“核酸在細胞中的分布”實驗改進及拓展

李 鑫 （北京市延慶縣第一中學 北京延慶 102100）

在“觀察核酸在細胞中的分布”實驗中，用到甲基綠或吡羅紅染料，若單獨用甲基綠或吡羅紅染色DNA 和RNA，會分別將它們?nèi)旧删G色和紅色，因為甲基綠和吡羅紅2 種染色劑對DNA 和RNA 的親和力不同，教材中所用染料為甲基綠-吡羅紅混合染料甲基綠將DNA 染成綠色，吡羅紅將RNA 染成紅色。 目的是提高學生的動手和思考能力，以進一步理解DNA 和RNA 在細胞中的分布。

1 傳統(tǒng)方法及存在問題

在教材中，本實驗的實驗材料為人口腔上皮細胞，經(jīng)過水解、烘干、沖洗、染色等步驟后，用顯微鏡觀察實驗現(xiàn)象。

筆者嚴格根據(jù)教材的設(shè)計進行實驗，然而實驗現(xiàn)象并不明顯，結(jié)果如圖1 所示（本文附圖見封四）。主要存在2 個問題：①口腔上皮細胞容易出現(xiàn)折疊，不易觀察到細胞核；②細胞核和細胞質(zhì)均為紅色。

2 對本實驗的一些改進

基于以上問題，筆者對于材料和染料都進行了一些改進。

2.1 替換實驗材料 對于學生來說，如果利用口腔上皮細胞作為實驗材料，很難涂片成功，且烘干步驟增加了實驗的危險性，故筆者嘗試用洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細胞進行實驗。本材料不需涂片和烘干，也可以清晰觀察到細胞核，解決了觀察不便的問題。

2.2 改進實驗染料 吡羅紅甲基綠染色劑是混合染料，由A 液20 mL 和B 液80 mL 配成。 B 液的配置方法與教材上的一致； 因沒有買到甲基綠吡羅紅的混裝粉，筆者使用分裝粉配置A 液。 配置方法如下： 甲基綠0.5 g+50 mL 蒸餾水→甲基綠溶液； 吡羅紅0.5 g+50 mL 蒸餾水→吡羅紅溶液。按教材上介紹的配制方法，應(yīng)使甲基綠溶液和吡羅紅溶液以1∶1 的比例混合，再將混合液與B液以1∶4 的比例混合制成染料。 筆者在實驗前嘗試用甲基綠溶液和吡羅紅溶液分別染色細胞，發(fā)現(xiàn)吡羅紅溶液的著色效果更強。 為了使實驗現(xiàn)象更明顯，筆者嘗試改變甲基綠溶液和吡羅紅溶液的比例，改進如表1 所示。

表1

實驗結(jié)果如圖2 所示。

由實驗現(xiàn)象可以看出，1 mL 甲基綠+0.4 mL吡羅紅和1 mL 甲基綠+0.2 mL 吡羅紅效果比較明顯，筆者又嘗試了3 個中間梯度的實驗，三者效果都很好，其中1 mL 甲基綠+0.3 mL 吡羅紅效果最好。 結(jié)果如圖3。

綜上所述，配置甲基綠吡羅紅染色劑時，可按上述比例配置A 液，再以A 液∶B 液=1∶4 的比例配置染色劑即可。

2.3 改進步驟 在實驗過程中，筆者發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象： 在同一個視野中，一些細胞染色成功，即細胞核為綠色而細胞質(zhì)為紅色，而另一些細胞的細胞核和細胞質(zhì)皆為紅色。 筆者查閱了大量資料，發(fā)現(xiàn)甲基綠非常容易與鹽酸反應(yīng)變成紅色，而在本實驗中，如果按教材介紹的步驟，解離的時間過長或漂洗時間不充分，都會導致實驗失敗。

