黄智刚 张璐雅 汪斯丹 房梦琦 陈云贵

(湖北省武汉外国语学校 武汉 430022)

高考过后新高考题总是人们关注的“焦点”，特别是对于还未参加高考的学生。有些学生在解答2018年全国Ⅰ卷理综第37题(生物技术实践)时，提出了一些有疑惑的问题。针对学生提出的问题，教师尝试引导有兴趣的学生，从教室走进实验室，在具体实验中寻求答案。

1 2018年全国Ⅰ卷理综第37题

将马铃薯去皮切块，加水煮沸一定时间，过滤得到马铃薯浸出液。在马铃薯浸出液中加入一定量蔗糖和琼脂，用水定容后灭菌，得到M培养基。回答下列问题： (节选)

(3) 若在M培养基中用淀粉取代蔗糖，接种土壤滤液并培养，平板上长出菌落后可通过加入显色剂选出能产淀粉酶的微生物。加入的显色剂是▲，该方法能筛选出产淀粉酶微生物的原理是▲。

参考答案： 碘液、淀粉遇碘液显蓝色，产淀粉酶的菌落周围淀粉被水解，形成透明圈。

2 学生提出问题及实验探讨

2.1 实验背景 为了较快地获取实验数据，教师建议参与实验的学生，设计模拟实验即可，即用商品化的α-淀粉酶溶液模拟产生淀粉酶的微生物。

2.2 实验材料 试剂： α-淀粉酶(最适50～75℃)、琼脂粉、可溶性淀粉、碘酊。相关试剂浓度： α-淀粉酶和刚果红，均用蒸馏水配制，浓度均为10 mg/mL。器具： 锥形瓶(250 mL)、培养皿(直径100 mm)、微量移液器。固体培养基配方(每100 mL)： 可溶性淀粉10 g、琼脂20 g。

2.3 模拟实验 具体如下：

2.3.1 问题1： 透明圈能否作为鉴定标准 学生通过查找文献发现： 淀粉在α-淀粉酶的作用下，可水解为分子量较小的“糊精”。“糊精”有多种类型，有些与碘液反应呈现红色，有些呈现蓝色，也有些不发生显色反应[1]。土壤微生物分解淀粉，主要就是它们能够产生α-淀粉酶[2]。学生提出： 固体培养基中的淀粉被α-淀粉酶水解后，得到的“糊精”，会不会与培养基中的碘发生反应呢？若呈现红色，那么观测指标应当为红色圈而非透明圈，若呈现蓝色，则不能用碘液来完成鉴定工作。即便是不发生显色反应，会不会在淀粉水解处呈现碘液原本的褐色呢？

为了回答这个问题，学生按照上述配方制备平板，然后往平板中央滴一滴α-淀粉酶溶液，待溶液干后倒置于37℃恒温培养箱中培养48 h，然后往培养皿中倒入5 mL碘液，约5 min后，倒去碘液，再加入5 mL蒸馏水，约5 min后倒掉。得到的显色效果如图1A所示。结果显示，培养基几乎被染成黑色，淀粉水解处也有棕色碘液残留，但置于有字报纸上方，字能清晰透过，故可认定为“透明圈”。

在做这个实验时，学生注意到培养基几乎被染成“黑色”。通过查阅文献资料，学生发现，这是由于碘浓度过高所致[3]。于是，学生将碘液稀释10倍后重做上述实验(图1B)。此时培养基呈现正常的蓝色，培养基上不容易着色的淀粉团也能清晰呈现，淀粉水解处无棕色的碘液残留，呈现出正常的透明圈。

图1 模拟实验得到的透明圈

2.3.2 问题2： 碘液能否在倒平板时就加入 不少学生依据教材提出，显色剂碘液能否在倒平板时就加入？经过讨论后一致认为可行，但在何时加入产生了分歧： 有学生认为，应当在灭菌前加入到培养基中，以防止碘液引入杂菌；而另一些学生则认为，应当在培养基灭菌后，倒平板前加入到培养基中，以防止碘液挥发。

为了搞清楚这个问题，学生先做了预实验。按照常规剂量，一般2 mL 1%的淀粉溶液滴加2滴碘液[4]，20滴碘液约为1 mL，基于此，可计算出50 mL培养基中需加入2.5 mL的碘液。预实验按照此剂量添加碘液后，发现培养基呈现蓝得发黑，不利于后续实验的观察。

