羅福海 張文娟 程 虹 趙 浩 徐亞茹

（高臺(tái)縣第一中學(xué) 甘肅高臺(tái) 734300）

“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)”是人教版高中生物學(xué)必修1 新教材中的重要實(shí)驗(yàn)之一。此實(shí)驗(yàn)在人教版2004年版生物學(xué)教材中是沒(méi)有的，此前教材中實(shí)驗(yàn)為“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體”，新加入的實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)具有重要作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察讓學(xué)生意識(shí)到細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)是一種生命現(xiàn)象；通過(guò)觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)，提高學(xué)生科學(xué)探究的實(shí)踐能力。

細(xì)胞質(zhì)是細(xì)胞代謝的主要部位，細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)并不是靜止的，而是持續(xù)地在細(xì)胞內(nèi)順著環(huán)形路線流動(dòng)，這是觀察細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)。葉綠體是植物光合作用的重要細(xì)胞器，由于其存在于細(xì)胞質(zhì)中，因此，觀察細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的同時(shí)還可觀察到葉綠體［1］。盡管實(shí)驗(yàn)易于操作，但在教學(xué)及實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生還存在很多疑惑，筆者結(jié)合實(shí)驗(yàn)情況對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一定的分析和拓展，以期為學(xué)生的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅?］

觀察葉綠體的形態(tài)、數(shù)量和分布特點(diǎn)；觀察細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)情況。

2 實(shí)驗(yàn)材料器具［1］

新鮮的黑藻（或蘚類的小葉），顯微鏡、載玻片、蓋玻片、滴管、鑷子、刀片、培養(yǎng)皿、臺(tái)燈等。

3 實(shí)驗(yàn)流程［1］

1）將黑藻置于25℃左右的水中，以較強(qiáng)的光線照射30 min 以上。

2）向載玻片中央滴一滴清水，用鑷子取一片幼嫩的黑藻葉片，放在清水中展平，蓋上蓋玻片，制成臨時(shí)裝片。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，臨時(shí)裝片要始終保持有水狀態(tài)。

3）先在低倍鏡下找到細(xì)胞，然后用高倍鏡觀察葉綠體的形態(tài)、數(shù)量和分布特點(diǎn)。

4）以葉綠體作為標(biāo)志物，觀察細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度和方向。

4 實(shí)驗(yàn)分析

1）葉綠體的形態(tài)和分布是怎樣的？ 高倍顯微鏡下觀察到的葉綠體為綠色、橢球形或球形，沿黑藻細(xì)胞邊緣分布，如圖1所示，綠色植物的葉綠體無(wú)需染色即可觀察到。

圖1 顯微鏡下葉綠體的形態(tài)及分布［1］

2）選用黑藻的幼嫩葉片作為觀察材料有什么好處？ 黑藻葉片薄，細(xì)胞內(nèi)葉綠體多且體積大。在細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)過(guò)程中，伴隨著葉綠體的運(yùn)動(dòng)，因此，很容易在顯微鏡下被觀察到。

3）觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)2 個(gè)實(shí)驗(yàn)是否沖突？活細(xì)胞中的細(xì)胞質(zhì)處于不斷流動(dòng)的狀態(tài)。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是無(wú)色透明的，不容易直接觀察其是否流動(dòng)。葉綠體是綠色植物葉肉細(xì)胞中的一種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)，呈綠色，散布于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。選擇葉綠體作為標(biāo)志物，可觀察植物細(xì)胞中細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)。因此，2 個(gè)實(shí)驗(yàn)是相輔相成的，如果合理地選擇了實(shí)驗(yàn)材料，則可將2 個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)同時(shí)完成［2］。