解離的目的是改變口腔細胞細胞膜通透性，加速染色劑進入細胞。筆者嘗試不解離，直接進行染色，染色效果也比較理想，如圖4。

在進行實驗的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，在用鹽酸解離時，細胞會先失水，然后再死亡，所以如果不解離就進行染色，也解決了口腔細胞折疊皺縮的問題，如圖5 所示。

3 利用實驗課調(diào)動學生的積極性，提高學生自主學習能力

在進行該實驗探索的期間，學生正在做觀察洋蔥根尖有絲分裂的實驗，筆者嘗試將此實驗應(yīng)用在洋蔥根尖上，效果也很不錯，如圖6 所示。關(guān)于洋蔥的實驗有很多，例如質(zhì)壁分離、有絲分裂等。學生在上實驗課時，教師會將材料、步驟、方法清晰地寫在黑板上，學生按照黑板上的流程即可成功獲得實驗結(jié)果，但這種方法抹殺了學生好動、好奇的天性，使學生對于知識的理解過于死板。 在《普通高中生物課程標準》中明確提出“倡導探究性學習”的課程理念，“力圖促進學生學習方式的變革，引導學生主動參與探究過程，勤于動手和動腦。 ”［1］故筆者將質(zhì)壁分離、有絲分裂、觀察核酸在細胞中的分布3 個實驗結(jié)合在一起，在實驗課上準備一顆生了根的紫色洋蔥及蔗糖、紅墨水、解離液、龍膽紫、甲基綠吡羅紅混合染料等試劑，在學生已經(jīng)學習了理論知識的前提下，讓學生思考自己想做的實驗都需要用哪些實驗材料？不同的實驗材料能否得到相同的實驗結(jié)果？ 甚至可以看書尋找每個實驗的操作步驟，使學生在獲取一定的生物學知識的同時，習得獲取知識的方法，提高處理信息和解決問題的能力，引導學生逐步養(yǎng)成質(zhì)疑、求實、創(chuàng)新及勇于實踐的科學精神和科學態(tài)度。

4 學習效果評價設(shè)計

對于傳統(tǒng)教學，教師采用教授和灌輸?shù)姆椒?，將方法和步驟告訴學生，或教師演示實驗，學生抄筆記。但一節(jié)課結(jié)束，由于教學時間限制和學生的思考得太少，學生對于知識的掌握很差。本節(jié)課的設(shè)計，依托于學生的動手能力，利用學生天性，激發(fā)學生自主學習能力，能很好地把握學習的重點、難點。 在期中考試中，對于實驗的有關(guān)問題，學生的錯題率明顯降低。

例1，紫色洋蔥是生物學實驗常用材料，以下敘述不正確的是（ ）。

A.運用質(zhì)壁分離與復原，可估測洋蔥外表皮的細胞液濃度

B.觀察DNA 和和RNA 在細胞中的分布實驗，宜選取洋蔥外表皮細胞

C.觀察細胞有絲分裂，宜選取洋蔥根尖分生區(qū)細胞

D.提取液泡中的色素，可用清水作為溶劑

該題正確選項為B，學生答題情況如表2。

表2

例2，在生物學研究中，經(jīng)常使用染色劑對生物體的結(jié)構(gòu)或物質(zhì)進行染色，以便觀察和鑒定。下列有關(guān)敘述中正確的是（ ）。

A.觀察線粒體時用甲基綠染色，線粒體被染成藍綠色

B.利用甲基綠吡羅紅染料對細胞染色，可將細胞核染成紅色，細胞質(zhì)染成綠色

C.觀察染色體的形態(tài)，可用龍膽紫染液將染色體染成深色

D.鑒定蛋白質(zhì)時用斐林試劑，混合后加熱變成磚紅色

該題正確選項為C，正答率如表3 所示。

表3

其中3 班、4 班2 個班為筆者所教班級。 可見，在平行班中，這2 個班級的正答率更高一些。 這些數(shù)據(jù)都說明，在生物學教學中，激發(fā)學生思考，提高學生自主學習能力，能有效提高教學效果。