建立“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”聯(lián)系觀提升藥用植物顯微形態(tài)教學(xué)

程銘恩，彭華勝

安徽中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 (合肥 230012)

藥用植物學(xué)是中藥學(xué)、中藥資源學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是中藥鑒定學(xué)、中藥資源學(xué)、藥用植物生態(tài)學(xué)和藥用植物栽培學(xué)等專業(yè)課的重要基礎(chǔ)。根據(jù)新一輪人才培養(yǎng)方案，藥用植物學(xué)課程體系根據(jù)形態(tài)、結(jié)構(gòu)和分類系統(tǒng)三部分相應(yīng)地分為藥用植物形態(tài)學(xué)、藥用植物解剖學(xué)和藥用植物分類學(xué)三大教學(xué)模塊。雖然教材設(shè)置了這三個模塊，實(shí)際上它們緊密相連。對于初學(xué)者而言，藥用植物形態(tài)與分類部分，與日常接觸的實(shí)物聯(lián)系緊密，運(yùn)用實(shí)物教學(xué)可取得非常好的教學(xué)效果[1]。

而藥用植物學(xué)顯微形態(tài)解剖部分，主要涉及微觀世界的觀察，由于技術(shù)手段不能滿足學(xué)生隨時隨地應(yīng)用觀察，導(dǎo)致其對課程中涉及的微觀領(lǐng)域認(rèn)知存在一定難度。因此，教師如何在藥用植物學(xué)課程中的顯微解剖部分引導(dǎo)學(xué)生建立宏觀與微觀相聯(lián)系的認(rèn)知觀，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，顯得尤為必要。

安徽中醫(yī)藥大學(xué)設(shè)置的藥用植物學(xué)課程為國家中醫(yī)藥管理局重點(diǎn)學(xué)科，建有顯微數(shù)碼互動實(shí)驗(yàn)平臺、藥用植物園和黃山野外實(shí)習(xí)基地等。在課程教學(xué)改革中，課程組積極探索整體聯(lián)系法[2- 4]，開展實(shí)物教學(xué)，將藥用植物個體形態(tài)、顯微結(jié)構(gòu)與組織功能結(jié)合起來，構(gòu)建“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”關(guān)聯(lián)性，引導(dǎo)學(xué)生建立微觀與宏觀的聯(lián)系，提升藥用植物學(xué)顯微形態(tài)解剖部分的學(xué)習(xí)效果。

1 理論教學(xué)中構(gòu)建藥用植物“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”聯(lián)系觀

1.1 以顯微結(jié)構(gòu)中的植物器官為主線建立聯(lián)系觀

1.1.1 根狀莖

在教學(xué)過程中，植物的根狀莖內(nèi)部構(gòu)造特點(diǎn)是講授重難點(diǎn)。在介紹內(nèi)部結(jié)構(gòu)之前，教師先根據(jù)植物黃連的實(shí)物展示，與學(xué)生共同來分析。

從形態(tài)方面觀察，根據(jù)器官有節(jié)和節(jié)間的特征判斷，屬于莖；莖的外部應(yīng)具有葉，內(nèi)部應(yīng)具有髓；但是由于長期生長于地下，葉常退化為鱗葉，而且有根。

從內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察，在其次生結(jié)構(gòu)的橫切面上，應(yīng)該有莖的次生結(jié)構(gòu)典型特征：周皮、皮層、次生韌皮部、形成層、次生木質(zhì)部和髓，但作為長期生長于地下的根狀莖，有鱗葉和葉跡維管束，根跡維管束等。

從器官功能特點(diǎn)觀察，黃連的根狀莖支持功能比較弱，貯藏功能比較強(qiáng)。因此，其具有不發(fā)達(dá)的次生木質(zhì)部，并且具有比較發(fā)達(dá)的次生韌皮部、髓和寬廣的髓射線。

掌握了雙子葉植物根狀莖的“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”特點(diǎn)，單子葉植物根狀莖鳶尾的“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”就迎刃而解了。同樣，根、莖的異常結(jié)構(gòu)，通過觀察何首烏、牛膝、商陸等中藥材實(shí)物的斷面性狀，可幫助學(xué)生直觀了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、生長特點(diǎn)和貯藏功能。日常生活中的紅薯也是異常結(jié)構(gòu)，異常形成層的特點(diǎn)導(dǎo)致其生長速度快，大量的薄壁細(xì)胞保障其貯藏功能。

