列舉并改進幾種比較葉片上下表皮氣孔數量的方法

費曉艷 陸曉金

摘要 通過列舉并創新、改進幾種比較葉片上、下表皮氣孔數量的方法，解決學生的困惑，以期為實驗觀察找到并選擇更好的材料與方法，提升課堂效果。

關鍵詞 上下表皮 氣孔數量 實驗改進

中圖分類號 G633.91? 文獻標志碼 B

氣孔是保衛細胞的間隙、氣體進出的門戶和水分散失的通道，該知識點選自蘇科版初中生物學八年級上冊“植物的蒸騰作用”一課，屬于《義務教育生物學課程標準（2022年版）》中一級主題“植物的生活”下“植物通過吸收、運輸和蒸騰作用等生理活動，獲取養分，進行物質運輸，參與生物圈中的水循環”的重要內容。本節課要求學生能運用知識，解釋生產生活中的相關現象。由于大多數植物的下表皮背對陽光，為減少水分的散失，所以相較于上表皮，下表皮的氣孔數量多。但在實際的實驗探究過程中，學生對這部分內容不熟悉，往往不區分葉的上、下表皮，就開始制作臨時裝片。為了讓學生更直觀地理解與思考，下面列舉并改進幾種比較葉片上、下表皮氣孔數量的方法。

1 溫水觀察法

1.1實驗方案

將兩片女貞葉片放在燒杯中，加入70℃左右的熱水后觀察葉片上產生的氣泡，比較正背面產生的氣泡是否有差異，分析其中的原因。

1.2實驗現象

學生在操作時發現，先放入葉片，再倒入溫水，葉片表面雖然會產生許多氣泡，但這些氣泡大多情況下是由于水濺起而產生的。于是，學生將操作順序顛倒，先倒入溫水，再放入葉片，結果發現葉片表面基本無氣泡產生。學生又嘗試把葉片放入冷水中，并用酒精燈對冷水進行加熱，發現雖然葉片上的氣泡隨溫度的升高而變多，但水在升溫過程中也會從底部往上產生大量氣泡并附著在葉片上，影響結果的觀察，而且正背面氣泡數差異不大，因此需要改進實驗，將影響降到最低。

1.3實驗改進

改進材料：三腳架、石棉網、酒精燈、火柴、燒杯、食用油、女貞葉片、桂花葉片、空心菜葉片、菠菜葉片等。

實驗步驟及結果：首先在燒杯中倒入約1/2容積的食用油，再放入兩片女貞葉片，把燒杯放在石棉網上，用酒精燈進行加熱，發現食用油升溫的過程中，葉片背面的氣泡越來越密集，而正面相對較少。再換取其他葉片重新實驗，結果基本一致。

實驗反思：通過將葉片放在食用油中加熱并比較氣泡多少的方法，可以得出葉片上、下表皮氣孔數量的差異。學生在實驗改進中也提出了幾個影響產生氣泡多少的因素，如與葉片的種類、軟硬程度、含水量有關，與加熱的時間、食用油的品質有關，與先放入葉片加熱，還是加熱后放入葉片等有關。這些因素可以作為課后探究，讓學生作進一步實驗。

2 注射觀察法

2.1實驗方案

首先使注射器吸入一定量空氣，接著將針頭插入菠菜葉柄，將空氣注射到葉片內部，再將葉片放入盛有70℃溫水的燒杯中，觀察葉片表面產生的氣泡。

2.2實驗現象

在實際操作過程中，學生并未明顯發現葉片上、下表皮有氣泡產生。這是因為葉柄、葉片內部存在細胞、組織等，有一定的壓強，難以將空氣推入葉片內部，從而形成氣泡。并且改用莖相對中空的空心菜葉片，也未發現大量氣泡產生。所以需要對此方法做出改進。

2.3實驗改進

改進材料：量程為100 mL 的注射器、溫水（70℃左右）、菠菜葉片、空心菜葉片、桂花葉片等。

實驗步驟及結果：首先拔出注射器的活塞，堵住針孔裝入50 mL 溫水，放入菠菜葉片，再裝入活塞，倒置后向上緩慢推活塞，將多余的空氣排出。接著，用手堵住針孔，向下拉活塞，此時可以清晰地觀察到葉片表皮處形成數量眾多的氣泡，隨著拉力的增大，產生的氣泡越大，越易觀察，而且下表皮明顯多于上表皮。再換成空心菜葉等其它葉片進行相同的實驗，發現結果基本相同。

實驗反思：在學生實驗的過程中，發現若使用長時間浸泡在水中的葉片，則效果不佳，說明此方法比較適用于比較陸生植物葉片氣孔的數量。因此，教師可以順勢向學生布置課后探究，如果選用水生植物，該用什么方法來觀察呢？也是下表皮氣孔數量多于上表皮嗎？在改進實驗中不斷發現問題，并通過實驗解決問題，可以逐步培養學生的批判性思維，從而逐漸形成科學思維的體系。

3 照射觀察法

3.1實驗方案

撕下葉片上、下表皮，并用手電筒照射，通過比較光通過氣孔后留在墻面上的陰影部分的疏密程度，來比較氣孔的數量。

3.2實驗現象

在操作過程中，學生遇到了兩個問題：①不管用透明膠粘貼法還是透明指甲油覆蓋法，整片葉子的上、下表皮都不易整體撕取；②由于氣孔太小，導致光照射過去形成的是一整片葉的陰影，無法比較葉上、下表皮氣孔數量，于是需要對實驗進行改進。

