例析以“洋葱”为材料的生物实验

湖北省大冶市第一中学(435100) 王江丽

洋葱又名葱头、玉葱、球葱、圆葱,在新疆亦被称之为“皮牙(芽)子,在欧洲被誉为“蔬菜皇后”,属于百合科、葱属二年生草本植物。洋葱的根为弦线状须根；叶由叶身和叶鞘两部分组成,叶身为绿色、呈圆筒状或管状、中空、直立生长,表面有蜡质；叶鞘肥厚呈鳞片状,形成鳞茎,近球状,外表包着一层薄皮,按其颜色可以分为紫皮、白皮和黄皮三个品种,内表皮鳞片肉质肥厚,一般呈白色；花为白色小花,呈伞状花序；蒴果。其中紫色洋葱鳞茎较大,外表皮多为紫红色,内表皮为白色；白色洋葱鳞茎较小,多为白色。洋葱富含多种有机物,具有价格便宜、耐储存、易获取、易培养、易制片等优点,常用来做为生物实验材料。

1 相关试题

例1：紫色洋葱是高中生物实验常用的材料,下列与实验相关的说法中不正确的是( )。

A.观察细胞的质壁分离和复原最好选用紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞为材料

B.观察细胞中DNA和RNA分布的实验可选用紫色洋葱鳞片叶的内表皮细胞为材料

C.观察植物细胞的结构可选用紫色洋葱鳞片叶的内表皮细胞直接制成临时装片观察

D.观察细胞有丝分裂和染色体数目变异,都可选用洋葱根尖的分生区制成临时装片观察

答案：C。

例2：(改编)在欧美洋葱被誉为“蔬菜皇后”,对西方人来说“一日不见洋葱,整天情绪不佳”。医学研究表明,洋葱营养价值极高,其肥大的鳞茎中含糖8.5%、干物质9.2%,每100g洋葱中含维生素A5mg、维生素C9.3mg、钙40mg、磷50mg、铁8mg以及18种氨基酸,是不可多得的保健食品。洋葱的叶分两种：管状叶伸展于空中,进行光合作用；鳞片叶层层包裹形成鳞茎,富含营养物质。教学中可以洋葱为材料进行如下实验。

(1)若想判断洋葱的鳞片叶细胞中是否含有还原糖,最好选用________(紫色洋葱/白色洋葱)。

(2)观察细胞中叶绿体的实验中________(能/不能)选用洋葱管状叶直接做成临时装片观察,原因是________________________________________。

(3)以洋葱的管状叶为材料进行色素的提取和分离实验一般用________作溶剂来提取色素,通过________(方法)分离色素。

(4)要探究白色洋葱鳞片叶中是否含有脂肪。你的实验思路是______________________________。

答案：(1)白色洋葱。(2)不能；洋葱的管状叶不是由单层细胞组成的。(3)无水乙醇；纸层析法。(4)制作洋葱鳞片叶切片,滴加苏丹Ⅲ染液染色并洗去浮色后,在显微镜下观察是否有橘黄色颗粒出现。

