上海申安醫(yī)療器材廠認(rèn)為生物學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科, 而實(shí)驗(yàn)離不開實(shí)驗(yàn)儀器。工欲善其事, 必先利其器。高新儀器為學(xué)生開展探究性實(shí)驗(yàn)提供了有力保障, 拓寬了可探索的領(lǐng)域, 因此許多高新儀器如光照培養(yǎng)箱、微量移液槍等出現(xiàn)在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中。但這類儀器價格昂貴, 如果僅用于探究性學(xué)習(xí), 必將使其使用率降低, 使用范圍小, 受眾變窄等。如何提高高新儀器的使用率成為中學(xué)實(shí)驗(yàn)室面臨的一個重要課題。上海申安通過實(shí)踐, 將高新儀器運(yùn)用到日常生物實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備中, 從而使高新儀器接地氣、廣利用, 同時利用高新儀器的精確、高效等特點(diǎn), 大大提高了實(shí)驗(yàn)效果。
(1) 光照智能培養(yǎng)箱的使用
光照培養(yǎng)箱一般帶有可編程的控制方式, 白天、黑夜均可單獨(dú)設(shè)置溫度、光照度等。利用這一特性, 除了可將其用于生物選修一課本中的植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)、微生物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn), 也可用于生物必修課本中《觀察根尖分生組織的有絲分裂》、《觀察根尖分生組織的減數(shù)分裂》、《探究生長激素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度》等實(shí)驗(yàn)。
光照培養(yǎng)箱的應(yīng)用可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備中天氣條件的不足。在低溫誘導(dǎo)染色體加倍的實(shí)驗(yàn)中, 教材建議將根尖培養(yǎng)到1cm左右再移入4℃冰箱。這種方法存在一定弊端, 首先受到冰箱容量的影響, 其次難以兼顧光照和溫度。引入光照培養(yǎng)箱可解決這一問題:先將光照培養(yǎng)箱溫度設(shè)置在26℃, 晝夜光照切換, 白天12小時, 黑夜4小時, 2個循環(huán)周期即可長出1cm左右的不定根, 此時再將溫度調(diào)整到4℃, 繼而培養(yǎng)36小時, 便可得到5cm左右的根。
光照培養(yǎng)箱的引入使溫度控制更精確, 獲得實(shí)驗(yàn)材料所需的時間更短, 染色體的加倍現(xiàn)象更明顯。在探究生長激素類似物促進(jìn)生根實(shí)驗(yàn)中, 教材建議用黃素馨、柳條等作為實(shí)驗(yàn)材料。此實(shí)驗(yàn)所需枝條較多, 在獲取大量枝條時不免對校園景觀造成破壞。因此, 綠豆苗用于探究生長激素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度是一個不錯的選擇。將浸泡12小時的綠豆放入培養(yǎng)箱中, 第一階段將光照培養(yǎng)箱溫度設(shè)置為24℃, 光照模式為黑暗, 持續(xù)48小時, 綠豆種子開始萌發(fā);第二階段把溫度設(shè)置為26℃, 光照模式為光照、黑暗各12小時, 持續(xù)4天即可培養(yǎng)出上胚軸大于4cm, 下胚軸大于9cm的綠豆苗。
另外, 在組培實(shí)驗(yàn)的無菌苗培養(yǎng)過程中, 如果需要培養(yǎng)的無菌苗數(shù)量較少, 可以直接使用光照培養(yǎng)箱進(jìn)行培養(yǎng), 從而避免了啟動光照培養(yǎng)架和空調(diào)等大功率電器造成的用電浪費(fèi)。在光照培養(yǎng)過程中, 如果需要增加濕度, 可放置一個盛滿水的不銹鋼盆及掛一條潔凈的棉毛巾, 利用虹吸原理提高培養(yǎng)箱內(nèi)的濕度。
(2) 恒溫水浴鍋和制冰機(jī)的使用
在檢測還原糖、觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布、探究影響酶活性的條件時, 教材都采用酒精燈加熱的水浴方法。此方法耗時長、較難維持在同一溫度且存在安全隱患。數(shù)顯水浴鍋能設(shè)置室溫至100℃并保持穩(wěn)定。比如探究影響酶活性的條件時, 37℃、70℃等水浴環(huán)境可用恒溫水浴鍋輕松獲得。以容納56人的實(shí)驗(yàn)室為例, 6臺單孔數(shù)顯水浴鍋即可滿足所有高中生物實(shí)驗(yàn)水浴加熱的需求。
在營造低溫條件方面, 制冰機(jī)除用于分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中制造蛋白質(zhì)外, 還可用于生物必修一《探究影響酶活性的實(shí)驗(yàn)》等。制冰機(jī)和傳統(tǒng)電冰箱相比的優(yōu)勢在于制冰機(jī)出冰速度更快捷, 半個小時可以獲得冰渣。另外, 因?yàn)楸捏w積小, 和水的接觸面積大, 更容易達(dá)到0℃的水浴環(huán)境。
(3) 高壓滅菌鍋的使用
