生命科學工作室

史青茹　閻莉　翟立原

工作室概況

活動目標

使參與工作室活動的青少年了解與生命科學相關的知識、技能、方法和倫理觀念，依托觀察、體驗和實驗等途徑，通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的主動學習過程，培養(yǎng)他們運用科學方法探索生命科學奧秘的創(chuàng)新精神和實踐能力，以實現(xiàn)提升廣大青少年生命科學素質、人文素質及其他心理品質的目標。

場地設施

場地條件

需要使用面積為80～100平方米的固定場所，且具備開展活動必需的基礎條件（網(wǎng)絡數(shù)據(jù)點、廣播、電話、水電接口、應急設施等）。

設施及費用（約50萬元）

工作室專用設施包括二氧化碳傳感器、色度計、導電率傳感器、溶解氧傳感器、氣體壓力傳感器、氧氣傳感器、pH值傳感器、相對濕度傳感器、土壤濕度傳感器、一氧化碳檢測儀、PM 2.5檢測儀、葉面積測定儀、葉片厚度測定儀、數(shù)碼顯微鏡、電子天平、光照培養(yǎng)箱、高壓蒸汽滅菌鍋、超凈工作臺、干燥箱、離心機、分光光度計、滑走切片機、PCR儀、移液槍、電泳儀、電泳槽、照膠儀、恒溫振蕩搖床、玻璃器皿及化學藥品。

工作室輔助設施包括臺式計算機、投影儀、投影屏幕、實驗臺、凳子、儲物柜、置物箱、設備轉運箱、吸塵器、移動工具車、移動搬運車、展櫥、貨架、網(wǎng)絡多媒體等。

人員配備條件

工作室應配備1名具有一定管理經(jīng)驗的專（兼）職管理人員和1名專（兼）職科技輔導員，建立3人以上科技輔導員志愿者隊伍。

容納青少年數(shù)量

可同時容納20名青少年參與工作室內的活動。

開放時間

每月不少于16天。

活動主題內容及相關模塊

主題內容

普及型主題活動 諸如生物多樣性主題普及，以植物種類識別競賽、動植物攝影等為活動呈現(xiàn)方式。

興趣型實踐活動諸如植物組織培養(yǎng)、無土栽培、樹葉創(chuàng)意貼，“魅力多肉”種植體驗活動等。

專業(yè)型操作活動諸如生命科學知識、基礎實驗原理、方法及結果講授與操作。

提高型研究活動諸如課題研究與創(chuàng)新大賽，以植物、動物、微生物等領域的問題發(fā)現(xiàn)、實驗研究及解決方案為抓手。

相關模塊

一般模塊包括制水、稱量、離心、滴定和洗滌等通用實驗模塊。

專業(yè)技術模塊主要包括微生物/植物組培模塊、模式生物培養(yǎng)模塊、生化指標分析模塊、電泳模塊、核酸模塊、蛋白質模塊、PCR模塊和顯微觀察模塊等。青少年可基于這些實驗模塊，在科技輔導員的指導下，順利開展科學體驗、探究和創(chuàng)新研究。

活動形式

實驗、展示、培訓、競賽、個人或小組探究等。

工作室典型活動案例

活動名稱

陽生與陰生植物葉片氣孔數(shù)目及分布密度的觀測比較

剛上初中的青少年首先學習的生命科學內容就包括綠色植物的光合作用，以及葉片是植物光合作用的主要場所。那么，為什么自然界中陽生植物和陰生植物分別只能在光照度很強和光照度很低的環(huán)境下生長良好，反之則不行呢？這是否與其各自進行光合作用的葉片上氣孔結構的差異有關呢？帶著上述源于結構與功能的一致性而導出的假設，我們可以引導青少年通過典型陽生和陰生植物的觀察實驗一起進行探究。