4）是否大多數(shù)植物細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)不流動(dòng)，只有黑藻等少數(shù)植物的細(xì)胞質(zhì)才流動(dòng)？ 細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)又稱胞質(zhì)運(yùn)動(dòng)，是指在活細(xì)胞中，細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)處于不斷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，能帶動(dòng)其中的細(xì)胞器在細(xì)胞內(nèi)作有規(guī)則的持續(xù)的流動(dòng)。因此，只要是活細(xì)胞都有細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的現(xiàn)象，例如，植物的根尖等，只是由于黑藻等植物材料便于觀察。

5）在強(qiáng)光照射下，葉綠體的向光面有何變化？葉綠體的形態(tài)和分布有利于接受光照，進(jìn)行光合作用。呈橢球形的葉綠體大多在不同光照條件下會(huì)改變方向。在弱光下，葉綠體以其橢球體的正面朝向光源；在強(qiáng)光下，葉綠體以其橢球體的側(cè)面朝向光源。這使得葉綠體在弱光下能接受較多的光照，在強(qiáng)光下能避免葉綠體被灼傷。同時(shí)，植物在光照強(qiáng)度不斷減弱的情況下，會(huì)通過(guò)增加葉綠素含量以增加對(duì)光的吸收，從而增強(qiáng)對(duì)弱光的適應(yīng)性。

6）若視野中某細(xì)胞中細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針，則在裝片中該細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)的實(shí)際流動(dòng)方向是怎樣的？答案是仍為順時(shí)針。根據(jù)顯微鏡的成像原理可判斷實(shí)際物與視野中像呈水平旋轉(zhuǎn)180°結(jié)果，故視野中觀察到為順時(shí)針，則在裝片中實(shí)際流動(dòng)方向仍為順時(shí)針。

7）細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)有什么意義？ 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的流動(dòng)，促進(jìn)了細(xì)胞與周圍環(huán)境及細(xì)胞內(nèi)部各部分之間的物質(zhì)交換和信息傳遞，有利于細(xì)胞內(nèi)代謝反應(yīng)有條不紊地進(jìn)行。

5 實(shí)驗(yàn)拓展

1）除黑藻葉細(xì)胞外，還有哪些植物材料適合觀察細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)？ 通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)并且進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，用新鮮濃綠的大白菜、菠菜等幼苗嫩葉作為材料，實(shí)驗(yàn)也可取得較好的效果，且這些材料具有取材容易的特點(diǎn)。在取用菠菜葉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于表皮細(xì)胞除保衛(wèi)細(xì)胞外，一般不含葉綠體，而葉肉細(xì)胞含較多的葉綠體，故要取略帶些葉肉的下表皮［3］。

2）動(dòng)物細(xì)胞是否有細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)？ 若有如何觀察？ 依據(jù)之前分析，只要是活細(xì)胞，細(xì)胞質(zhì)都應(yīng)是流動(dòng)的。對(duì)人口腔上皮細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)，說(shuō)明動(dòng)物細(xì)胞也存在細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)，細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)不是綠色植物細(xì)胞特有的。用人口腔上皮細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察時(shí)需要用線粒體（健那綠染色）做細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的標(biāo)志。葉綠體不是觀察細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的唯一標(biāo)志。

3）同一葉片中所有細(xì)胞中的葉綠體的運(yùn)動(dòng)方向都為順向？還是都為逆向？還是既有順向又有逆向？通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，相鄰3 個(gè)細(xì)胞的葉綠體運(yùn)動(dòng)方向具有不同形式：都是逆向、都是順向、2 個(gè)逆向1 順向、或2 個(gè)順向1 個(gè)逆向（圖2）。

圖2 葉綠體的運(yùn)動(dòng)方向

3）在做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有的葉正面朝上，有的葉背面朝上，針對(duì)黑藻同一個(gè)葉片的同一個(gè)細(xì)胞，其葉綠體的運(yùn)動(dòng)方向?qū)⑷绾?？結(jié)果表明，如果正放是逆向運(yùn)動(dòng)，反放則是順向運(yùn)動(dòng)（圖3），直至細(xì)胞逐漸死亡，胞質(zhì)運(yùn)動(dòng)停止，反之亦然。

