列舉并改進(jìn)幾種比較葉片上下表皮氣孔數(shù)量的方法

費(fèi)曉艷 陸曉金

摘要 通過(guò)列舉并創(chuàng)新、改進(jìn)幾種比較葉片上、下表皮氣孔數(shù)量的方法，解決學(xué)生的困惑，以期為實(shí)驗(yàn)觀察找到并選擇更好的材料與方法，提升課堂效果。

關(guān)鍵詞 上下表皮 氣孔數(shù)量 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

中圖分類號(hào) G633.91? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

氣孔是保衛(wèi)細(xì)胞的間隙、氣體進(jìn)出的門(mén)戶和水分散失的通道，該知識(shí)點(diǎn)選自蘇科版初中生物學(xué)八年級(jí)上冊(cè)“植物的蒸騰作用”一課，屬于《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中一級(jí)主題“植物的生活”下“植物通過(guò)吸收、運(yùn)輸和蒸騰作用等生理活動(dòng)，獲取養(yǎng)分，進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸，參與生物圈中的水循環(huán)”的重要內(nèi)容。本節(jié)課要求學(xué)生能運(yùn)用知識(shí)，解釋生產(chǎn)生活中的相關(guān)現(xiàn)象。由于大多數(shù)植物的下表皮背對(duì)陽(yáng)光，為減少水分的散失，所以相較于上表皮，下表皮的氣孔數(shù)量多。但在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容不熟悉，往往不區(qū)分葉的上、下表皮，就開(kāi)始制作臨時(shí)裝片。為了讓學(xué)生更直觀地理解與思考，下面列舉并改進(jìn)幾種比較葉片上、下表皮氣孔數(shù)量的方法。

1 溫水觀察法

1.1實(shí)驗(yàn)方案

將兩片女貞葉片放在燒杯中，加入70℃左右的熱水后觀察葉片上產(chǎn)生的氣泡，比較正背面產(chǎn)生的氣泡是否有差異，分析其中的原因。

1.2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

學(xué)生在操作時(shí)發(fā)現(xiàn)，先放入葉片，再倒入溫水，葉片表面雖然會(huì)產(chǎn)生許多氣泡，但這些氣泡大多情況下是由于水濺起而產(chǎn)生的。于是，學(xué)生將操作順序顛倒，先倒入溫水，再放入葉片，結(jié)果發(fā)現(xiàn)葉片表面基本無(wú)氣泡產(chǎn)生。學(xué)生又嘗試把葉片放入冷水中，并用酒精燈對(duì)冷水進(jìn)行加熱，發(fā)現(xiàn)雖然葉片上的氣泡隨溫度的升高而變多，但水在升溫過(guò)程中也會(huì)從底部往上產(chǎn)生大量氣泡并附著在葉片上，影響結(jié)果的觀察，而且正背面氣泡數(shù)差異不大，因此需要改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，將影響降到最低。

1.3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

改進(jìn)材料：三腳架、石棉網(wǎng)、酒精燈、火柴、燒杯、食用油、女貞葉片、桂花葉片、空心菜葉片、菠菜葉片等。

實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果：首先在燒杯中倒入約1/2容積的食用油，再放入兩片女貞葉片，把燒杯放在石棉網(wǎng)上，用酒精燈進(jìn)行加熱，發(fā)現(xiàn)食用油升溫的過(guò)程中，葉片背面的氣泡越來(lái)越密集，而正面相對(duì)較少。再換取其他葉片重新實(shí)驗(yàn)，結(jié)果基本一致。

實(shí)驗(yàn)反思：通過(guò)將葉片放在食用油中加熱并比較氣泡多少的方法，可以得出葉片上、下表皮氣孔數(shù)量的差異。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中也提出了幾個(gè)影響產(chǎn)生氣泡多少的因素，如與葉片的種類、軟硬程度、含水量有關(guān)，與加熱的時(shí)間、食用油的品質(zhì)有關(guān)，與先放入葉片加熱，還是加熱后放入葉片等有關(guān)。這些因素可以作為課后探究，讓學(xué)生作進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

2 注射觀察法

2.1實(shí)驗(yàn)方案

首先使注射器吸入一定量空氣，接著將針頭插入菠菜葉柄，將空氣注射到葉片內(nèi)部，再將葉片放入盛有70℃溫水的燒杯中，觀察葉片表面產(chǎn)生的氣泡。

2.2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

在實(shí)際操作過(guò)程中，學(xué)生并未明顯發(fā)現(xiàn)葉片上、下表皮有氣泡產(chǎn)生。這是因?yàn)槿~柄、葉片內(nèi)部存在細(xì)胞、組織等，有一定的壓強(qiáng)，難以將空氣推入葉片內(nèi)部，從而形成氣泡。并且改用莖相對(duì)中空的空心菜葉片，也未發(fā)現(xiàn)大量氣泡產(chǎn)生。所以需要對(duì)此方法做出改進(jìn)。

