生物課低成本維管束縱向標(biāo)本制作

高中階段的維管束的實(shí)驗(yàn)，多是將西洋芹或玉米的莖泡入染色的水中，利用維管束在蒸散作用下吸入含有染料的水溶液，后續(xù)再藉由觀察葉脈或是橫切莖部，來(lái)突顯維管束的位置。而進(jìn)階一些，可以將莖橫切成薄片后置于顯微鏡下觀察，橫切后雖可以看到木質(zhì)部的孔洞，但無(wú)法看到維管束縱向的長(zhǎng)管狀管細(xì)胞。經(jīng)由本文提供之方法，能學(xué)生在不需要切片機(jī)的情況下，結(jié)合既有的實(shí)驗(yàn)步驟，且使用超市與校園隨手可得的植物，簡(jiǎn)易且快速的制作出維管束縱向玻片標(biāo)本。經(jīng)由顯微鏡觀察木質(zhì)部的長(zhǎng)管狀管細(xì)胞，更具體了解維管束型態(tài)與功能的了解。

龍葵莖維管束疊圖
壹、課程目標(biāo)簡(jiǎn)介

7年級(jí)生物課介紹植物體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸時(shí)會(huì)介紹維管束中的木質(zhì)部與韌皮部，為了讓學(xué)生了解木質(zhì)部的輸水功能與維管束的分布位置，可將西洋芹或玉米的莖部下緣泡入含有染料的水中，約10分鐘后即可觀察到因?yàn)槲肴玖隙伾兩畹木S管束所在，后續(xù)可進(jìn)一步橫切莖部觀察，切的夠薄還能進(jìn)一步做成維管束橫切面玻片標(biāo)本進(jìn)行觀察。為了讓學(xué)生了解維管束是長(zhǎng)管子，可使用竹筷子沾取肥皂水來(lái)吹氣，或直接，讓學(xué)生藉由觀察竹筷孔洞在水中冒氣泡的位置與孔洞位置相符，進(jìn)而了解維管束是相互連通的概念。對(duì)于維管束的介紹，希望在課程后學(xué)生可以理解：
一、 了解維管束中有上下相連通的長(zhǎng)管
二、 制作簡(jiǎn)易維管束玻片，觀察莖與葉中的木質(zhì)部管細(xì)胞。
三、 觀察并了解維管束木質(zhì)部管細(xì)胞構(gòu)造

根據(jù)上述目標(biāo)，配合課程設(shè)計(jì)成四個(gè)活動(dòng)，各活動(dòng)可同步進(jìn)行或是獨(dú)立出來(lái)操作，材料需準(zhǔn)備紅墨水、亞甲藍(lán)、優(yōu)碘、500 ml燒杯、小刀、載玻片、蓋玻片、筆、玉米莖、西洋芹、小白菜、青江菜、地瓜莖與根、龍葵莖與根。
貳、活動(dòng)流程與觀察紀(jì)錄

下列為四個(gè)活動(dòng)的施行步驟與筆者的觀察記錄

活動(dòng)一：巨觀觀察維管束分布與功能，操作時(shí)間約30分鐘。

此活動(dòng)常見(jiàn)于一般的教科書(shū)，利用植物莖部維管束吸入含有染料的水的方式，可驗(yàn)證維管束是相通的長(zhǎng)管?；顒?dòng)常使用西洋芹或一般葉菜類(lèi)，若使用深綠色葉菜，紅墨水吸入維管束之后，因顏色反差，會(huì)更明顯，且葉片大的葉菜，維管束吸水相當(dāng)迅速，置入水中10到15分鐘后，即可取出進(jìn)行橫切與縱切觀察如圖1，直接縱切時(shí)容易切斷維管束，可利用類(lèi)似削鉛筆方式慢慢削去外部組織，更易觀察到長(zhǎng)條狀維管束，在等待的空檔，可進(jìn)行活動(dòng)二與活動(dòng)三。

圖1. 橫切與縱切觀察維管束

活動(dòng)二：吹氣驗(yàn)證維管束分布與功能，操作時(shí)間約10分鐘。

除了活動(dòng)一利用調(diào)入食用色素的純水，讓維管束吸入維管束，來(lái)驗(yàn)證維管束中具有可吸水的連通長(zhǎng)管之外，還可以用對(duì)維管束吹氣來(lái)驗(yàn)證此連通長(zhǎng)管的存在，以往可使用對(duì)衛(wèi)生筷吹氣，再觀察另一端產(chǎn)生的氣泡，而本活動(dòng)則使用小白菜或青江菜。