1.1.2 根的初生結(jié)構(gòu)

在藥用植物學(xué)形態(tài)的模塊教學(xué)中，植物根的初生結(jié)構(gòu)的發(fā)生是初學(xué)者的難點(diǎn)。

毛茛和百部分別是雙子葉植物和單子葉植物根初生結(jié)構(gòu)代表植物，但是很多學(xué)生并不認(rèn)識毛茛和百部，沒有感官認(rèn)知。因此，教師可采集新鮮的毛茛或百部(也可將藥材復(fù)水)為觀察材料，讓學(xué)生先了解這些根的形態(tài)特點(diǎn)，然后徒手切片分發(fā)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生先用肉眼直接觀察橫切片的大小和特征，再過渡到PPT中的顯微圖片，通過先宏觀再微觀的過程，將植物形態(tài)的整體觀與內(nèi)部結(jié)構(gòu)統(tǒng)一起來。

1.1.3 根和根狀莖的對比教學(xué)

教學(xué)過程中，教師通過對新鮮胡蘿卜根、石斛莖作徒手切片，再結(jié)合顯微照片，由實(shí)物開始引入到顯微，以了解雙子葉植物根、單子葉植物莖的形態(tài)特點(diǎn)及其與結(jié)構(gòu)和功能的相關(guān)性。學(xué)生雖然都認(rèn)識胡蘿卜與蘿卜，但是實(shí)際上他們很少做過斷面觀察。通過胡蘿卜與蘿卜的切片，比較觀察兩者斷面差異，就明白了胡蘿卜根中次生韌皮部占的面積很大，蘿卜則是次生木質(zhì)部面積很大，這有助于理解不同植物根中次生結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。教師通過對一段具有心材的木段實(shí)物展示，講解木質(zhì)莖的結(jié)構(gòu)、年輪以及心材與邊材，教學(xué)效果優(yōu)于僅用圖片的教學(xué)。

雙子葉植物根的初生結(jié)構(gòu)與次生結(jié)構(gòu)的區(qū)別，如果僅以顯微圖片進(jìn)行歸納，學(xué)生常常停留在微觀記憶的層面，筆者將毛茛的根與胡蘿卜的根比較，再聯(lián)系兩者結(jié)構(gòu)特征與相應(yīng)功能，兩者的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能上的異同就一目了然了。

1.2 以顯微結(jié)構(gòu)中的植物組織為主線建立聯(lián)系觀

在藥用植物組織的教學(xué)模塊中，筆者以一株已經(jīng)抽薹的油菜為實(shí)物案例，系統(tǒng)地講解植物的六大組織在植株體上的分布區(qū)域及其對應(yīng)功能，幫助學(xué)生建立將書本中零散介紹組織的知識統(tǒng)一于一株鮮活植株的完整觀。

每個組織又以典型的藥用植物為案例，以具體組織分布部位的功能特點(diǎn)為導(dǎo)線，將形態(tài)特征與功能聯(lián)系起來，再分析顯微結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。如厚角組織與厚壁組織是學(xué)習(xí)難點(diǎn)，用新鮮的薄荷莖作為實(shí)物，莖的四個棱角主要起支持作用，又伴隨莖的生長而增粗，因此這個部位的組織既支持又能生長，其橫切面厚角組織的加厚不是局部加厚。

先讓學(xué)生認(rèn)識藥用植物的實(shí)物形態(tài)，再逐漸引入到內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能，這樣的順序教學(xué)，可幫助學(xué)生將原本割裂的模塊進(jìn)行有機(jī)的聯(lián)系。如運(yùn)用日常中的割韭菜、“雨后春筍”、花生的地上開花與地下結(jié)果，講解居間分生組織部位與特點(diǎn)；蘋果的果皮與喬木的樹皮，講解表皮與周皮的特點(diǎn)。腺毛與非腺毛部分，則由金銀花的實(shí)物讓學(xué)生自己感受觸摸的毛絨和聞到的香氣，再觀察微距拍攝的腺毛與非腺毛、掃描電鏡下的特征，逐漸過渡到顯微鏡下的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生由外向內(nèi)學(xué)習(xí)腺毛與非腺毛的特征。

