掃描電子顯微鏡在農(nóng)業(yè)院校農(nóng)業(yè)類課程教學(xué)中的應(yīng)用

陳 璐，王 運(yùn)

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，湖北武漢 430070)

掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)是誕生于20世紀(jì)60年代的大型光學(xué)成像儀器，主要用于表面微區(qū)的立體成像和表征。掃描電子顯微鏡在礦產(chǎn)、地質(zhì)學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其主要原理是利用高壓電子與樣品作用以后產(chǎn)生的光學(xué)信號(hào)來(lái)反映樣品表面的形貌。其信號(hào)來(lái)源有二次電子、背散射電子、俄歇電子等。收集這些電子的信號(hào)便可以得到樣品微區(qū)表面的成像圖[1]。與一般的光學(xué)顯微鏡相比，掃描電子顯微鏡有著更大的放大倍數(shù)、更高的分辨率和圖像清晰度，能夠客觀、清晰地反映出樣品材料表面的結(jié)構(gòu)和形貌特征，可為研究微觀區(qū)域提供有效的表征手段。目前，在農(nóng)業(yè)院校的教學(xué)過(guò)程中，已引入掃描電子顯微鏡作為實(shí)驗(yàn)必備手段，為土壤地質(zhì)、物種培育及食品科學(xué)等專業(yè)提供了有力的教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)表征方法，極大地提高了學(xué)生探究微觀世界的興趣，為提高農(nóng)業(yè)院校相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)素質(zhì)開(kāi)辟了一條新的教學(xué)模式和教學(xué)手段，受到廣大師生的一致好評(píng)。

1 在土壤地質(zhì)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

掃描電子顯微鏡已經(jīng)廣泛用于土壤地質(zhì)學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中，針對(duì)不同的土壤地質(zhì)條件，需要開(kāi)展種植不同的農(nóng)作物以最大化地利用土壤條件和氣候條件，達(dá)到最高的農(nóng)作物產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在選擇種植土壤之前，首先必須針對(duì)不同的土壤條件進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估。利用掃描電子顯微鏡，可以有效地觀察土壤中細(xì)小顆粒的形貌和低豐度的有機(jī)物或者其他成分的表面結(jié)構(gòu)，用以評(píng)估土壤層是否為栽培農(nóng)作物的有利條件。學(xué)生通過(guò)在電子顯微鏡下觀察土壤的表面形貌，可以從微觀角度直接判斷土壤的質(zhì)量和特點(diǎn)[2]。

2 在物種培育學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

掃描電子顯微鏡在物種選擇和培育學(xué)科的教學(xué)中發(fā)揮著重要作用。農(nóng)業(yè)院校最重要的基礎(chǔ)專業(yè)是農(nóng)業(yè)生物學(xué)。在該學(xué)科的教學(xué)中，常涉及選擇和培育新物種的工作。因此，在本科教學(xué)過(guò)程中，有必要讓學(xué)生掌握用顯微技術(shù)分辨物種的方法。掃描電子顯微鏡可以幫助學(xué)生直觀地從形貌學(xué)角度區(qū)別物種。如利用掃描電子顯微鏡可以觀察同一植物不同變異體的葉子形狀和微區(qū)形貌差別，從而選擇質(zhì)量更加優(yōu)良的植株培養(yǎng)新的子代作物。一般的光學(xué)顯微鏡的分辨率和清晰度達(dá)不到區(qū)分微小差別的條件，不利于選擇最優(yōu)的物種去繁衍后代[3]。學(xué)生通過(guò)在電鏡下直接觀察可以區(qū)分高質(zhì)量品種和低劣品種，從而提高教學(xué)效率。

3 在食品科學(xué)中教學(xué)中的應(yīng)用

在食品科學(xué)中，也將掃描電子顯微鏡應(yīng)于教學(xué)的過(guò)程中[4]。如“食品中低含量成分檢測(cè)”可以利用掃描電子顯微鏡觀察食品樣品中的某一組分，并分析該組分在食品樣品中所占的濃度比率。如牛奶中三聚氰胺含量就可以直接在掃描電子顯微鏡下觀察得到其含量，并進(jìn)行半定量檢測(cè)。在食品科學(xué)專業(yè)有一門必修課程是食品包裝工藝，食品包裝工藝很大程度屬于材料學(xué)的范疇。在給學(xué)生講授包裝材料的性質(zhì)時(shí)，利用掃描電子顯微鏡，可以直接從微觀角度觀察材料的表面形貌和微區(qū)性質(zhì)，還可以觀察表征包裝材料與食品樣品之間的相互作用程度。

4 在水族科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

水族科學(xué)是探討水生生物的學(xué)科，在以往的教學(xué)過(guò)程中，未引入掃描電子顯微鏡的應(yīng)用。自掃描電子顯微鏡在教學(xué)中廣泛運(yùn)用以來(lái)，在水族科學(xué)中，也利用掃描電子顯微鏡觀察水生生物的形貌。如運(yùn)用掃描電子顯微鏡觀察魚(yú)鱗片，可以直接觀察魚(yú)鱗片的特征，從而大大簡(jiǎn)化了教學(xué)過(guò)程中的累述，使學(xué)生直觀地了解各種魚(yú)鱗片的種類和形貌特征。

5 小結(jié)

掃描電子顯微鏡是一種大型的光學(xué)儀器，在農(nóng)業(yè)院校的本科教學(xué)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。為提高教學(xué)質(zhì)量作出了巨大貢獻(xiàn)，也受到了廣大師生的一致好評(píng)，也為提高農(nóng)業(yè)院校的教學(xué)工作注入了新的活力。

[1] 唐曉山. 掃描電子顯微鏡在納米材料研究中的應(yīng)用[J].哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2009(4):121-123.

[2] 宋菲. 掃描電子顯微鏡及能譜分析技術(shù)在黃土微結(jié)構(gòu)研究上的應(yīng)用[J].沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,35(3):216-219.

[3] 王蒙,王磊,陳曦. 黑龍江繡線菊屬植物葉表皮形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究[J]. 植物研究,2013,33(3):266-270.

[4] 王紹清,王琳琳,范文浩. 掃描電鏡法分析常見(jiàn)可食用淀粉顆粒的超微形貌[J]. 食品科學(xué),2011,32(15):74-79.