2.3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

改進(jìn)材料：量程為100 mL 的注射器、溫水（70℃左右）、菠菜葉片、空心菜葉片、桂花葉片等。

實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果：首先拔出注射器的活塞，堵住針孔裝入50 mL 溫水，放入菠菜葉片，再裝入活塞，倒置后向上緩慢推活塞，將多余的空氣排出。接著，用手堵住針孔，向下拉活塞，此時(shí)可以清晰地觀察到葉片表皮處形成數(shù)量眾多的氣泡，隨著拉力的增大，產(chǎn)生的氣泡越大，越易觀察，而且下表皮明顯多于上表皮。再換成空心菜葉等其它葉片進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)結(jié)果基本相同。

實(shí)驗(yàn)反思：在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)若使用長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中的葉片，則效果不佳，說(shuō)明此方法比較適用于比較陸生植物葉片氣孔的數(shù)量。因此，教師可以順勢(shì)向?qū)W生布置課后探究，如果選用水生植物，該用什么方法來(lái)觀察呢？也是下表皮氣孔數(shù)量多于上表皮嗎？在改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題，可以逐步培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，從而逐漸形成科學(xué)思維的體系。

3 照射觀察法

3.1實(shí)驗(yàn)方案

撕下葉片上、下表皮，并用手電筒照射，通過(guò)比較光通過(guò)氣孔后留在墻面上的陰影部分的疏密程度，來(lái)比較氣孔的數(shù)量。

3.2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

在操作過(guò)程中，學(xué)生遇到了兩個(gè)問(wèn)題：①不管用透明膠粘貼法還是透明指甲油覆蓋法，整片葉子的上、下表皮都不易整體撕?。虎谟捎跉饪滋?，導(dǎo)致光照射過(guò)去形成的是一整片葉的陰影，無(wú)法比較葉上、下表皮氣孔數(shù)量，于是需要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

3.3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

3.3.1運(yùn)用LeafNet，估算氣孔數(shù)量

LeafNet 是一款可以自動(dòng)定位氣孔并分割表皮細(xì)胞的工具，同時(shí)能生成圖片、文件分析等多種數(shù)據(jù)，對(duì)不同細(xì)胞特征進(jìn)行定量和統(tǒng)計(jì)。該工具有網(wǎng)頁(yè)與軟件下載安裝兩個(gè)版本，下面介紹如何使用網(wǎng)頁(yè)版來(lái)比較葉片上、下表皮氣孔的數(shù)量。

操作步驟及結(jié)果：（1）登錄https：//leafnet.whu.edu. cn/頁(yè)面，點(diǎn)擊“use it now！”按鈕跳轉(zhuǎn)到操作頁(yè)面，輸入文件名并選擇要估算的氣孔圖片，再輸入郵件地址；（2）根據(jù)圖片調(diào)整分辨率，若圖像清晰，輪廓分明，可直接選擇默認(rèn)選項(xiàng)；（3）幾分鐘后會(huì)收到郵件，點(diǎn)擊下載鏈接即可下載結(jié)果（圖1）；（4）文件夾中有兩張圖片和一個(gè)記事本文件，在圖片中氣孔被藍(lán)色點(diǎn)所標(biāo)記，記事本文件中可以看到估算的氣孔數(shù)量、細(xì)胞大小、總的細(xì)胞數(shù)等數(shù)據(jù)，從而可以快速比較得出所觀察表皮視野下的氣孔數(shù)量；（5）觀察同一葉片的不同位置上的葉表皮，發(fā)現(xiàn)都是下表皮氣孔數(shù)量多于上表皮氣孔。因此，可以得出大多數(shù)葉下表皮氣孔數(shù)量多于上表皮氣孔的結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)反思：在使用LeafNet 網(wǎng)頁(yè)版時(shí)，對(duì)拍攝的顯微鏡下的視野圖片質(zhì)量要求較高，如果表皮上帶有的葉肉細(xì)胞、表皮細(xì)胞，那么氣孔就不能被很好的識(shí)別出來(lái)，需要重新拍攝或調(diào)試，反而浪費(fèi)了觀察時(shí)間。

3.3.2運(yùn)用Photoshop，巧算氣孔數(shù)量

使用Photoshop軟件中的計(jì)數(shù)工具計(jì)算氣孔數(shù)量。

操作步驟：（1）選擇工具欄中的“技術(shù)工具”選項(xiàng)，手動(dòng)點(diǎn)擊視野下的每個(gè)氣孔，每點(diǎn)擊一次，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄一次，并累加總次數(shù)。（2）點(diǎn)擊“窗口”選項(xiàng)，選擇“測(cè)量記錄”，點(diǎn)擊“記錄測(cè)量”，會(huì)跳出總次數(shù)，即代表視野下氣孔的數(shù)量，如圖2所示。