3.3實驗改進

3.3.1運用LeafNet，估算氣孔數量

LeafNet 是一款可以自動定位氣孔并分割表皮細胞的工具，同時能生成圖片、文件分析等多種數據，對不同細胞特征進行定量和統計。該工具有網頁與軟件下載安裝兩個版本，下面介紹如何使用網頁版來比較葉片上、下表皮氣孔的數量。

操作步驟及結果：（1）登錄https：//leafnet.whu.edu. cn/頁面，點擊“use it now！”按鈕跳轉到操作頁面，輸入文件名并選擇要估算的氣孔圖片，再輸入郵件地址；（2）根據圖片調整分辨率，若圖像清晰，輪廓分明，可直接選擇默認選項；（3）幾分鐘后會收到郵件，點擊下載鏈接即可下載結果（圖1）；（4）文件夾中有兩張圖片和一個記事本文件，在圖片中氣孔被藍色點所標記，記事本文件中可以看到估算的氣孔數量、細胞大小、總的細胞數等數據，從而可以快速比較得出所觀察表皮視野下的氣孔數量；（5）觀察同一葉片的不同位置上的葉表皮，發現都是下表皮氣孔數量多于上表皮氣孔。因此，可以得出大多數葉下表皮氣孔數量多于上表皮氣孔的結論。

實驗反思：在使用LeafNet 網頁版時，對拍攝的顯微鏡下的視野圖片質量要求較高，如果表皮上帶有的葉肉細胞、表皮細胞，那么氣孔就不能被很好的識別出來，需要重新拍攝或調試，反而浪費了觀察時間。

3.3.2運用Photoshop，巧算氣孔數量

使用Photoshop軟件中的計數工具計算氣孔數量。

操作步驟：（1）選擇工具欄中的“技術工具”選項，手動點擊視野下的每個氣孔，每點擊一次，系統會自動記錄一次，并累加總次數。（2）點擊“窗口”選項，選擇“測量記錄”，點擊“記錄測量”，會跳出總次數，即代表視野下氣孔的數量，如圖2所示。

通過人工識別與信息技術的運用，能很好地計算出上、下表皮氣孔的數量，以此解決學生的困惑。

4 稱重觀察法

4.1實驗方案

取四枝桂花枝條，編號為 A1、B1、C1、D1，其中 A1不作處理，用凡士林涂抹 B1所有葉片的下表皮、 C1所有葉片的上表皮和 D1所有葉片的上、下表皮，接著將四組分別插入裝有清水的錐形瓶中，在水面滴入食用油防止水分蒸發，并控制四組初始重量相等。最后同時放在同一環境下，過段時間后分別稱重比較。

4.2實驗現象

測得的四組數據中，A1組減少最多，C1組次之， B1組再次之，D1組減少量最少，基本保持不變。通過數據的減少量，能得出桂花葉片下表皮比上表皮氣孔數多的結論。但是換為其他植物葉片時，有的數據稱重變化不明顯，影響結果，因此需要對實驗作簡單改進。

4.3實驗改進

4.3.1刻度觀察法

改進材料：長勢相近帶有葉片的桂花枝條、量程為2 mL 的注射器、清水、凡士林等。

實驗步驟：（1）取四枝桂花枝條，編號為 A2、 B2、C2、D2；（2）由于幼嫩的莖表皮的皮孔、體表的角質層等都可以進行微量的蒸騰作用，使水分散失，于是在原實驗基礎上，A2不作處理，用凡士林涂抹 B2枝條表皮與所有葉片的下表皮，C2枝條表皮與所有葉片的上表皮，D2枝條表皮與所有葉片的上、下表皮；（3）將清水注入注射器中，維持相同刻度線，四組枝條底部分別與注射器針孔處相連，并用凡士林涂抹連接處，保持密封性（圖3a），最后放在陽光下觀察。

實驗結果：如圖3b 所示，一段時間后，發現A2注射器中的清水最少，C2次之，B2再次之，D2最多，說明氣孔是水分散失通道的同時，以及大多數葉片下表皮氣孔多于上表皮氣孔。此方法的優點在于無需稱重，只要在單位時間內比較各組注射器中水分的減少量即可，節約等待時間，提高觀察效率。

4.3.2傳感器觀察法

盡管刻度觀察法快速便捷，但讀數也因人而異，會出現差錯。于是引入了靈敏的傳感器，將以上實驗再次改進。

實驗步驟：（1）換用量程為100 mL 的注射器，用塑料瓶將A2、B2、C2、D2四組植物套住，并在瓶內放入溫、濕度傳感器，記錄每組中的溫度初始數據TA 1、 TB 1、TC 1、TD 1和濕度初始數值 WA 1、WB 1、WC 1、WD 1；（2）一段時間后，記錄最終數據 TA2、TB2、TC2、TD2和 WA2、WB2、WC2、WD2，各組變化值分別為 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）如圖4所示比較變化值的大小，若溫度與濕度變化量越大，則說明水分散失越多，溫度降低越多，氣孔數量則越多。

5 小結

比較葉片氣孔數量的方法還有很多，有待更進一步地探究與改進。在實驗的過程中，教師需要指導學生主動獲取證據，做出判斷，才能用實驗數據為理論提供可靠的證據。同時，由于氣孔的數量與分布在各種植物的葉片中是不同的，學生通過在實驗中觀察并比較，還能總結出陽生植物與陰生植物，水生植物與陸生植物，直立生長、斜生生長與水平生長等植物葉片上、下表皮氣孔數量的差異，以便選擇最適材料來觀察，提高課堂效率。在邊動手邊實驗的基礎上，學生改進了思維方式，促進了科學思維體系的形成，更好地落實提高學生核心素養的目標。

參考文獻：

梁朝文.“觀察葉片的結構”實驗的改進[J].實驗教學與儀器，2019，36（06）：30-31.