走出高中生物實驗觀察的誤區

羅建義

摘 要 列舉了3個容易進入誤區的實驗案例，例如：碘遇淀粉變藍的問題、低溫或秋水仙素處理染色體加倍的問題、橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性條件下顯灰綠色即有無氧呼吸的問題，并逐一分析了實驗的現象與本質，旨在通過案例分析，糾正學生的思維慣性，帶領學生走出思維誤區。

關鍵詞 實驗現象 觀察 誤區

中圖分類號 Q-331 文獻標志碼 B

在考查學生的實驗能力的測試中，筆者發現學生出錯的一個通病，就是容易根據平常做題的經驗來分析某一特殊問題。學生缺乏思維的變通性和靈活性，不能充分利用題中所給的特殊條件，尤其是不能重視文字敘述上的細微差異，忽視對生命現象的理性分析，過早地對實驗中觀察的現象下結論，造成這樣或那樣的錯誤。

1 誤區一：碘遇淀粉變藍即淀粉存在

高中生物必修一教科書中第五章“降低化學反應活化能的酶”的溫度對酶活性的探究實驗中，教材用水浴后的試管中碘遇淀粉變藍色以檢測淀粉是否存在。但在實際的教學中，發現當向沸水浴過后的試管里，加入碘液后，實驗組和對照組試管內都不顯藍色，而呈半透明的膠體狀，冷卻后才變藍色。

經查資料顯示：淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種，天然淀粉是白色無定形的粉末，由10%～30%的直鏈淀粉和70%～90%的支鏈淀粉組成。直鏈淀粉溶于水，分子結構呈左手螺旋狀。此螺旋有6圈36個葡萄糖殘基，每圈螺旋含有6個葡萄糖殘基。加入碘液后，碘分子嵌入螺旋中心，每圈螺旋可容納1個碘分子，共形成6個碘分子的長串碘分子。葡萄糖殘基上的羥基和碘分子形成配位健，形成了深藍色淀粉-碘絡合物。絡合物中的長串碘分子能均勻的吸收除藍色光以外的各種色光，使淀粉溶液呈現藍色。支鏈淀粉分子也具有螺旋結構，其螺旋大約有25～30個葡萄糖殘基，每個支鏈的平均長度較短，分子中每段螺旋的圈數少，螺旋中的短串碘分子比直連淀粉中的長串碘分子吸收光波的波長要短，使支鏈淀粉遇碘呈現紫色或紫紅色。在沸水浴條件下，直鏈淀粉和支鏈淀粉分子結構中的螺旋展開，成串的碘分子破壞，淀粉與碘分子作用的顯色現象消失，冷卻后淀粉分子恢復為螺旋卷曲形狀，成串的碘分子再次形成，淀粉與碘的顯色現象會再次出現。

由此看來，教材上以水浴后試管中溶液有無藍色來判斷淀粉是否水解是不準確的。而應以可溶于水的直鏈淀粉為實驗材料，以冷卻后溶液的顯色狀況為依據判斷。

2 誤區二：低溫或秋水仙素處理植物分生組織，染色體加倍即可觀察到

高中生物必修二教科書中第五章“染色體變異”的“低溫誘導植物染色體數目的變化”實驗中，以洋蔥、蔥或蒜為實驗材料，對其根尖分生組織進行低溫（4℃）或秋水仙素處理后，即可在低倍鏡下尋找到染色體形態較好的分裂相。視野中既有正常的二倍體細胞，也有染色體數目發生改變的細胞。不少本實驗的改進者都提議，要在低溫或秋水仙素處理后再做室溫下的恢復培養，這些細胞在恢復室溫培養后能進入新的細胞周期，視野中能看到進行有絲分裂的多倍體細胞。

張興蓮、潘寧的研究結果表明，低溫或秋水仙素對大蒜根尖多倍體細胞的形成具有明顯的時間效應，短時的低溫處理觀察不到多倍體細胞。薛璽、徐香玲等以質量分數為0.05%的秋水仙素處理洋蔥根尖72 h，沒有觀察到染色體加倍的細胞，但卻出現了3.83%的染色體異常或異常分裂的細胞；當以質量分數為0.1%的秋水仙素處理洋蔥根尖24 h，多倍體細胞僅有3.59%，而染色體異常或異常分裂的細胞高達25.23%。按照教材描述的實驗要求與步驟，分別對洋蔥、蔥、蒜的根尖低溫（4℃）處理36 h，也發現了大量的染色體異常或異常分裂的細胞，卻沒有觀察到多倍體細胞。