1.3 以顯微結(jié)構(gòu)中植物細(xì)胞為主線建立聯(lián)系觀

植物的細(xì)胞是藥用植物學(xué)理論學(xué)習(xí)的第一章，也是進(jìn)入藥用植物學(xué)習(xí)具體內(nèi)容的開端。“興趣是最好的老師”，在細(xì)胞的內(nèi)容學(xué)習(xí)中，教師要促進(jìn)學(xué)生建立日常所見的實(shí)物與微觀的聯(lián)系，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。例如，在細(xì)胞的導(dǎo)入部分，通過苧麻的纖維和西瓜的瓜瓤，構(gòu)建學(xué)生對細(xì)胞的大小和功能認(rèn)知。再如，通過日常的洋蔥表皮細(xì)胞和梨石細(xì)胞，把實(shí)物照片、顯微結(jié)構(gòu)和其功能聯(lián)系起來。如金銀花花蕾表皮細(xì)胞含有腺毛和非腺毛、表皮細(xì)胞，先通過實(shí)物有了一定的了解，再觀察掃描電鏡圖片，讓學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)細(xì)胞表面的超微觀特征，以及透射電鏡了解細(xì)胞內(nèi)部的超微觀特征，最后結(jié)合熒光顯微鏡教師講解其內(nèi)所含化學(xué)成分不同，構(gòu)建微觀下的細(xì)胞“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”關(guān)聯(lián)性。

2 從“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”聯(lián)系觀促進(jìn)自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)環(huán)境自我實(shí)踐學(xué)習(xí)的機(jī)會。除教學(xué)大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容外，積極鼓勵學(xué)生自己準(zhǔn)備各類材料，利用實(shí)驗(yàn)室條件開展自主實(shí)驗(yàn)。

器官的組織結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)中，教師鼓勵大家自己采挖藥用植物。如根，采集的有麥冬、萱草、桔梗等；莖則有多種草本植物莖或木本植物幼嫩莖。通過徒手切片，顯微數(shù)碼學(xué)習(xí)平臺分享和了解多種藥用植物斷面特征，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)不同藥用植物的器官及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對器官及其組織的功能有新的了解。

葉的氣孔、毛茸學(xué)習(xí)中，由于學(xué)生積極采集了不同種類植物，實(shí)驗(yàn)中了解到氣孔軸式遠(yuǎn)超過教材所介紹的類型，各類毛茸的外部形態(tài)和顯微特征差異，可以引導(dǎo)學(xué)生對全草或葉類藥材鑒別的興趣。

3 擴(kuò)展藥用植物“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”的研究

野外見習(xí)，學(xué)生可以見到種類豐富、形態(tài)多樣的藥用植物，這為擴(kuò)展藥用植物的形態(tài)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系提供了非常好的機(jī)會。

一些藥用植物的形態(tài)及結(jié)構(gòu)與其所含的次生代謝產(chǎn)物、藥用功能密切相關(guān)。如金絲桃科金絲桃屬植物具有兩類腺點(diǎn)，一種是透明的分泌囊，一種是黑色的分泌細(xì)胞團(tuán)，教師將同屬的地耳草、趕山鞭、蜜腺小連翹等進(jìn)行比較，結(jié)合西北大學(xué)胡正海教授團(tuán)隊(duì)研究成果，講解透明的分泌囊中積累揮發(fā)油，不含有金絲桃素，黑色的分泌細(xì)胞團(tuán)則積累金絲桃素，而金絲桃素具有抗抑郁、抗阿爾茨海默病等方面的神經(jīng)藥理活性。分泌細(xì)胞團(tuán)的體積越大、密度越高的植物或器官中金絲桃素含量越高，這為金絲桃屬植物的資源利用或品種選育提供了依據(jù)。

再如，補(bǔ)骨脂植物體內(nèi)具有分泌腔和腺毛兩種分泌結(jié)構(gòu)，尤其是果壁的表皮細(xì)胞層中含有豐富的分泌腔，分泌腔中含有補(bǔ)骨脂素和異補(bǔ)骨脂素類物質(zhì)。古代本草以補(bǔ)骨脂的果實(shí)入藥，正是選擇了補(bǔ)骨脂素和異補(bǔ)骨脂素類物質(zhì)最豐富的藥用部位，揭示了古代本草的魅力。