活動目的

使青少年通過典型陽生和陰生植物葉片氣孔的觀測活動，進一步理解生物多樣性，認識其結構與功能的一致性，以及生物對環(huán)境的適應性。

激發(fā)青少年探索創(chuàng)新的強烈渴望，使他們初步領悟通過探究性實驗得出科學結論的基本過程和方法。

指導青少年初步掌握生物實驗的簡單設計、光學顯微鏡的使用（包括臨時裝片的制備）、相關測量、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，以及結果的思考討論等技能。

活動對象

初中生，20人。

實驗原理

氣孔是植物吸收CO₂放出O₂蒸騰H₂O的主要通道，即植物水分運輸動力來源和營養(yǎng)合成的代謝終端，對于保證植物光合作用CO₂供應、維持植物體最優(yōu)化的水平衡及利用，意義重大。不同植物的氣孔特征不同，表現(xiàn)出其對環(huán)境條件變化的適應。

氣孔的數(shù)目可用顯微鏡數(shù)得每一視野中的數(shù)目，而后用物鏡測微尺量得視野的直徑，求得視野面積，由此計算氣孔的密度。

實驗用品

材料：陽生植物（香樟）、陰生植物（綠蘿）

藥品：中性樹膠、透明指甲油

用具：顯微鏡、載玻片、蓋玻片、兩面黏性透明膠帶

操作步驟

臨時裝片的制備

為防止氣孔變形，采用印跡法制片。從每份標本上選取3片健康、成熟的葉片（較大且無蟲叮咬痕跡），用凈紗布輕輕擦拭其下表皮灰塵，然后在下表皮中部靠近主脈的兩側快速涂上一層薄薄的透明指甲油，約1～1.5cm²，待其風干結成膜后，用貼有兩面黏性透明膠帶的載玻片壓在葉片上，然后輕輕剝下葉片，即把所有葉表皮上的指甲油膜粘在透明膠帶上，制成表皮印跡后的載玻片用中性樹膠封片，制成臨時裝片，于數(shù)碼圖像顯微鏡下進行觀測。

測定氣孔數(shù)目及密度

將臨時裝片置于顯微鏡下計算視野中氣孔的數(shù)目（用低倍鏡還是用高倍鏡，決定于表皮上氣孔的數(shù)目），移動裝片，在表皮的不同部位進行6次計數(shù)，求其平均值。隨后用物鏡測微尺量得視野的直徑，則半徑r為已知，按公式S=πγ²（S為視野面積）計算視野面積，用視野中氣孔的平均數(shù)/視野面積，即可求出氣孔的密度，以“氣孔數(shù)/mm²”表示。

注意事項

待指甲油全干后再進行下一步操作，更容易剝下指甲油層。

結果與討論

結果表明（以活動前科技輔導員自身實驗為例），香樟葉片的平均氣孔數(shù)量為104個（見圖1），而綠蘿葉片的平均氣孔數(shù)量為10個（見圖2）；則香樟的氣孔密度為452.16個/mm²，而綠蘿的氣孔密度為38.23個/mm²。因此，在葉片氣孔數(shù)量和氣孔密度上，陽生植物香樟比陰生植物綠蘿多。

葉片上氣孔結構的差異反映了植物對不同光照環(huán)境的適應。究其原因，葉片是植物進行光合作用的主要場所，陽生植物和陰生植物是對光的需求不同而形成的不同生態(tài)類型。陽生植物耐陰性很差，當光照強度減少到全光照的75%時，就生長不良，而陰生植物在光照強度為5%～20%下也能生長旺盛。陽生植物和陰生植物在葉片的結構上也存在很大差異，陽生植物葉表皮細胞較小，排列緊密，氣孔常小而密集，而陰生植物葉角質層較薄，氣孔數(shù)較少，細胞間隙較大。

本次探究實驗有助于青少年通過實證的方法，相對照，互比較，重鑒別，從葉片結構上了解典型陽生植物和陰生植物的差異，初步學會從現(xiàn)象到本質、從宏觀到微觀認識自然界的事物。就像科學家一樣，青少年在上述探究中嘗試運用了科學歸納的方法——盡管還很稚嫩，但方向卻是正確的。