大蔥在植物學實驗中的應用

馮大領 鄭亞坤 李 明 張巍巍 魏 健 趙 錦 司賀龍

(1 河北農(nóng)業(yè)大學生命科學學院 保定 071000； 2 河北農(nóng)業(yè)大學園藝學院 保定 071000)

實驗材料的選擇與準備是提升實驗課教學效果的重要因素之一。植物學實驗材料應該具備實驗效果明顯、易于觀察和操作、安全性高、成本較低、容易獲得等特點，因此實驗材料的選材至關重要。在短時間內(nèi)，用少量的材料觀察到多個實驗結果，尤其是植物形態(tài)解剖部分的內(nèi)容，選擇一種植物為對象，同時觀察植物細胞、組織、根、莖、葉、花果等多個器官的結構，有利于發(fā)揮學生對理論知識的相互聯(lián)系。本文結合植物學實驗教學的特點，以大蔥為實驗材料，展示了大蔥作為植物學綜合性實驗材料的可行性。

1 以大蔥為實驗材料的實例演示

1.1 植物細胞基本結構的觀察 用鑷子撕取大蔥蔥白葉的內(nèi)表皮細胞，可以清楚地觀察到植物細胞的細胞壁、細胞質(zhì)、細胞核，還能觀察到細胞核內(nèi)的核仁、細胞質(zhì)內(nèi)的質(zhì)體——白色體及透明的區(qū)域——液泡。如果橫切取綠色幼嫩蔥葉，可以明顯看到葉綠體。撕取大蔥的葉肉細胞，可以觀察到后含物——單晶。在光學顯微鏡下，只能看到以上植物細胞的基本結構(細胞壁、細胞質(zhì)、細胞核)及部分亞細胞結構(白色體、葉綠體和液泡)，細胞膜和細胞質(zhì)內(nèi)的其他細胞器不能在光學顯微鏡下看到。該實驗結果與洋蔥材料的實驗結果相同(?圖1)。

通過蔥葉中葉肉細胞葉綠體的觀察和蔥白中白色體的觀察，可以讓學生充分理解質(zhì)體之間的相互轉(zhuǎn)化，大蔥的蔥白中含有白色體，當蔥白見光后，該部位變綠，說明白色體轉(zhuǎn)化成了葉綠體。如果將該部位用土掩埋，葉綠體就會逐步轉(zhuǎn)化成白色體。

1.2 植物組織的觀察 植物組織通常包括分生組織、保護組織、薄壁組織、輸導組織、機械組織、分泌結構，高等植物各器官的組織分化明顯。利用大蔥葉可以觀察到多個組織類型。

1.2.1 成熟組織 橫切取綠色管狀葉，挨著綠色組織的為保護組織——上表皮。上表皮由近方形或長方形的表皮細胞和兩個保衛(wèi)細胞組成的氣孔器組成，并能明顯看到表皮細胞外有角質(zhì)層；緊挨著表皮細胞的是含有葉綠體的同化組織，同化組織以內(nèi)是貯藏組織。因為同化組織和貯藏組織均為細胞璧薄的組織，因此均屬于薄璧組織的類型。橫切的幼嫩管狀葉結構中還能看到維管束，維管束內(nèi)有木質(zhì)部和韌皮部，木質(zhì)部中有導管，韌皮部中有篩管，在木質(zhì)部和韌皮部中還有機械組織，維管束周圍有薄壁組織。由于大蔥葉為管狀結構，因此，其葉片結構沒有表現(xiàn)出單子葉植物的葉片結構特點，挨著上(外)表皮的為綠色的柵欄組織，其內(nèi)側無下(內(nèi))表皮及海綿組織，僅為無葉綠體的薄壁組織；對管狀葉的維管束用解離液解離，并用番紅染色，能看到環(huán)紋導管和螺紋導管(?圖2)。

1.2.2 分生組織及有絲分裂的觀察 分生組織是能夠進行細胞分裂的一群細胞組成的。大蔥根尖的結構包括根冠、分生區(qū)、伸長區(qū)和成熟區(qū),其分生區(qū)內(nèi)即為分生組織。

取大蔥新生根(根尖2～3mm)若干，在解離液(HCl稀釋液： 按照1HCl∶11H2O比例混合配制稀釋液，然后鹽酸稀釋液與95%乙醇1∶1混合，即為解離液)中解離30min，取出后置于清水中5min進行清洗，洗去解離液后移至蘇木精染液中染色10min。用壓片法將染色后的根尖制成臨時裝片，顯微鏡下觀察有絲分裂的各個時期。觀察發(fā)現(xiàn)，分生組織的細胞近方形，細胞核大，經(jīng)蘇木精染色后，間期細胞核、分裂期的核內(nèi)染色體被染成藍黑色。將分裂期的細胞放大，可以清楚看到有絲分裂的前期、中期、后期、末期細胞。前期： 核膜完全解體，染色質(zhì)縮短變粗為染色體，并散亂分布于細胞的中部；中期： 染色體的著絲點整齊的排在細胞中央的赤道板上；后期： 在紡錘絲的牽引下，成對的染色單體分離并分別向細胞的兩極移動；末期： 子染色體開始逐漸解螺旋，赤道板上開始出現(xiàn)細胞板(?圖3)。

2 選擇大蔥作為實驗材料的可行性分析

大蔥幾乎是廚房不可缺少的蔬菜和調(diào)味料之一，生命力強，耐寒、耐旱、抗熱，在我國廣泛種植。從生物學教學選材來說，一年四季皆可在市場上買到，且價格低廉。

大蔥的細胞、組織特征明顯，可同時觀察多個結構特征。主要體現(xiàn)在： ①大蔥的葉綠體大且明顯，可以代替菠菜或黑藻等植物觀察葉綠體；②大蔥葉分為兩部分，一部分是形成假莖的蔥白部分，另一部分是綠色的管狀蔥葉部分；蔥白的外表皮細胞類似于洋蔥鱗葉，可以觀察細胞基本結構。還可以觀察蔥白細胞內(nèi)的白色體及綠色蔥葉葉肉細胞的葉綠體，并能驗證白色體和葉綠體之間的相互轉(zhuǎn)化；③大蔥為單子葉植物，不管是蔥白還是管狀葉，均能明顯觀察到平行脈，取其組織，很容易觀察到維管束內(nèi)的導管；④大蔥葉片厚，易徒手制作葉片橫切裝片，用來觀察葉片橫切結構；⑤大蔥細胞內(nèi)的染色體類似于經(jīng)典材料洋蔥，染色體大，數(shù)量少。根系為須根系，通過培養(yǎng)大蔥的幼根，利用根尖可以觀察細胞的有絲分裂。

用人們熟悉的食材作為實驗材料，會大大激發(fā)學生的學習積極性和熱情，不僅會加深對書本知識的認識，也會提高學生創(chuàng)新性學習的能力，更會把“植物學這門學科和日常生活息息相關”的學習理念潛移默化地傳授給學生。

(基金項目： 河北省教育廳“生物技術”品牌特色專業(yè)建設研究，No.2012GJJG054；河北省教育廳2012專業(yè)綜合改革試點項目,No.201202；河北農(nóng)業(yè)大學教改項目,No.2016GL02；河北農(nóng)業(yè)大學基于“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式的SPOC課程建設項目,No.2016-4-17；第一作者為河北省蔬菜種質(zhì)創(chuàng)新與利用重點實驗室、河北省蔬菜產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心主要成員)