“核酸在细胞中的分布”实验改进及拓展

李 鑫 （北京市延庆县第一中学 北京延庆 102100）

在“观察核酸在细胞中的分布”实验中，用到甲基绿或吡罗红染料，若单独用甲基绿或吡罗红染色DNA 和RNA，会分别将它们染色成绿色和红色，因为甲基绿和吡罗红2 种染色剂对DNA 和RNA 的亲和力不同，教材中所用染料为甲基绿-吡罗红混合染料甲基绿将DNA 染成绿色，吡罗红将RNA 染成红色。 目的是提高学生的动手和思考能力，以进一步理解DNA 和RNA 在细胞中的分布。

1 传统方法及存在问题

在教材中，本实验的实验材料为人口腔上皮细胞，经过水解、烘干、冲洗、染色等步骤后，用显微镜观察实验现象。

笔者严格根据教材的设计进行实验，然而实验现象并不明显，结果如图1 所示（本文附图见封四）。主要存在2 个问题：①口腔上皮细胞容易出现折叠，不易观察到细胞核；②细胞核和细胞质均为红色。

2 对本实验的一些改进

基于以上问题，笔者对于材料和染料都进行了一些改进。

2.1 替换实验材料 对于学生来说，如果利用口腔上皮细胞作为实验材料，很难涂片成功，且烘干步骤增加了实验的危险性，故笔者尝试用洋葱鳞片叶内表皮细胞进行实验。本材料不需涂片和烘干，也可以清晰观察到细胞核，解决了观察不便的问题。

2.2 改进实验染料 吡罗红甲基绿染色剂是混合染料，由A 液20 mL 和B 液80 mL 配成。 B 液的配置方法与教材上的一致； 因没有买到甲基绿吡罗红的混装粉，笔者使用分装粉配置A 液。 配置方法如下： 甲基绿0.5 g+50 mL 蒸馏水→甲基绿溶液； 吡罗红0.5 g+50 mL 蒸馏水→吡罗红溶液。按教材上介绍的配制方法，应使甲基绿溶液和吡罗红溶液以1∶1 的比例混合，再将混合液与B液以1∶4 的比例混合制成染料。 笔者在实验前尝试用甲基绿溶液和吡罗红溶液分别染色细胞，发现吡罗红溶液的着色效果更强。 为了使实验现象更明显，笔者尝试改变甲基绿溶液和吡罗红溶液的比例，改进如表1 所示。

表1

实验结果如图2 所示。

由实验现象可以看出，1 mL 甲基绿+0.4 mL吡罗红和1 mL 甲基绿+0.2 mL 吡罗红效果比较明显，笔者又尝试了3 个中间梯度的实验，三者效果都很好，其中1 mL 甲基绿+0.3 mL 吡罗红效果最好。 结果如图3。

综上所述，配置甲基绿吡罗红染色剂时，可按上述比例配置A 液，再以A 液∶B 液=1∶4 的比例配置染色剂即可。

2.3 改进步骤 在实验过程中，笔者发现了一个有趣的现象： 在同一个视野中，一些细胞染色成功，即细胞核为绿色而细胞质为红色，而另一些细胞的细胞核和细胞质皆为红色。 笔者查阅了大量资料，发现甲基绿非常容易与盐酸反应变成红色，而在本实验中，如果按教材介绍的步骤，解离的时间过长或漂洗时间不充分，都会导致实验失败。

解离的目的是改变口腔细胞细胞膜通透性，加速染色剂进入细胞。笔者尝试不解离，直接进行染色，染色效果也比较理想，如图4。

在进行实验的过程中，笔者发现，在用盐酸解离时，细胞会先失水，然后再死亡，所以如果不解离就进行染色，也解决了口腔细胞折叠皱缩的问题，如图5 所示。

3 利用实验课调动学生的积极性，提高学生自主学习能力

在进行该实验探索的期间，学生正在做观察洋葱根尖有丝分裂的实验，笔者尝试将此实验应用在洋葱根尖上，效果也很不错，如图6 所示。关于洋葱的实验有很多，例如质壁分离、有丝分裂等。学生在上实验课时，教师会将材料、步骤、方法清晰地写在黑板上，学生按照黑板上的流程即可成功获得实验结果，但这种方法抹杀了学生好动、好奇的天性，使学生对于知识的理解过于死板。 在《普通高中生物课程标准》中明确提出“倡导探究性学习”的课程理念，“力图促进学生学习方式的变革，引导学生主动参与探究过程，勤于动手和动脑。 ”［1］故笔者将质壁分离、有丝分裂、观察核酸在细胞中的分布3 个实验结合在一起，在实验课上准备一颗生了根的紫色洋葱及蔗糖、红墨水、解离液、龙胆紫、甲基绿吡罗红混合染料等试剂，在学生已经学习了理论知识的前提下，让学生思考自己想做的实验都需要用哪些实验材料？不同的实验材料能否得到相同的实验结果？ 甚至可以看书寻找每个实验的操作步骤，使学生在获取一定的生物学知识的同时，习得获取知识的方法，提高处理信息和解决问题的能力，引导学生逐步养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。

4 学习效果评价设计

对于传统教学，教师采用教授和灌输的方法，将方法和步骤告诉学生，或教师演示实验，学生抄笔记。但一节课结束，由于教学时间限制和学生的思考得太少，学生对于知识的掌握很差。本节课的设计，依托于学生的动手能力，利用学生天性，激发学生自主学习能力，能很好地把握学习的重点、难点。 在期中考试中，对于实验的有关问题，学生的错题率明显降低。

例1，紫色洋葱是生物学实验常用材料，以下叙述不正确的是（ ）。

A.运用质壁分离与复原，可估测洋葱外表皮的细胞液浓度

B.观察DNA 和和RNA 在细胞中的分布实验，宜选取洋葱外表皮细胞

C.观察细胞有丝分裂，宜选取洋葱根尖分生区细胞

D.提取液泡中的色素，可用清水作为溶剂

该题正确选项为B，学生答题情况如表2。

表2

例2，在生物学研究中，经常使用染色剂对生物体的结构或物质进行染色，以便观察和鉴定。下列有关叙述中正确的是（ ）。

A.观察线粒体时用甲基绿染色，线粒体被染成蓝绿色

B.利用甲基绿吡罗红染料对细胞染色，可将细胞核染成红色，细胞质染成绿色

C.观察染色体的形态，可用龙胆紫染液将染色体染成深色

D.鉴定蛋白质时用斐林试剂，混合后加热变成砖红色

该题正确选项为C，正答率如表3 所示。

表3

其中3 班、4 班2 个班为笔者所教班级。 可见，在平行班中，这2 个班级的正答率更高一些。 这些数据都说明，在生物学教学中，激发学生思考，提高学生自主学习能力，能有效提高教学效果。