通過(guò)人工識(shí)別與信息技術(shù)的運(yùn)用，能很好地計(jì)算出上、下表皮氣孔的數(shù)量，以此解決學(xué)生的困惑。

4 稱重觀察法

4.1實(shí)驗(yàn)方案

取四枝桂花枝條，編號(hào)為 A1、B1、C1、D1，其中 A1不作處理，用凡士林涂抹 B1所有葉片的下表皮、 C1所有葉片的上表皮和 D1所有葉片的上、下表皮，接著將四組分別插入裝有清水的錐形瓶中，在水面滴入食用油防止水分蒸發(fā)，并控制四組初始重量相等。最后同時(shí)放在同一環(huán)境下，過(guò)段時(shí)間后分別稱重比較。

4.2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

測(cè)得的四組數(shù)據(jù)中，A1組減少最多，C1組次之， B1組再次之，D1組減少量最少，基本保持不變。通過(guò)數(shù)據(jù)的減少量，能得出桂花葉片下表皮比上表皮氣孔數(shù)多的結(jié)論。但是換為其他植物葉片時(shí)，有的數(shù)據(jù)稱重變化不明顯，影響結(jié)果，因此需要對(duì)實(shí)驗(yàn)作簡(jiǎn)單改進(jìn)。

4.3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

4.3.1刻度觀察法

改進(jìn)材料：長(zhǎng)勢(shì)相近帶有葉片的桂花枝條、量程為2 mL 的注射器、清水、凡士林等。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）取四枝桂花枝條，編號(hào)為 A2、 B2、C2、D2；（2）由于幼嫩的莖表皮的皮孔、體表的角質(zhì)層等都可以進(jìn)行微量的蒸騰作用，使水分散失，于是在原實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，A2不作處理，用凡士林涂抹 B2枝條表皮與所有葉片的下表皮，C2枝條表皮與所有葉片的上表皮，D2枝條表皮與所有葉片的上、下表皮；（3）將清水注入注射器中，維持相同刻度線，四組枝條底部分別與注射器針孔處相連，并用凡士林涂抹連接處，保持密封性（圖3a），最后放在陽(yáng)光下觀察。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：如圖3b 所示，一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)A2注射器中的清水最少，C2次之，B2再次之，D2最多，說(shuō)明氣孔是水分散失通道的同時(shí)，以及大多數(shù)葉片下表皮氣孔多于上表皮氣孔。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需稱重，只要在單位時(shí)間內(nèi)比較各組注射器中水分的減少量即可，節(jié)約等待時(shí)間，提高觀察效率。

4.3.2傳感器觀察法

盡管刻度觀察法快速便捷，但讀數(shù)也因人而異，會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。于是引入了靈敏的傳感器，將以上實(shí)驗(yàn)再次改進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）換用量程為100 mL 的注射器，用塑料瓶將A2、B2、C2、D2四組植物套住，并在瓶?jī)?nèi)放入溫、濕度傳感器，記錄每組中的溫度初始數(shù)據(jù)TA 1、 TB 1、TC 1、TD 1和濕度初始數(shù)值 WA 1、WB 1、WC 1、WD 1；（2）一段時(shí)間后，記錄最終數(shù)據(jù) TA2、TB2、TC2、TD2和 WA2、WB2、WC2、WD2，各組變化值分別為 TA 1-TA2、 WA2- WA 1，TB 1- TB2、WB2- WB 1，TC 1- TC2、WC2- WC 1， TD 1-TD2、WD2-WD 1；（3）如圖4所示比較變化值的大小，若溫度與濕度變化量越大，則說(shuō)明水分散失越多，溫度降低越多，氣孔數(shù)量則越多。

5 小結(jié)

比較葉片氣孔數(shù)量的方法還有很多，有待更進(jìn)一步地探究與改進(jìn)。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，教師需要指導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)獲取證據(jù)，做出判斷，才能用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為理論提供可靠的證據(jù)。同時(shí)，由于氣孔的數(shù)量與分布在各種植物的葉片中是不同的，學(xué)生通過(guò)在實(shí)驗(yàn)中觀察并比較，還能總結(jié)出陽(yáng)生植物與陰生植物，水生植物與陸生植物，直立生長(zhǎng)、斜生生長(zhǎng)與水平生長(zhǎng)等植物葉片上、下表皮氣孔數(shù)量的差異，以便選擇最適材料來(lái)觀察，提高課堂效率。在邊動(dòng)手邊實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生改進(jìn)了思維方式，促進(jìn)了科學(xué)思維體系的形成，更好地落實(shí)提高學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

梁朝文.“觀察葉片的結(jié)構(gòu)”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2019，36（06）：30-31.