn)行，沒(méi)有葉綠體時(shí)不能進(jìn)行，而光合作用是否進(jìn)行，主要根據(jù)光合作用的產(chǎn)物(一般以淀粉形式存在)來(lái)判定。根據(jù)“服務(wù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹奔啊白顑?yōu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果”原則，應(yīng)選在光合作用中能較多地制造淀粉的植物。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)可選兩片葉，一片：綠色(含葉綠體)，一片其他色(無(wú)葉綠體)，在同等條件下進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)，最后檢驗(yàn)二者是否產(chǎn)生了淀粉。

但現(xiàn)實(shí)生活中人們經(jīng)?？梢钥匆?jiàn)同一片樹(shù)葉上既有綠色也有其他色，如銀邊天竺葵、金心黃楊、銀邊吊蘭、彩葉草等植物根據(jù)“簡(jiǎn)便實(shí)驗(yàn)步驟”的原則，應(yīng)選這類(lèi)葉作實(shí)驗(yàn)材料。由于金心黃楊葉用酒精不易褪去綠色，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有顏色干擾，所以不宜選用。銀邊吊蘭葉呈條狀至披針形，含葉綠體部位少，也不宜選用。而天竺葵葉片較大，呈圓腎形，易操作，并且形成淀粉較多，效果明顯，加之天竺葵扦插極易成活，在南方隨處可見(jiàn)，因此應(yīng)選生長(zhǎng)旺盛的銀邊天竺葵作實(shí)驗(yàn)材料。

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中材料的選擇有考究，要求實(shí)驗(yàn)者具備豐富的生物學(xué)知識(shí)和廣泛的日常生活經(jīng)驗(yàn)。只要教師從思想上引起重視，從實(shí)踐中不斷探索發(fā)現(xiàn)，就能找出理想的實(shí)驗(yàn)材料，獲取科學(xué)實(shí)驗(yàn)的成功。