“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”實驗方法改進

鄺丹瑩（柳州市第一中學 廣西柳州 545000）

“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”實驗是高一生物學課程中的一個觀察類實驗［1］，是學生構建“結構與功能相適應”生命觀念的重要內容構成。該實驗在實際操作中長期存在實驗操作步驟繁瑣、甲基綠和吡羅紅對DNA 和RNA 染色效果沒有區分度、實驗現象與實驗科學結論不相符的情況。本文就該實驗使用的藥品、實驗材料進行了改進，并簡化了部分實驗步驟。

1 實驗設計

1.1 實驗目標

1）嘗試使用蛙血細胞、洋蔥鱗片葉內表皮細胞作為實驗材料，觀察DNA和RNA在細胞中的分布。

2）嘗試使用蛋白酶作為水解試劑，替代鹽酸。

1.2 實驗原理

1）從染色原理分析：DNA 可被甲基綠染成綠色，RNA 可被吡羅紅染成紅色，甲基綠吡羅紅混合染液為競爭性染料，經其染色后，顯微鏡下可觀察到細胞核被染成綠色，細胞質被染成紅色。

2）從實驗材料分析：人教版教材中使用了人口腔上皮細胞，教材配圖出現了人口腔上皮細胞和洋蔥鱗片葉內表皮細胞實驗圖片［1］，蘇教版教材中出現了蟾蜍血細胞實驗圖片［2］，說明蛙血和洋蔥鱗片葉內表皮細胞作為實驗材料具有可操作性。而用口腔上皮細胞作實驗材料，學生在操作中存在取樣不規范、細胞數量不足、細胞折疊、無法區分細胞和食物殘渣等情況，影響實驗觀察。

3）從水解原理分析：鹽酸作為水解藥品，其作用是改變細胞膜通透性，加速染色劑進入細胞，同時使DNA 和蛋白質分離，有利于DNA 與染色劑結合。但鹽酸有腐蝕性，對細胞破壞性較大，且會與甲基綠吡羅紅染液反應，影響染色效果，即使經清水漂洗也難以清除細胞間隙的殘留鹽酸。蛋白酶具有專一性和高效性，經蛋白酶處理后的細胞其細胞膜通透性也會改變，且能達到DNA 和蛋白質分離的目的。

1.3 實驗材料器具 洋蔥、新鮮牛蛙血（加入質量分數為2.5%檸檬酸鈉作抗凝劑）、甲基綠吡羅紅A 液和B 液（該染色劑配制方法與人教版實驗方法相同）、燒杯、酒精燈、溫度計、中性蛋白酶溶液（本文選用的中性蛋白酶活力為10 萬U／g，配制濃度為0.3 g／mL）、蓋玻片、載玻片、滴管、顯微鏡等。

2 實驗實施

2.1 實驗分組

實驗分為3 組：甲組使用牛蛙血為實驗材料；乙、丙組使用洋蔥鱗片葉內表皮細胞為實驗材料。

2.2 實驗步驟

1）甲組：取1 滴牛蛙血滴加在載玻片中央，滴加2 滴甲基綠吡羅紅混合染液（A 液和B 液按1∶4混合），染色5 min，蓋上蓋玻片，顯微鏡觀察。

2）乙組：取洋蔥鱗片葉內表皮細胞，置于裝有50 mL 中性蛋白酶溶液（濃度為0.3 g／mL）的小燒杯中，再將小燒杯置于50℃溫度中水浴保溫5 min 后，取出洋蔥內表皮，簡單清水漂洗后移至載玻片中央。滴加2 滴甲基綠吡羅紅混合染液（A液和B 液按1∶4 混合），染色5 min，蓋上蓋玻片，顯微鏡觀察。

3）丙組：使用洋蔥鱗片葉內表皮細胞為實驗材料，按人教版教材實驗步驟操作（制片、鹽酸水解、沖洗、染色、觀察）。

3 實驗結果和分析

1）甲組：通過多次實驗，顯微鏡下觀察，牛蛙血細胞的細胞質被染成紅色或紫紅色；細胞核被染成藍色或藍綠色。使用牛蛙血做實驗材料，不需要烘干和水解，直接染色即可得到較明顯的實驗效果（圖1，放大倍數10×40，本文附圖見封四）。

2）乙組和丙組實驗結果比較。

乙組：細胞核被染成綠色，細胞質呈淺紅色或紅色（放大倍數10×40，圖2）。丙組：細胞核和細胞質都呈紅色或紫紅色（圖3）。

從實驗效果分析，蛋白酶替代鹽酸作為水解藥物是可行的，且效果較明顯，省去了漂洗鹽酸的步驟，避免了鹽酸對實驗效果的影響。

4 結語

本次實驗改進的探索，對實驗條件要求不高，為高中生物學教學的改進提供了一定的參考。高中生物學實驗的改良比較多地集中在探究類和調查類實驗，觀察類實驗則比較少見，一來受困于實驗材料的選擇具有盲目性；二來實驗效果不佳，學生也可通過識記課本結論獲取知識。高中生物學由于時間和課時的限制，很多實驗采用了教師演示實驗或觀察實驗錄像的教學手段。讓學生更多、更好、更直觀、更準確地通過實驗操作，感悟生物學這門實驗學科，構建生命觀念，是每一位生物學教育工作者應努力的方向。本次實驗改進，通過對實驗材料的探索，既簡化了實驗步驟，又減小了實驗誤差，更關鍵的是取得了較好的實驗觀察效果。觀察類實驗不是可有可無，所有的實驗科學都是建立在對現象準確觀察和描述的基礎上，學生收獲實驗的成功，對于激發生物學科學習的興趣和信心有很大助益。