圖3 不同放置黑藻同一細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)

4）哪些因素可能影響細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度和方向？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證？細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)速率可作為植物細(xì)胞活性狀態(tài)的一種特征性參數(shù),凡能影響細(xì)胞活性的因素,均可影響細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)［4］。溫度、光照強(qiáng)度、pH 值、生長(zhǎng)素環(huán)境脅迫等均會(huì)影響細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)。故本實(shí)驗(yàn)設(shè)置容易獲取、易于操作的溫度、光照強(qiáng)度、能量的改變3 個(gè)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

①溫度。可通過(guò)水浴加熱或直接加熱的方式進(jìn)行不同溫度處理。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1，分別在對(duì)應(yīng)溫度下處理10 min 后，按實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行觀察。由于本實(shí)驗(yàn)無(wú)需嚴(yán)格定量觀察，因此為比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可讓多組同時(shí)進(jìn)行操作，觀察不同處理下的黑藻葉片。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，第3 組細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度最快，但運(yùn)動(dòng)方向不受影響，與放置有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度會(huì)影響細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度，隨著溫度升高，細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度加快，但溫度超過(guò)一定的范圍后，細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度又會(huì)減慢，推測(cè)原因是細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源于呼吸作用，而溫度過(guò)低和過(guò)高都會(huì)抑制呼吸作用有關(guān)酶的活性，從而影響能量供應(yīng)。

表1 溫度對(duì)細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的影響

②光照強(qiáng)度。可通過(guò)不同功率的燈泡進(jìn)行不同光照強(qiáng)度的處理。與設(shè)計(jì)具體的光照強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)相比，本實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單、易操作，可行性強(qiáng)，且能達(dá)到預(yù)期實(shí)驗(yàn)效果，具有一定的優(yōu)點(diǎn)。具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2，分別在對(duì)應(yīng)燈泡下處理10 min 后，按實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行觀察。本探究實(shí)驗(yàn)也可讓多組同時(shí)進(jìn)行操作，觀察不同處理下的黑藻葉片。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，第3 組黑藻細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度最快，但方向不受影響，與放置有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光照強(qiáng)度會(huì)影響細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度，一定范圍內(nèi)隨著光照強(qiáng)度的增加，細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度加快，光照強(qiáng)度過(guò)高會(huì)抑制細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度。

表2 光照強(qiáng)度對(duì)細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的影響

③能量。由于細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)需要消耗細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的ATP，可通過(guò)添加適宜濃度葡萄糖溶液供應(yīng)細(xì)胞呼吸產(chǎn)生ATP，或通過(guò)2% H2O2溶液抑制細(xì)胞呼吸的方法進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)［5］，故設(shè)置清水組、0.5%葡萄糖溶液組及2% H2O2溶液組進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表3，分別在對(duì)應(yīng)等量溶液下處理10 min 后，按實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行觀察。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，第2 組黑藻細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度最快，但方向不受影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一定濃度的葡萄糖供應(yīng)可促進(jìn)細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度，而2% H2O2溶液處理的黑藻細(xì)胞葉綠體顏色和運(yùn)動(dòng)速度都會(huì)發(fā)生變化，使細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的速度變慢，表明能量的正常供應(yīng)是細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)所必需的。

表3 能量改變對(duì)細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的影響

溫度、光照強(qiáng)度、能量的改變都能通過(guò)影響細(xì)胞的生理活性進(jìn)而影響細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)。以上3 個(gè)實(shí)驗(yàn)所需條件、材料及試劑都是常用的，所有學(xué)校都可開展相關(guān)拓展實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)的拓展設(shè)計(jì)目的也是讓學(xué)生都可參與、體驗(yàn)觀察細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)，此舉能極大提升實(shí)驗(yàn)可操作性，也能幫助學(xué)生理解溫度、光照強(qiáng)度和能量的改變對(duì)植物細(xì)胞生命活動(dòng)的重要影響。