類似的還有防己科植物青藤中青藤堿主要貯存于莖的皮層細(xì)胞和維管形成層附近的射線細(xì)胞中，不同直徑莖中的青藤堿積累不同，直徑1cm以上的莖藤應(yīng)是青藤的適宜采收部位。

五倍子和木天蓼等藥材的性狀特殊，是昆蟲寄生于植物特定器官發(fā)育形成所致，其含有豐富次生代謝產(chǎn)物。認(rèn)識到這兩味特殊藥材的性狀與結(jié)構(gòu)發(fā)育的關(guān)系，可為今后學(xué)習(xí)藥用植物栽培學(xué)奠定良好的基礎(chǔ)。

建立藥用植物“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-藥用功能”的聯(lián)系觀，有助于學(xué)生了解藥用部位。如牡丹根中次生韌皮部發(fā)達(dá)，具有較厚的根皮，富含大量的丹皮酚，因此丹皮以根皮入藥；類似的還有五加皮、地骨皮、桑白皮等。尤其是烏藥的根系中有兩種類型的根，一類是膨大的紡錘形塊根，一類是非膨大的根。紡錘形塊根，含有大量的木薄壁細(xì)胞，較強(qiáng)的貯藏功能富集了豐富的次生代謝成分，是法定的入藥部位，而非膨大的根則不是。市場上常用非膨大的根混充烏藥的鑒別就迎刃而解了。

4 介紹植物仿生學(xué)進(jìn)展促進(jìn)運(yùn)用“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”聯(lián)系觀

近年來，植物結(jié)構(gòu)仿生學(xué)受到很多學(xué)科領(lǐng)域的關(guān)注，尤其在工業(yè)設(shè)計(jì)、建設(shè)設(shè)計(jì)等方面有很多應(yīng)用研究[5]。通過藥用植物解剖部分的“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”聯(lián)系觀，有助于理解植物結(jié)構(gòu)仿生學(xué)的研究進(jìn)展。

在授課過程中，教師通過一些植物仿生學(xué)的研究案例，促進(jìn)學(xué)生對植物結(jié)構(gòu)與形態(tài)的思考。如借鑒植物葉脈的形態(tài)開展板殼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)、質(zhì)子交換膜燃料電池流場板設(shè)計(jì)[6]；借鑒植物葉片氣孔高效擴(kuò)散效應(yīng)和選擇性通透的一系列特征,研究鋅空氣電池在不同環(huán)境下的失水情況和覆蓋仿生葉片對其失水和工作的影響[7]；借鑒變態(tài)根和側(cè)根開展建筑仿生[8]；借鑒草酸鈣晶體在植物體內(nèi)合成的途徑與累積，開展人類病理結(jié)石的抑制研究[9]。

教師通過介紹仿生學(xué)研究進(jìn)展，拓展學(xué)生知識面，激發(fā)學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)藥用植物學(xué)的前景，促進(jìn)今后運(yùn)用“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”聯(lián)系觀。

5 體會

近年來，教育部中藥學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會對中藥學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了“傳承有特色、創(chuàng)新有基礎(chǔ)、服務(wù)有能力”的專業(yè)理念。藥用植物學(xué)作為中藥專業(yè)的核心課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程，既是對古代醫(yī)藥學(xué)家認(rèn)藥能力的繼承，也是現(xiàn)代中藥專業(yè)學(xué)科體系中的啟蒙課程[10]。

通過實(shí)物，積極引導(dǎo)學(xué)生建立藥用植物“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”的聯(lián)系觀，是對《黃帝內(nèi)經(jīng)》“有諸內(nèi)必形諸外”思想的繼承；將藥用植物的外在性狀和內(nèi)部的顯微結(jié)構(gòu)與其功能緊密聯(lián)系，是中醫(yī)藥整體觀的繼承。

另一方面，隨著學(xué)科的發(fā)展，組織化學(xué)在藥用植物學(xué)科中已經(jīng)取得了豐碩的科研成果，在教學(xué)中教師應(yīng)積極介紹學(xué)科前沿動態(tài)，不僅呼應(yīng)了“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”的聯(lián)系觀，而且可激發(fā)學(xué)生探究中藥奧秘的興趣。教學(xué)團(tuán)隊(duì)緊密圍繞學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，積極選擇生活中常見植物，構(gòu)建藥用植物“形態(tài)-結(jié)構(gòu)-功能”的聯(lián)系觀，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情，提升藥用植物解剖部分教學(xué)效果。