金魚藻作為植物學(xué)實(shí)驗(yàn)材料的探討

李春妹 周仁超 凡 強(qiáng) 黃椰林 劉 瑩

（中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 廣東廣州 510275）

植物學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等院校生物類專業(yè)的一門必修課程，是學(xué)習(xí)植物形態(tài)結(jié)構(gòu)、分類和進(jìn)化的實(shí)踐型課程，是植物學(xué)課程體系的重要組成部分，為學(xué)生后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)和科研工作奠定基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占主體，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)占比率較低，甚至沒有[1]。對低年級(jí)的本科生而言，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在鞏固植物學(xué)理論知識(shí)和培養(yǎng)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)技能方面不可或缺，但在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和分析解決問題能力等方面存在不足[2]。如何在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力是每一位教師都需要探索的課題。

實(shí)驗(yàn)材料的選擇是提升植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果的重要因素之一[3]。尤其是在植物形態(tài)解剖部分，用一種實(shí)驗(yàn)材料觀察多個(gè)解剖結(jié)構(gòu)，可減少制片的次數(shù)，節(jié)省時(shí)間，且有利于學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系。本文結(jié)合植物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)特點(diǎn)，對金魚藻（Ceratophyllum demersum）進(jìn)行解剖觀察，詳細(xì)說明選其作為植物學(xué)實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)，以及在實(shí)驗(yàn)課程中所涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1 金魚藻作為植物學(xué)實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)

1.1 分類位置特殊 金魚藻屬于金魚藻科金魚藻屬。在APGⅣ被子植物分類系統(tǒng)中，金魚藻科演化枝與真雙子葉植物演化枝為姐妹關(guān)系，二者共同組成單子葉植物演化枝的姐妹群，系統(tǒng)發(fā)育位置特殊，可與植物學(xué)實(shí)驗(yàn)的分類部分內(nèi)容相聯(lián)系。

1.2 材料易獲得 金魚藻是世界性分布的沉水植物，生于池塘、湖泊和溝渠的靜水中，我國南、北各地均有分布[4]，是一種優(yōu)良的動(dòng)物飼料和食草魚類餌料，也是一種極具觀賞價(jià)值的水草，可通過購買獲取，且價(jià)格低廉，在野外也容易采集。

1.3 軟硬程度適中 植物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，觀察新鮮的植物材料的形態(tài)特征和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，一般需要通過徒手切片法制作水藏玻片進(jìn)行鏡檢。金魚藻的莖和葉的軟硬程度適中，無需使用額外的支撐物即可進(jìn)行徒手切片。

1.4 具有典型的水生植物的特征 金魚藻是多年生的沉水植物，其莖平滑，具有分枝。葉輪生，1～2次二叉狀分裂，裂片絲狀條形，邊緣僅一側(cè)有數(shù)細(xì)齒[4]（圖1a）。詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征見金魚藻的解剖圖（圖1）。

2 金魚藻在植物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

2.1 植物組織的觀察

1）儲(chǔ)藏薄壁組織：徒手對莖和葉制作橫切片，鏡檢發(fā)現(xiàn)莖皮層薄壁細(xì)胞及葉肉內(nèi)含有大量的儲(chǔ)藏顆粒（圖1c、1g）；使用碘液進(jìn)行染色，鏡檢驗(yàn)證顆粒被染成藍(lán)色，為淀粉粒。由此可見，金魚藻的莖和葉均具有儲(chǔ)藏功能。

圖1 金魚藻的解剖圖

2）通氣薄壁組織：肉眼可見金魚藻葉內(nèi)具有大量氣腔（圖1b）。鏡檢葉的縱橫切片發(fā)現(xiàn)，葉的皮層薄壁細(xì)胞內(nèi)具有1～2列氣腔，在同一列的相鄰氣腔之間具有由小型細(xì)胞組成的分隔端壁，端壁上具有通氣通道，使葉內(nèi)的氣腔連成一體（圖1c、1e、1f）。莖的皮層細(xì)胞在靠近維管束的周圍有一圈排列整齊、大小不等的氣腔（圖1g）。由此可見，金魚藻具有發(fā)達(dá)的通氣組織，有利于增加植株的浮力，捕獲更多的陽光。

2.2 植物葉結(jié)構(gòu)的觀察 植物的生長受到水分和光照等因子的影響。在不同的生境下生長，可表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)上的差異，特別是葉的變化最為顯著。金魚藻具有典型的水生植物的葉結(jié)構(gòu)特征。其葉絲狀，鏡檢葉橫切片，可見表皮細(xì)胞壁薄，無角質(zhì)層或角質(zhì)層很薄，無氣孔和表皮毛，表皮細(xì)胞含有葉綠體；葉肉不分化為柵欄組織和海綿組織，具有發(fā)達(dá)的通氣組織；機(jī)械組織和維管組織退化，特別是木質(zhì)部不發(fā)達(dá)（圖1d）。

金魚藻可用于不同生境下植物葉片結(jié)構(gòu)的比較觀察。夾竹桃是典型的旱生植物。在實(shí)驗(yàn)課中設(shè)計(jì)將金魚藻和夾竹桃的葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行解剖比較觀察，學(xué)生能更直接觀察到水生植物與旱生植物的葉片結(jié)構(gòu)的差異。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)解剖觀察結(jié)果，與植物的習(xí)性、生存環(huán)境等加以聯(lián)系，分析討論差異的原因，讓學(xué)生了解植物解剖結(jié)構(gòu)、功能及生境之間的相關(guān)性，充分理解植物是如何適應(yīng)不同的生境從而獲得生存所需的空間和資源。

3 總結(jié)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，可通過適當(dāng)增加新的實(shí)驗(yàn)材料，鼓勵(lì)學(xué)生自帶植物材料，或設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。如此，學(xué)生可用更為多樣化且感興趣的材料進(jìn)行學(xué)習(xí)，觀察到教材中并未提及的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，感受到探索的樂趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在加深植物學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)，也可有效鍛煉學(xué)生科學(xué)推理能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力。