再談“觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

朱昊

1 實(shí)驗(yàn)的基本情況

“觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布”實(shí)驗(yàn)在人教版高中新課標(biāo)教材中地位突出，作用極其重要。該實(shí)驗(yàn)不僅使學(xué)生對核酸的分布有更進(jìn)一步的直觀認(rèn)識，而且為其理解《必修2·遺傳與進(jìn)化》中“遺傳信息的傳遞與表達(dá)”這一抽象過程打下一定的基礎(chǔ)。該實(shí)驗(yàn)的目的是幫助學(xué)生認(rèn)識到DNA和RNA在細(xì)胞中的定位，提高學(xué)生的動手能力。

實(shí)驗(yàn)原理：甲基綠、吡羅紅與核酸發(fā)生競爭性結(jié)合，甲基綠與DNA雙螺旋外側(cè)的磷酸基團(tuán)結(jié)合力強(qiáng)，結(jié)合后阻止吡羅紅從堿基之間插入。甲基綠與DNA結(jié)合產(chǎn)物為綠色。吡羅紅與RNA結(jié)合力強(qiáng)，RNA結(jié)構(gòu)松散，吡羅紅可以插入，從而中和磷酸基團(tuán)，阻止甲基綠染色。吡羅紅與RNA結(jié)合物呈紅色。

2 該實(shí)驗(yàn)的研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)針對該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)大多集中在以下幾方面，具體見表1。

基于以上分析，不難發(fā)現(xiàn)，染液配方存在不確定性。以往的文獻(xiàn)中，二者比例各不相同，但各作者得到的染色結(jié)果卻很相似，原因可能是各作者購買的染料的廠家和質(zhì)量參差不齊，所以染色過程并未統(tǒng)一。這無疑給一線教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中帶來了麻煩，使眾多教師在自行配制過程中屢屢受挫。不僅造成實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)，而且耗費(fèi)教師的精力和體力，得不償失，嚴(yán)重影響了該實(shí)驗(yàn)的開設(shè)率。

筆者認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)獲得成功的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是：

① 甲基綠和吡羅紅染料的質(zhì)量；

② 甲基綠和吡羅紅二者的濃度及比例。

基于以上認(rèn)識，筆者嘗試對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)方案的探索。

3 改進(jìn)方案的探索

針對以上兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，筆者嘗試了以下兩種方案進(jìn)行探索：

第一種方案：購某生物公司的混合染液。通過預(yù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該公司的甲基綠吡羅紅混合染液只適合染洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞，而人的口腔上皮細(xì)胞的細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)都被染成藍(lán)色，無法達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1和圖2。

第二種方案：購買另一公司出售的比利時(shí)進(jìn)口分裝的甲基綠和吡羅紅染料。筆者用國產(chǎn)染料在做預(yù)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，細(xì)胞核總被染成紫色，細(xì)胞質(zhì)染成紅色，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3和圖4，這一點(diǎn)已被眾多教師通過實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。

4 染液配方的改進(jìn)

采用進(jìn)口分裝染料，配制甲基綠-吡羅紅混合染液（Unna染液）。具體配方改進(jìn)如下：

甲液：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的吡羅紅水溶液（6 mL）+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的甲基綠水溶液（6 mL）+蒸餾水（16 mL）。具體的配制過程：1.2 g吡羅紅加蒸餾水至24 mL；0.48 g甲基綠加水至24mL；最后加蒸餾水64 mL。

乙液：1M pH=4.8的醋酸鹽緩沖液（16 mL）。具體的配制方法：A液：6 mL冰醋酸加蒸餾水至100 mL；B液：13.5 g醋酸鈉加蒸餾水至100 mL；取A液（40 mL）加上B液（60 mL），即為乙液。

乙液最好以現(xiàn)配為好，甲液和乙液分別保存在4℃冰箱中備用。用時(shí)，甲、乙兩液按照上述比例混勻即可。

5 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方法

5.1 實(shí)驗(yàn)材料及用具

人口腔上皮細(xì)胞，生理鹽水，甲基綠-吡羅紅混合染液，蒸餾水，燒杯，吸水紙，消毒牙簽，酒精燈，紫色洋蔥，小刀，載玻片，蓋玻片，顯微鏡等。

5.2 實(shí)驗(yàn)步驟

5.2.1 以洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)材料的簡化步驟

（1） 在洋蔥內(nèi)表皮用小刀劃出約1 cm2的方形，用鑷子將洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞撕下，置于潔凈的載玻片上；

（2） 滴加1、2滴甲基綠-吡羅紅混合染液，染色3～5 min，然后用蒸餾水沖洗1或2次；

（3） 蓋上蓋玻片，吸去多余液體，顯微鏡觀察。

5.2.2 以人口腔上皮細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)材料的簡化步驟

（1） 在潔凈的載玻片上，滴加1滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%的NaCl溶液。用消毒牙簽在自己漱凈的口腔內(nèi)側(cè)壁上輕輕刮幾下，把牙簽上附有碎屑的一端，放在上述載玻片上的滴液中涂抹幾下。

（2） 滴2滴甲基綠-吡羅紅混合染液在載玻片上，染色3～5 min。

（3） 吸去多余的染色劑，蓋上蓋玻片，顯微鏡觀察。

5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用Phmias軟件，拍攝數(shù)碼顯微鏡視野中的現(xiàn)象。以洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞和口腔上皮細(xì)胞為材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5和圖6。圖5和圖3對比，不難發(fā)現(xiàn)采用進(jìn)口染料細(xì)胞核呈綠色，細(xì)胞質(zhì)紅色，實(shí)驗(yàn)效果明顯。圖6和圖2、圖4對比發(fā)現(xiàn)，進(jìn)口染料比北京某公司研發(fā)的甲基綠吡羅紅混合染液和國產(chǎn)染料的染色效果更好，與人教版教科書上的染色效果接近。北京某公司研發(fā)的混合染液在染口腔上皮細(xì)胞時(shí)，如果用蒸餾水沖洗，染色效果更差，幾乎無色。雖然與洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞相比，口腔上皮細(xì)胞的優(yōu)勢不明顯，而在實(shí)際教學(xué)中若舍棄該材料，不僅打擊學(xué)生探究的欲望，而且也不利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此利用口腔上皮細(xì)胞做該實(shí)驗(yàn)的探索具有一定教學(xué)應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也是對教材內(nèi)容的補(bǔ)充。

6 總結(jié)

在實(shí)際教學(xué)中，染液的配制一直是眾多教師的軟肋，即使參考前人的研究經(jīng)驗(yàn)，也無法得到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果，這給一線教師帶來了困擾，進(jìn)而導(dǎo)致該實(shí)驗(yàn)的開設(shè)率低。為了解決此問題，筆者采用進(jìn)口分裝的甲基綠和吡羅紅染料，并對染液配方進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)效果明顯提高，不僅省時(shí)省力，而且也提高了實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的有效性。

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