由此看來，在低溫或秋水仙素處理下，出現染色體異常或異常分裂的細胞較常見，而出現多倍體細胞較稀少。教材試圖通過低溫（4℃）處理36 h來觀察多倍體細胞，或室溫恢復培養后觀察多倍體細胞的有絲分裂都是一個極低概率的事件。教材以一個極低概率的事件作為學生實驗的觀察指標是不合適的，教師應積極引導學生觀察比較低溫或秋水仙素處理后染色體的形態或分布與進行正常有絲分裂的細胞的區別，讓學生直觀感知紡錘體破壞后所帶來的染色體數目或形態的變化。教材描述的僅是獲得多倍體細胞的一個實驗思路、一種低概率的可能途徑。教師要從實際入手，引導學生對實驗現象進行理性的分析，從而對低溫或秋水仙素誘導染色體數目變化的作用機制形成更加全面的認識。

3 誤區三：橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性條件下顯灰綠色即有無氧呼吸

人教版生物教材必修一中“探究酵母菌細胞呼吸的方式”是很重要的課堂實驗。酵母菌在有氧條件下呼吸作用產生H2O和CO2，無氧條件下呼吸作用產生酒精和CO2。教材通過鑒定有無酒精的產生來確定細胞是有氧呼吸還是無氧呼吸，橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性條件下與酒精發生反應變成灰綠色。

但在實際的教學中，有學生按照教材預設的實驗步驟對呼吸作用的產物進行檢測時，有的小組發現有氧組的產物也會使橙色的重鉻酸鉀變成灰綠色，于是在得出結論時質疑聲不斷。教師應先引導學生分析：（1） 酵母菌培養時間過短，無法完全消耗掉培養液中的還原性的葡萄糖，即使采用準確無誤的檢測流程，同樣會出現有氧條件下變為灰綠色的現象。（2） 有氧條件下培養的酵母菌，在代謝中會產生除酒精以為的多種還原性中間產物。其反應流程是：葡萄糖先變成磷酸酯，后分解為2分子的丙糖磷酸，再生成2個ATP和2分子丙酮酸，以產生水和二氧化碳。有些中間產物同樣會使酸性重鉻酸鉀溶液變為灰綠色。（3） 若借助酵母菌清水活化實驗進行探究，雖然可以避免葡萄糖對檢測結果的干擾，但此培養液無法做到氧氣的充足供應，不能保證每個酵母菌都進行有氧呼吸，也會出現有氧無氧條件下變為灰綠色的現象。

為了答疑解惑，教師可進一步引導學生探究，可分別向盛有葡萄糖、丙酮酸、酒精溶液的3支試管中分別滴加0.1 g重鉻酸鉀（體積分數為95%～97%濃硫酸酸化）溶液0.5 mL，輕輕震蕩，觀察3支試管中溶液顏色的變化，結果3支試管中均出現了灰綠色。由此得出結論，有氧組中未完全消耗的葡萄糖及發酵產生的中間產物都能將重鉻酸鉀還原，使溶液變為灰綠色。由此看來，一定要讓酵母菌充分消耗掉培養液中的葡萄糖再檢驗產物，或對發酵產物進行蒸餾，對蒸汽蒸餾獲取的產物再進行檢驗，這樣就會出現橙色的酸化的重鉻酸鉀溶液在有氧條件下不變色，無氧條件下變成灰綠色的探究結果。

參考資料：

[1] 張興蓮，潘寧.“低溫誘導植物染色體數目變化”的實驗探究[J].中學生物教學，2011（7）：45-46.

[2] 薛璽、徐香玲，李集臨.秋水仙素對植物細胞核異常分裂的影響[J].哈爾濱師范大學自然科學學報，1988，4（2）：87-97.