生命科学工作室

史青茹　阎莉　翟立原

工作室概况

活动目标

使参与工作室活动的青少年了解与生命科学相关的知识、技能、方法和伦理观念，依托观察、体验和实验等途径，通过发现问题、分析问题和解决问题的主动学习过程，培养他们运用科学方法探索生命科学奥秘的创新精神和实践能力，以实现提升广大青少年生命科学素质、人文素质及其他心理品质的目标。

场地设施

场地条件

需要使用面积为80～100平方米的固定场所，且具备开展活动必需的基础条件（网络数据点、广播、电话、水电接口、应急设施等）。

设施及费用（约50万元）

工作室专用设施包括二氧化碳传感器、色度计、导电率传感器、溶解氧传感器、气体压力传感器、氧气传感器、pH值传感器、相对湿度传感器、土壤湿度传感器、一氧化碳检测仪、PM 2.5检测仪、叶面积测定仪、叶片厚度测定仪、数码显微镜、电子天平、光照培养箱、高压蒸汽灭菌锅、超净工作台、干燥箱、离心机、分光光度计、滑走切片机、PCR仪、移液枪、电泳仪、电泳槽、照胶仪、恒温振荡摇床、玻璃器皿及化学药品。

工作室辅助设施包括台式计算机、投影仪、投影屏幕、实验台、凳子、储物柜、置物箱、设备转运箱、吸尘器、移动工具车、移动搬运车、展橱、货架、网络多媒体等。

人员配备条件

工作室应配备1名具有一定管理经验的专（兼）职管理人员和1名专（兼）职科技辅导员，建立3人以上科技辅导员志愿者队伍。

容纳青少年数量

可同时容纳20名青少年参与工作室内的活动。

开放时间

每月不少于16天。

活动主题内容及相关模块

主题内容

普及型主题活动 诸如生物多样性主题普及，以植物种类识别竞赛、动植物摄影等为活动呈现方式。

兴趣型实践活动诸如植物组织培养、无土栽培、树叶创意贴，“魅力多肉”种植体验活动等。

专业型操作活动诸如生命科学知识、基础实验原理、方法及结果讲授与操作。

提高型研究活动诸如课题研究与创新大赛，以植物、动物、微生物等领域的问题发现、实验研究及解决方案为抓手。

相关模块

一般模块包括制水、称量、离心、滴定和洗涤等通用实验模块。

专业技术模块主要包括微生物/植物组培模块、模式生物培养模块、生化指标分析模块、电泳模块、核酸模块、蛋白质模块、PCR模块和显微观察模块等。青少年可基于这些实验模块，在科技辅导员的指导下，顺利开展科学体验、探究和创新研究。

活动形式

实验、展示、培训、竞赛、个人或小组探究等。

工作室典型活动案例

活动名称

阳生与阴生植物叶片气孔数目及分布密度的观测比较

刚上初中的青少年首先学习的生命科学内容就包括绿色植物的光合作用，以及叶片是植物光合作用的主要场所。那么，为什么自然界中阳生植物和阴生植物分别只能在光照度很强和光照度很低的环境下生长良好，反之则不行呢？这是否与其各自进行光合作用的叶片上气孔结构的差异有关呢？带着上述源于结构与功能的一致性而导出的假设，我们可以引导青少年通过典型阳生和阴生植物的观察实验一起进行探究。

活动目的

使青少年通过典型阳生和阴生植物叶片气孔的观测活动，进一步理解生物多样性，认识其结构与功能的一致性，以及生物对环境的适应性。

激发青少年探索创新的强烈渴望，使他们初步领悟通过探究性实验得出科学结论的基本过程和方法。

指导青少年初步掌握生物实验的简单设计、光学显微镜的使用（包括临时装片的制备）、相关测量、数据的统计分析，以及结果的思考讨论等技能。

活动对象

初中生，20人。

实验原理

气孔是植物吸收CO₂放出O₂蒸腾H₂O的主要通道，即植物水分运输动力来源和营养合成的代谢终端，对于保证植物光合作用CO₂供应、维持植物体最优化的水平衡及利用，意义重大。不同植物的气孔特征不同，表现出其对环境条件变化的适应。

气孔的数目可用显微镜数得每一视野中的数目，而后用物镜测微尺量得视野的直径，求得视野面积，由此计算气孔的密度。

实验用品

材料：阳生植物（香樟）、阴生植物（绿萝）

药品：中性树胶、透明指甲油

用具：显微镜、载玻片、盖玻片、两面黏性透明胶带

操作步骤

临时装片的制备

为防止气孔变形，采用印迹法制片。从每份标本上选取3片健康、成熟的叶片（较大且无虫叮咬痕迹），用净纱布轻轻擦拭其下表皮灰尘，然后在下表皮中部靠近主脉的两侧快速涂上一层薄薄的透明指甲油，约1～1.5cm²，待其风干结成膜后，用贴有两面黏性透明胶带的载玻片压在叶片上，然后轻轻剥下叶片，即把所有叶表皮上的指甲油膜粘在透明胶带上，制成表皮印迹后的载玻片用中性树胶封片，制成临时装片，于数码图像显微镜下进行观测。

测定气孔数目及密度

将临时装片置于显微镜下计算视野中气孔的数目（用低倍镜还是用高倍镜，决定于表皮上气孔的数目），移动装片，在表皮的不同部位进行6次计数，求其平均值。随后用物镜测微尺量得视野的直径，则半径r为已知，按公式S=πγ²（S为视野面积）计算视野面积，用视野中气孔的平均数/视野面积，即可求出气孔的密度，以“气孔数/mm²”表示。

注意事项

待指甲油全干后再进行下一步操作，更容易剥下指甲油层。

结果与讨论

结果表明（以活动前科技辅导员自身实验为例），香樟叶片的平均气孔数量为104个（见图1），而绿萝叶片的平均气孔数量为10个（见图2）；则香樟的气孔密度为452.16个/mm²，而绿萝的气孔密度为38.23个/mm²。因此，在叶片气孔数量和气孔密度上，阳生植物香樟比阴生植物绿萝多。

叶片上气孔结构的差异反映了植物对不同光照环境的适应。究其原因，叶片是植物进行光合作用的主要场所，阳生植物和阴生植物是对光的需求不同而形成的不同生态类型。阳生植物耐阴性很差，当光照强度减少到全光照的75%时，就生长不良，而阴生植物在光照强度为5%～20%下也能生长旺盛。阳生植物和阴生植物在叶片的结构上也存在很大差异，阳生植物叶表皮细胞较小，排列紧密，气孔常小而密集，而阴生植物叶角质层较薄，气孔数较少，细胞间隙较大。

本次探究实验有助于青少年通过实证的方法，相对照，互比较，重鉴别，从叶片结构上了解典型阳生植物和阴生植物的差异，初步学会从现象到本质、从宏观到微观认识自然界的事物。就像科学家一样，青少年在上述探究中尝试运用了科学归纳的方法——尽管还很稚嫩，但方向却是正确的。