“微生物實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)”專題要求學(xué)生掌握配置培養(yǎng)基、倒平板、微生物接種和涂布等技術(shù)。因?yàn)楦邏簻缇旧硇枰欢〞r間, 滅菌后又需等到氣壓下降至0帕才能打開滅菌鍋, 所以如何及時在課堂上獲得液態(tài)的培養(yǎng)基用于倒平板是實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備必須攻克的難題。此時可巧用高壓滅菌鍋的“保溫功能”來保持培養(yǎng)基的液體條件:教師課前把當(dāng)節(jié)課要用的培養(yǎng)基 (已滅菌) 放到高壓滅菌鍋中, 并把溫度設(shè)置為90℃。因?yàn)槲催_(dá)到100℃, 氣壓不升高, 所以在實(shí)驗(yàn)開始后可隨時開鍋取出液體狀態(tài)的培養(yǎng)基, 冷卻至不燙手即可用于倒平板, 使實(shí)驗(yàn)的時間安排更為從容有序。
(4) 干熱滅菌箱的使用
干熱滅菌箱, 主要用于微生物培養(yǎng)及組織培養(yǎng)試管、培養(yǎng)皿、吸管等玻璃儀器的滅菌。滅菌溫度一般設(shè)置為160~170℃, 時間持續(xù)3~4小時。培養(yǎng)皿可以根據(jù)每組的使用量進(jìn)行包裝。例如我校在微生物實(shí)驗(yàn)時每兩位學(xué)生為一組, 人手兩個培養(yǎng)皿, 一個用于平板劃線, 一個用于平板涂布。此時可將4個培養(yǎng)皿包成一個圓柱狀, 實(shí)驗(yàn)前提前滅菌, 待實(shí)驗(yàn)開始時學(xué)生自行拆封, 以保證潔凈性。
另外, 干熱滅菌鍋還可以用于《綠葉中色素的提取和分離》實(shí)驗(yàn)中濾紙的干燥。將定性濾紙剪成略小于試管長與直徑的濾紙條, 統(tǒng)一裝入紙盒中, 放入干熱滅菌鍋干燥, 溫度設(shè)置為120℃, 干熱1小時即可達(dá)到理想效果。干燥過的濾紙減少了水分的干擾因素, 色素帶的分布更為明顯。
需要注意的是干熱滅菌鍋因?yàn)楣ぷ鲿r溫度極高, 所以在內(nèi)部放置待滅菌物品時要保持間隙, 同時滅菌箱周圍不能放置易燃易爆的雜物, 保持通風(fēng), 并定時監(jiān)控。
(5) 微量可調(diào)移液器的使用
微量可調(diào)移液器用于快速吸取微量液體, 除了用于研究性學(xué)習(xí), 亦可在必修實(shí)驗(yàn)中使用, 從而提高其利用率。
比如在用高倍鏡觀察線粒體實(shí)驗(yàn)中, 需要用到1%的健那綠染液;觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布需要用到吡羅紅甲基綠染色劑。此類染色劑有多種等級, 高級試劑純度高, 實(shí)驗(yàn)效果好, 能清楚地看到DNA被甲基綠染成綠色, 吡羅紅與RNA結(jié)合, 使細(xì)胞質(zhì)呈現(xiàn)紅色。但此類試劑價格較昂貴。基于學(xué)生實(shí)驗(yàn)時用量極少, 每張玻片只需加兩滴吡羅紅甲基綠染液。如用常規(guī)的滴瓶存放此類試劑給學(xué)生使用容易造成浪費(fèi)。此時可使用量程為1000μL~5000μL的微量可調(diào)移液器, 將5mL試劑快速精確地裝入容積為6mL的棕色滴瓶 (類似于精油瓶) 中。以我校為例, 每年級有18個平行班, 每班56個學(xué)生, 每兩個學(xué)生共用一瓶試劑, 加上損耗值總共只需140mL的量, 從而在減少高級試劑浪費(fèi)的同時增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)效果。
另外, 在植物組培的MS培養(yǎng)基中需要加入微量元素, 一般都是配置母液, 再利用母液進(jìn)行稀釋。微量移液器的量程遠(yuǎn)遠(yuǎn)精細(xì)于量筒和移液管, 最小量程可到1μL~10μL, 能夠極大減少稀釋液的量, 避免造成浪費(fèi)。
(6) 離心機(jī)的使用
離心機(jī)是利用離心力, 分離液體與固體顆粒或液體與液體的混合物中各組分的機(jī)械。它主要用于細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn), 比如利用差速離心法進(jìn)行細(xì)胞器的分離。
在利用雞血進(jìn)行《DNA粗提取》實(shí)驗(yàn)時, 可先用離心管把雞血按每管10mL分裝好, 用離心機(jī)把血漿和紅細(xì)胞分離開, 實(shí)驗(yàn)時直接用滴管吸取沉積于底部的血細(xì)胞進(jìn)行破膜, DNA的提取量比自然沉積法更多, 而且大大縮短了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的時間。
在實(shí)驗(yàn)設(shè)備發(fā)展日新月異的時代, 如何配備優(yōu)良的實(shí)驗(yàn)裝置并善于開發(fā)這些儀器的用途, 使高新儀器接地氣、廣利用, 是每個實(shí)驗(yàn)工作者所要思考的問題。對高新儀器利用的合理化、常規(guī)化將為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供更為廣闊的探究空間和發(fā)展平臺, 也為實(shí)驗(yàn)工作者擺脫傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備方法的繁瑣和低效提供了有力保障。
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