2 相关实验

2.1 教材实验

上述试题例1中涉及到的都是教材实验,考察实验的取材问题。在人教版生物教材中有一些实验明确提到以洋葱为实验材料的,具体归纳如下。

2.1.1 观察植物细胞结构

实验原理：利用染色观察植物单层细胞的结构。

实验材料：紫色洋葱鳞片叶的内表皮细胞。

实验过程：制作临时装片(即滴蒸馏水→撕取内表皮细胞→展平细胞→盖上盖玻片)→滴碘液→吸水纸吸碘液→观察。

实验结果：细胞核被染为较深的黄色。

2.1.2 观察DNA和RNA在细胞中的分布

实验原理：甲基绿和吡罗红对DNA和RNA的亲和力不同,甲基绿可使DNA呈现绿色,吡罗红可使RNA呈现红色。

实验材料：紫色洋葱鳞片叶的内表皮细胞。

实验过程：取材→制作临时装片→HCl水解→冲洗→甲基绿吡罗红染液染色→观察。

实验结果：细胞核被染成绿色,细胞质被染成红色。

2.1.3 观察植物细胞的质壁分离和复原

实验原理：活的、成熟的植物细胞原生质层相当于半透膜；植物细胞细胞液和外界溶液可存在一定的浓度差。

实验材料：紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞(具有明显的紫色大液泡)。

实验过程：制作临时装片→观察→滴加0.3g/mL的蔗糖溶液→观察→滴加清水→观察。

实验结果：滴加蔗糖溶液后发生质壁分离现象(液泡体积变小,颜色变深)；滴加清水后发生质壁分离的复原(液泡体积变大,颜色变浅)。

2.1.4 观察根尖分生组织细胞的有丝分裂

实验原理：洋葱根尖的分生区细胞具有分裂能力且各个细胞的分裂是独立进行的,因此在同一分生组织中能看到处于不同分裂时期的细胞。

实验材料：洋葱根尖。

实验过程：洋葱根尖的培养→取材并制作装片(解离→漂洗→染色→制片)→在低倍镜下找到呈正方形、排列紧密的分生区细胞→高倍镜观察各时期细胞。

实验结果：可观察到有丝分裂各时期的细胞,以间期细胞最多。

2.1.5 低温诱导植物染色体数目的变化

实验原理：低温处理植物分生组织细胞,可抑制纺锤体的形成,导致染色体在有丝分裂后期不能被拉向两级,使细胞的染色体数目发生变化。

实验材料：洋葱根尖。

实验过程：培养洋葱根尖→低温诱导→卡诺氏液固定→体积分数为95%的酒精冲洗→制作装片(解离→漂洗→染色→制片)→观察。

实验结果：可观察到染色体数目发生改变的细胞。

2.2 教材拓展实验

上述试题例2中涉及到的都是以洋葱为材料与教材相关的实验。

2.2.1 观察植物细胞结构

实验原理：成熟的紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞具有大液泡,且细胞液中含有花青素而使液泡呈现紫色。

实验材料：紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞。

实验过程：制作临时装片→观察。

实验结果：可以观察到细胞壁、紫色大液泡等结构。

2.2.2 检测生物组织中的还原糖

实验原理：还原糖与斐林试剂在水浴加热的条件下生成砖红色沉淀。

实验材料：还原糖含量高且接近于白色的植物组织,白色洋葱较紫色洋葱更好。

实验过程：洋葱鳞片叶的组织样液→斐林试剂→水浴加热→观察。

实验结果：出现砖红色沉淀。

2.2.3 检测生物组织中的脂肪

实验原理：脂肪易被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色。

实验材料：洋葱根尖。

实验过程：根尖解离→漂洗→苏丹Ⅲ染液染色→50%酒精洗去浮色→压片→观察。

实验结果：细胞形态清晰,脂肪颗粒呈橘黄色且较小。

2.2.4 绿叶中色素的提取和分离

实验原理：洋葱的管状叶为绿色,色素含量丰富,易溶于有机溶剂,因此可用无水乙醇提取；不同色素在层析液中的溶解度不同导致扩散速度不同,因此可用层析液分离。

实验材料：颜色较深的洋葱管状叶。

实验过程：培养洋葱至长出绿叶→剪碎叶片→加二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇研磨→收集滤液→制备滤纸条→画滤液细线→纸层析法分离色素。

实验结果：得到墨绿色的色素提取液,经纸层析法得到四条色素带,从上至下依次为橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色。

2.2.5 DNA的粗提取和鉴定

此实验是在人教版选修一教材中出现的,也有学者尝试用洋葱做实验材料。

实验原理：DNA和蛋白质在NaCl溶液和酒精中的溶解度不同；DNA与二苯胺在沸水浴的条件下会变成蓝色。

实验材料：新鲜白色洋葱的鳞片叶。

实验过程：剪碎叶片→加洗洁精和食盐→2mol/L的Nacl溶液并研磨→滤液中加入95%的酒精→收集白色絮状粘稠物→2mol/L的Nacl溶液→二苯胺试剂→沸水浴→观察。

实验结果：絮状物呈白色,颜色纯正；沸水浴后DNA溶液变为浅蓝色。

综上所述,洋葱易获取、易培养,它的管状叶、鳞片叶和根各有其特点,在生物实验教学中有着多方面的用途。“好的材料是成功的一半”,在以洋葱为材料进行实验时要结合实验原理和各部分结构特点进行取材,才能保证实验的成功。