“用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动”实验创新

1 引言

本创新实验选自人教版2019 必修一中的实验“用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动”。创新点为替换实验材料，根据学生实验实际问题设计进行进一步拓展实验，探究不同因素（温度、光照以及细胞所在部位）对细胞质流动的影响。

细胞质流动是活细胞代谢的重要标志，其速率受到环境因素的调控。传统教学中常用黑藻观察此现象，但取材受限且叶片较硬。水蕴草（水鳖科）与黑藻亲缘相近，具有叶片柔软、易培养、成本低等优势，更适用于学生实验。在实验过程中，部分学生未能观察到细胞质流动的现象，推测与温度、光照及部位选择相关。本研究通过创新实验设计，引导学生探究上述因素的作用机制，强化科学思维与探究能力。

2 实验目的与实验原理

2.1 实验目的

使用高倍显微镜观察叶绿体的形态和分布，熟悉显微镜的使用和临时装片的制作方法。通过叶绿体的运动观察细胞质的流动，理解细胞质的流动是一种生命现象。探究不同环境因素对细胞质的流动的影响。

2.2 实验原理

叶肉细胞中的叶绿体，散布于细胞质中，呈绿色、扁平的椭球或球形。可在高倍显微镜下观察形态和分布。活细胞中的细胞质的流动，可用细胞质基质中的叶绿体运动作为标志。

本实验选择水蕴草替代黑藻进行实验。水蕴草作为观赏水草也用于养殖业较黑藻更容易获取。价格低廉易培养。比起轮叶黑藻，水蕴草叶片柔软，易制成临时装片。水蕴草与黑藻同属水鳖科，与黑藻叶片一样便于观察细胞质的流动。

3 实验步骤

3.1 探究光照对细胞质流动的影响

用镊子撕取一片水蕴草顶芽处的嫩叶置于滴加清水的载玻片上，盖上盖玻片，制成临时装片。将临时装片置于显微镜下观察并记录细胞质流动情况。再用手电筒照射此装片上的叶片10 分钟后再进行观察记录，对比前后两次叶片中叶绿体流动速率。

3.2 探究温度对细胞质流动的影响

分别准备10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃装有等量清水的烧杯。取在光照条件下培养且生长状况良好且相似的水蕴草分别置于装有10℃ 20^∘C 30℃ 40℃ 50℃清水的烧杯中浸泡 30 分钟。取其顶芽处嫩叶分别制作临时装片，用显微镜观察并记录各组细胞质流动的情况。

3.3 探究水蕴草不同部位细胞质流动的差异

取光照条件下培养并在 30^∘C 温水中浸泡相同时间的水蕴草顶芽、中部叶片以及根部附近叶片分别制作临时装片，观察记录不同组别细胞质流动的情况。

4 实验结果及分析

1.探究光照对水蕴草细胞质流动的影响

实验发现未进行光照的叶片中发生细胞质流动的细胞数量较少，且速度较慢。光照处理后叶片中发生细胞质流动的细胞数目明显增加，细胞中叶绿体的流动速度也较快。说明光照增强细胞质流动。

2.探究温度对水蕴草细胞质流动的影响

在本组实验中，10℃以及 50℃水浴处理叶片几乎不发生细胞质的流动。20℃及40℃水温下的叶片进行细胞质的流动，但数量较少。 30^∘C 清水中处理叶片发生细胞质流动的细胞最多，速度也较快。温度对细胞质流动有影响，且促进作用存在最适范围。

3.探究水蕴草不同部位细胞质流动的差异

实验结果显示，只有顶芽处叶片细胞质流动较明显，其他部位叶绿体较多，难以观察到细胞质的流动。说明不同部位的细胞质流动速率存在差异，顶芽部位流动最显著。

5 实验创新讨论

本实验将黑藻替换为更易取材且同样便于观察的水蕴草实验效果良好。在实验过程中部分学生实验时没能观察到细胞质的流动。查阅资料，推测水蕴草细胞质流动情况可能与光照、温度以及取材部位有关 [1]。提出假设共同设计探究的拓展实验。实验教学是发展学生科学思维的重要途径，同时学生通过科学探究以问题为核心实现知识的主动构建[2]。通过拓展的探究实验学生能够对生物学概念有更深层次了解，理解细胞质流动的生命现象。深刻理解叶绿体的功能，光照处理胞质环流加快说明发生光合作用能量转换加快，叶绿体运动加快。在适宜温度下促进细胞代谢为细胞质流动提供能量[3]。幼嫩部位细胞代谢更加旺盛。帮助学生将知识联系起来，运用所学知识并搜集查找文献资料。本实验设计的目的为了解决学生实验中遇到的实际问题，激发学生对科学探究的兴趣，通过实验探究发展学生的核心素养。

参考文献

[1] 宋洁莲, 吴双. 基于科学探究的“观察叶绿体和细胞质流动”的教学设计[J]. 生物学教学, 2023,48(05): 54-56.

[2] 江升霞, 房杰. 培养科学思维的实验课堂教学[J]. 中学生物教学, 2024(03): 64-67.

[3] 应晓屹, 虞驰. ADI 教学模式在“探究影响胞质环流速率的因素”实验的教学实践[J]. 生物学通报, 2022, 57(03): 35-39.