列举并改进几种比较叶片上下表皮气孔数量的方法

费晓艳 陆晓金

摘要 通过列举并创新、改进几种比较叶片上、下表皮气孔数量的方法，解决学生的困惑，以期为实验观察找到并选择更好的材料与方法，提升课堂效果。

关键词 上下表皮 气孔数量 实验改进

中图分类号 G633.91  文献标志码 B

气孔是保卫细胞的间隙、气体进出的门户和水分散失的通道，该知识点选自苏科版初中生物学八年级上册“植物的蒸腾作用”一课，属于《义务教育生物学课程标准（2022年版）》中一级主题“植物的生活”下“植物通过吸收、运输和蒸腾作用等生理活动，获取养分，进行物质运输，参与生物圈中的水循环”的重要内容。本节课要求学生能运用知识，解释生产生活中的相关现象。由于大多数植物的下表皮背对阳光，为减少水分的散失，所以相较于上表皮，下表皮的气孔数量多。但在实际的实验探究过程中，学生对这部分内容不熟悉，往往不区分叶的上、下表皮，就开始制作临时装片。为了让学生更直观地理解与思考，下面列举并改进几种比较叶片上、下表皮气孔数量的方法。

1 温水观察法

1.1实验方案

将两片女贞叶片放在烧杯中，加入70℃左右的热水后观察叶片上产生的气泡，比较正背面产生的气泡是否有差异，分析其中的原因。

1.2实验现象

学生在操作时发现，先放入叶片，再倒入温水，叶片表面虽然会产生许多气泡，但这些气泡大多情况下是由于水溅起而产生的。于是，学生将操作顺序颠倒，先倒入温水，再放入叶片，结果发现叶片表面基本无气泡产生。学生又尝试把叶片放入冷水中，并用酒精灯对冷水进行加热，发现虽然叶片上的气泡随温度的升高而变多，但水在升温过程中也会从底部往上产生大量气泡并附着在叶片上，影响结果的观察，而且正背面气泡数差异不大，因此需要改进实验，将影响降到最低。

1.3实验改进

改进材料：三脚架、石棉网、酒精灯、火柴、烧杯、食用油、女贞叶片、桂花叶片、空心菜叶片、菠菜叶片等。

实验步骤及结果：首先在烧杯中倒入约1/2容积的食用油，再放入两片女贞叶片，把烧杯放在石棉网上，用酒精灯进行加热，发现食用油升温的过程中，叶片背面的气泡越来越密集，而正面相对较少。再换取其他叶片重新实验，结果基本一致。

实验反思：通过将叶片放在食用油中加热并比较气泡多少的方法，可以得出叶片上、下表皮气孔数量的差异。学生在实验改进中也提出了几个影响产生气泡多少的因素，如与叶片的种类、软硬程度、含水量有关，与加热的时间、食用油的品质有关，与先放入叶片加热，还是加热后放入叶片等有关。这些因素可以作为课后探究，让学生作进一步实验。

2 注射观察法

2.1实验方案

首先使注射器吸入一定量空气，接着将针头插入菠菜叶柄，将空气注射到叶片内部，再将叶片放入盛有70℃温水的烧杯中，观察叶片表面产生的气泡。

2.2实验现象

在实际操作过程中，学生并未明显发现叶片上、下表皮有气泡产生。这是因为叶柄、叶片内部存在细胞、组织等，有一定的压强，难以将空气推入叶片内部，从而形成气泡。并且改用茎相对中空的空心菜叶片，也未发现大量气泡产生。所以需要對此方法做出改进。

2.3实验改进

改进材料：量程为100 mL 的注射器、温水（70℃左右）、菠菜叶片、空心菜叶片、桂花叶片等。

实验步骤及结果：首先拔出注射器的活塞，堵住针孔装入50 mL 温水，放入菠菜叶片，再装入活塞，倒置后向上缓慢推活塞，将多余的空气排出。接着，用手堵住针孔，向下拉活塞，此时可以清晰地观察到叶片表皮处形成数量众多的气泡，随着拉力的增大，产生的气泡越大，越易观察，而且下表皮明显多于上表皮。再换成空心菜叶等其它叶片进行相同的实验，发现结果基本相同。

实验反思：在学生实验的过程中，发现若使用长时间浸泡在水中的叶片，则效果不佳，说明此方法比较适用于比较陆生植物叶片气孔的数量。因此，教师可以顺势向学生布置课后探究，如果选用水生植物，该用什么方法来观察呢？也是下表皮气孔数量多于上表皮吗？在改进实验中不断发现问题，并通过实验解决问题，可以逐步培养学生的批判性思维，从而逐渐形成科学思维的体系。

3 照射观察法

3.1实验方案

撕下叶片上、下表皮，并用手电筒照射，通过比较光通过气孔后留在墙面上的阴影部分的疏密程度，来比较气孔的数量。

3.2实验现象

在操作过程中，学生遇到了两个问题：①不管用透明胶粘贴法还是透明指甲油覆盖法，整片叶子的上、下表皮都不易整体撕取；②由于气孔太小，导致光照射过去形成的是一整片叶的阴影，无法比较叶上、下表皮气孔数量，于是需要对实验进行改进。

