李 洋 李建楠

(1 首都师范大学生命科学学院 北京 100048; 2 首都师范大学教师教育学院 北京 100048)

光合作用教学在初中生物学教学中扮演着重要的角色，初中人教版教材七年级上“绿叶在光下制造有机物”一节中探究光合作用的条件和产物的实验与学生的生活经验联系紧密，能够培养初中生的科学研究能力，帮助形成物质与能量的生命观念，为高中光合作用教学打下良好基础。按照多个版本教材中的建议，该实验选用天竺葵作为探究实验的材料，但是根据实际教学进度安排，本节课授课时北方已经是冬天，在温度较低的情况下染色效果不理想，而在南方天竺葵又并非是一种常见的花卉，不易取材。因此，本实验尝试采用拟南芥作为替代性材料探究“绿叶在光下制造有机物”实验的可行性。

1 实验材料

拟南芥(Arabidopsisthaliana)也称为鼠耳芥，是科学研究中经典常规的模式植物，具有“植物界果蝇”之称，属于十字花科拟南芥属。因其植株小、生活周期短、生态类型丰富、分布广、基因组小，容易进行诱变和遗传转化等优点，拟南芥被广泛应用在分子生物学、植物遗传学、发育生物学、功能基因组学等众多研究领域[1]。

2 实施步骤和方法

2.1 拟南芥的栽培 本实验采用土培直播法进行拟南芥的培育。首先，将灭菌后的营养土与蛭石按1∶1比例混合，将混合均匀的培养土装入培养盆中，并将培养盆放置在托盘上，一个托盘可放置1个或多个培养盆。播种前先在托盘内加入适量清水，让水从培养盆底部慢慢润湿土壤，待培养土表面润湿后再播种。用移液枪小心吸取经过春化消毒后的种子，点播在培养土的表面，直径10 cm左右的培养盆内点播5～6点，每个点播2～3粒种子，播种后用保鲜膜覆盖培养盆，并在保鲜膜上用大头针或牙签扎5～6个孔，播种后置于人工培养箱中培养[2]。培养条件设置为： 光照4 000 lx, 16 h，温度25℃，空气相对湿度75%；黑暗8 h，温度22℃，空气相对湿度75%。正常情况下，拟南芥2～3 d即可出苗，为了避免生长过密，移除掉同一个点样位置上多余的幼苗。拟南芥生长3周后即可进行淀粉染色实验(图1)。

图1 实验室中生长三周的拟南芥幼苗

2.2 暗处理与光照处理 用不透光的黑色盖子将培养拟南芥的托盘遮盖，暗处理24 h，目的是消耗掉拟南芥叶片中本身所含有的淀粉。暗处理后将黑色盖子移除，从托盘中取出两盆拟南芥进行对比实验，分别用标签纸标记为光照组和遮光组，光照组放在光照培养箱中，条件设置为： 光照强度4 000 lx, 16 h，温度25℃，空气相对湿度75%，遮光组用不透光的黑色盖子遮盖后，同样放入培养箱中在相同的条件下培养。

2.3 脱色及染色 16 h后，将两组拟南芥从光照培养箱中取出，用镊子小心夹取两组中的拟南芥分别放入盛有无水乙醇的小烧杯中，并用标签纸进行标记。水浴锅温度设置为68℃，将小烧杯放入水浴锅中脱色30 min，每隔10 min轻轻晃动有利于加速叶绿素的溶解，待酒精由透明变为绿色而拟南芥幼苗呈现白色时，用镊子小心夹取脱色后的拟南芥放入培养皿中，注意此时一定要注意镊子夹取的力度，拟南芥被无水乙醇浸泡后变脆，极易被镊子损伤导致叶片脱落。用洗瓶小心冲洗脱色后的拟南芥2～3次，滴加3～5滴碘溶液染色3 min。染色后向培养皿中倒入蒸馏水漂洗掉多余的碘溶液，为了使显色效果更加清晰分明，避免碘液的棕色对观察效果的影响，可以让拟南芥在清水中浸泡5 min左右。

3 结果与讨论

3.1 实验结果 经过染色后的拟南芥样品如图2所示。通过图片可以发现： 遮光组中，拟南芥植株呈现白色，说明并没有淀粉产生；而光照组中，拟南芥呈现明显的蓝色，说明产生了淀粉。通过对照组和实验组的对比可以说明拟南芥在光照条件下产生了有机物淀粉，由此证明光照是进行光合作用产生淀粉的必要条件。

3.2 讨论 应用拟南芥探究“绿叶在光下制造有机物”的实验效果明显，可重复性高，创新性地利用拟南芥这种模式植物作为替代性实验材料，与现行多个初中版本教材中均利用天竺葵作为实验材料相比，其优点主要体现在以下几个方面：

图2 拟南芥染色后对比图(左图遮光组 右图光照组)

(1) 拟南芥生长周期短，且在实验室条件下容易培养，成活率高。避免了天竺葵在冬天温度低的条件下生长缓慢、叶片发黄、脱叶等弊端。

(2) 天竺葵叶片用碘酒染色并用清水脱色后，照光部分呈现蓝紫色而遮光部分呈现红棕色，碘的颜色较深，影响实验结果的观察效果。通过图片对比可以发现，拟南芥染色效果非常明显，容易让学生从实验结果中观察现象得出相应的结论，且整个操作过程简单，重复性和成功率较高。

本文采用拟南芥替代天竺葵进行“绿叶在光下制造有机物”的探究性实验，通过实践发现选用拟南芥作为实验材料效果明显，为广大生物教育工作者尝试采用新材料探究光合作用产生淀粉的实验提供了一种选择性的实验策略。