学生经过摸索，设计了能使淀粉溶液呈现的颜色成梯度变化： 即每50 mL培养基分别添加碘液0 μL、50 μL、100 μL、150 μL、200 μL、250 μL、300 μL。基于此，学生进一步设计了甲、乙两组实验，每组设置上述7个碘液浓度。甲组培养基在灭菌前加入碘液，乙组在倒平板前加入碘液。实验结果发现： 甲组培养基在加入碘液之后，呈现深浅不同的蓝色；然而，经过高压蒸汽灭菌后，蓝色全部消失，静置直到培养基冷凝，未见蓝色恢复。而乙组在倒平板前加入碘液后，则使培养基呈现深浅不同的蓝色，培养基在培养皿冷却后，蓝色几乎没有变化，各培养皿放置48 h，均未见菌落。

结果表明： 碘液应当在倒平板前加入，不能在灭菌前加入。那甲组培养基经高压蒸汽灭菌后，蓝色为何消失了呢？有学生认为是碘受热挥发所致。而另一些学生通过查阅文献后发现，淀粉与碘显色反应会受温度的影响，45℃以上的温度会导致碘与淀粉反应呈现的蓝色褪色，冷却会恢复蓝色[5]。在甲组实验中，培养基冷凝却未见蓝色恢复，说明高温不仅影响碘与淀粉的反应，并有可能导致碘挥发。具体机理有待进一步考证。

2.3.3 问题3： 碘液加多少现象才明显 有位学生考虑到，若在倒平板时加入碘液，在微生物的培养过程中，碘液会挥发损失。那需要添加多少碘液，才能在最后观察到比较明显的实验现象？

本着节约的原则，学生在上述乙组实验的基础上设计了如下实验： 待乙组培养皿中的琼脂凝固后，在平板中央滴一滴α-淀粉酶溶液，待溶液干后，倒置于37℃恒温培养箱中培养48 h，然后观察现象。实验结果发现： 平板上滴加了α-淀粉酶溶液的位置均能观察到透明圈，平板中碘液添加越多，平板底色越深，透明圈越明显。当添加碘液浓度小于200 μL/50 mL时，培养皿显色较浅，甚至颜色偏红，不为蓝色。

实验结果表明： 碘液添加浓度为250 μL/50 mL时比较恰当。

2.3.4 问题4： 刚果红可否作为筛选指示剂 有学生指出，人教版教材生物(选修1)《生物技术实践》第28页提到，刚果红可与多糖形成红色复合物，即刚果红也可以与淀粉反应形成红色复合物。既然如此，该实验能否用刚果红作为指示剂呢？

为了一探究竟，学生设计了如下实验： 按照上文所述的配方配制了5瓶培养基，灭菌后倒平板前分别加入0 μL、250 μL、500 μL、750 μL、1000 μL的刚果红溶液，待平板凝固后，在平板中央滴一滴α-淀粉酶溶液，待溶液干后，倒置于37℃恒温培养箱中培养48 h，然后观察现象。实验结果发现： 添加刚果红溶液后，培养基呈粉红色，添加刚果红的量对红色深浅程度变化不大，且平板上滴加了α-淀粉酶溶液的位置均能观察到透明圈。

实验结果表明： 刚果红也能用于筛选产淀粉酶的微生物。但用刚果红作为指示剂时，还得考虑到刚果红会与纤维素结合呈现红色。如考题所给的M培养基主要成分为马铃薯浸出液，其中就含有纤维素，选用刚果红作为指示剂，就不能排除筛选出的是分解纤维素的微生物。在实际研究中，若一定要选用刚果红作为指示剂，就得换种淀粉培养基，如高氏一号合成培养基[6]。

3 教学反思

笔者深刻地感受到，学生讨论问题时空前热烈，查找资料时非常积极，对自己设计实施实验也特别用心，等得到实验结果后异常兴奋。有学生还感慨“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。显然，学生在以上的实验活动中，收获的不仅是问题答案，还有设计实验、解决问题的能力，同时获得了满足感、成就感，这势必激起他们对生物学学科更大的学习兴趣。