3.3实验改进

3.3.1运用LeafNet，估算气孔数量

LeafNet 是一款可以自动定位气孔并分割表皮细胞的工具，同时能生成图片、文件分析等多种数据，对不同细胞特征进行定量和统计。该工具有网页与软件下载安装两个版本，下面介绍如何使用网页版来比较叶片上、下表皮气孔的数量。

操作步骤及结果：（1）登录https：//leafnet.whu.edu. cn/页面，点击“use it now！”按钮跳转到操作页面，输入文件名并选择要估算的气孔图片，再输入邮件地址；（2）根据图片调整分辨率，若图像清晰，轮廓分明，可直接选择默认选项；（3）几分钟后会收到邮件，点击下载链接即可下载结果（图1）；（4）文件夹中有两张图片和一个记事本文件，在图片中气孔被蓝色点所标记，记事本文件中可以看到估算的气孔数量、细胞大小、总的细胞数等数据，从而可以快速比较得出所观察表皮视野下的气孔数量；（5）观察同一叶片的不同位置上的叶表皮，发现都是下表皮气孔数量多于上表皮气孔。因此，可以得出大多数叶下表皮气孔数量多于上表皮气孔的结论。

实验反思：在使用LeafNet 网页版时，对拍摄的显微镜下的视野图片质量要求较高，如果表皮上带有的叶肉细胞、表皮细胞，那么气孔就不能被很好的识别出来，需要重新拍摄或调试，反而浪费了观察时间。

3.3.2运用Photoshop，巧算气孔数量

使用Photoshop软件中的计数工具计算气孔数量。

操作步骤：（1）选择工具栏中的“技术工具”选项，手动点击视野下的每个气孔，每点击一次，系统会自动记录一次，并累加总次数。（2）点击“窗口”选项，选择“测量记录”，点击“记录测量”，会跳出总次数，即代表视野下气孔的数量，如图2所示。

通过人工识别与信息技术的运用，能很好地计算出上、下表皮气孔的数量，以此解决学生的困惑。

4 稱重观察法

4.1实验方案

取四枝桂花枝条，编号为 A1、B1、C1、D1，其中 A1不作处理，用凡士林涂抹 B1所有叶片的下表皮、 C1所有叶片的上表皮和 D1所有叶片的上、下表皮，接着将四组分别插入装有清水的锥形瓶中，在水面滴入食用油防止水分蒸发，并控制四组初始重量相等。最后同时放在同一环境下，过段时间后分别称重比较。

4.2实验现象

测得的四组数据中，A1组减少最多，C1组次之， B1组再次之，D1组减少量最少，基本保持不变。通过数据的减少量，能得出桂花叶片下表皮比上表皮气孔数多的结论。但是换为其他植物叶片时，有的数据称重变化不明显，影响结果，因此需要对实验作简单改进。

4.3实验改进

4.3.1刻度观察法

改进材料：长势相近带有叶片的桂花枝条、量程为2 mL 的注射器、清水、凡士林等。

实验步骤：（1）取四枝桂花枝条，编号为 A2、 B2、C2、D2；（2）由于幼嫩的茎表皮的皮孔、体表的角质层等都可以进行微量的蒸腾作用，使水分散失，于是在原实验基础上，A2不作处理，用凡士林涂抹 B2枝条表皮与所有叶片的下表皮，C2枝条表皮与所有叶片的上表皮，D2枝条表皮与所有叶片的上、下表皮；（3）将清水注入注射器中，维持相同刻度线，四组枝条底部分别与注射器针孔处相连，并用凡士林涂抹连接处，保持密封性（图3a），最后放在阳光下观察。

实验结果：如图3b 所示，一段时间后，发现A2注射器中的清水最少，C2次之，B2再次之，D2最多，说明气孔是水分散失通道的同时，以及大多数叶片下表皮气孔多于上表皮气孔。此方法的优点在于无需称重，只要在单位时间内比较各组注射器中水分的减少量即可，节约等待时间，提高观察效率。

4.3.2传感器观察法

尽管刻度观察法快速便捷，但读数也因人而异，会出现差错。于是引入了灵敏的传感器，将以上实验再次改进。

实验步骤：（1）换用量程为100 mL 的注射器，用塑料瓶将A2、B2、C2、D2四组植物套住，并在瓶内放入温、湿度传感器，记录每组中的温度初始数据TA 1、 TB 1、TC 1、TD 1和湿度初始数值 WA 1、WB 1、WC 1、WD 1；（2）一段时间后，记录最终数据 TA2、TB2、TC2、TD2和 WA2、WB2、WC2、WD2，各组变化值分别为 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）如图4所示比较变化值的大小，若温度与湿度变化量越大，则说明水分散失越多，温度降低越多，气孔数量则越多。

5 小结

比较叶片气孔数量的方法还有很多，有待更进一步地探究与改进。在实验的过程中，教师需要指导学生主动获取证据，做出判断，才能用实验数据为理论提供可靠的证据。同时，由于气孔的数量与分布在各种植物的叶片中是不同的，学生通过在实验中观察并比较，还能总结出阳生植物与阴生植物，水生植物与陆生植物，直立生长、斜生生长与水平生长等植物叶片上、下表皮气孔数量的差异，以便选择最适材料来观察，提高课堂效率。在边动手边实验的基础上，学生改进了思维方式，促进了科学思维体系的形成，更好地落实提高学生核心素养的目标。

参考文献：

梁朝文.“观察叶片的结构”实验的改进[J].实验教学与仪器，2019，36（06）：30-31.