取小白菜或青江菜10到15公分洗凈，準(zhǔn)備500ml燒杯，裝水約7分滿(mǎn)，將葉片端泡入水中，以嘴巴含住葉柄，用力緩緩吹氣，可以觀察到氣泡會(huì)在莖特定位置或葉脈開(kāi)口處產(chǎn)生，也可以沾取肥皂水，用力緩緩吹氣，可看見(jiàn)另一端因吹氣而產(chǎn)生的氣泡（圖2）。此方式有別于竹筷的地方，在于取用了新鮮的維管束，且能明確了解此維管束有上下連通，觀察葉片在水中冒泡的位置，能更明顯觀察到氣泡在特定位置產(chǎn)生，說(shuō)明此位置便是維管束所在，后續(xù)在活動(dòng)三會(huì)進(jìn)一步驗(yàn)證此處即為維管束。此活動(dòng)亦可嘗試其他植物，玉米莖、白菜與青江菜是筆者測(cè)試過(guò)較容易成功的材料，西洋芹便費(fèi)力許多。

圖2. 維管束吹氣測(cè)試，為使拍攝效果明顯，肥皂水有額外加入紅墨水。

活動(dòng)三：木質(zhì)部維管束玻片標(biāo)本制作分布與功能，操作時(shí)間約30分鐘。

進(jìn)行完活動(dòng)二，可繼續(xù)進(jìn)行活動(dòng)三，或?qū)⒒顒?dòng)三在另一堂課操作。本活動(dòng)要制作縱向維管束玻片標(biāo)本，并進(jìn)一步觀察維管束構(gòu)造。常見(jiàn)的維管束橫切面玻片標(biāo)本使用徒手切片法制作觀察橫切面。若要觀察到維管束長(zhǎng)管狀，較簡(jiǎn)單的方式是取香蕉或柑橘果實(shí)內(nèi)部的絲，做成玻片標(biāo)本觀察，若是用植物的根、莖、葉制作維管束縱切玻片標(biāo)本時(shí)，主要遇到的問(wèn)題有2個(gè)：
1. 位置：切的位置很難精準(zhǔn)切到維管束并沿著維管束切
2. 厚度：即使切到維管束，也很難再切下夠薄的另一刀，使之成為薄到便于觀察的玻片標(biāo)本。

使用徒手切片法要?jiǎng)偤们械骄S管束所在之處，且剛好夠薄，實(shí)屬不易。若是使用石蠟切片，時(shí)間與器材皆不適于一般國(guó)中小課程需求。而本活動(dòng)希望能扣合課程，使用活動(dòng)一中準(zhǔn)備的植物，制作成維管束玻片，觀察維管束構(gòu)造，深化對(duì)維管束的認(rèn)識(shí)。為了克服定位與厚度的問(wèn)題，筆者采用另一種全新的制作方式，暫訂名為「壓制玻片」，制作時(shí)間約為5分鐘，制作難度設(shè)定為國(guó)小學(xué)生亦能輕易完成。制作步驟如下：
1. 抽取維管束：克服切不到正確位置的解決辦法，是直接抽取維管束出來(lái)處理。將西洋芹或小白菜的莖或葉柄內(nèi)側(cè)輕劃一刀，再將莖沿刀痕向外翻90度，然后慢慢拉即可將條狀維管束與其他組織分離，此時(shí)可用刀或鑷子取下其中一條維管束（圖3），小白菜、青菜等一般葉菜類(lèi)維管束較小較軟，較易制作玻片標(biāo)本，西洋芹維管束較粗，制作玻片標(biāo)本的難度也較高一些，玉米的維管束較小較軟，需用刀片沿著維管束緩緩?fù)?，可將維管束分離出來(lái)，一些取下的維管束如圖4。維管束與周邊其他組織的區(qū)別在于顏色不同，但較細(xì)的維管束不太容易觀察，可使用活動(dòng)一的方式處理，已吸入紅墨水的維管束會(huì)更容易分辨，便于采樣。

圖3. 撕取維管束，照片中的小白菜已經(jīng)吸入紅墨水。

圖4. 各種抽取出來(lái)的維管束樣本
2. 制作壓制玻片：方式有兩種，敘述如下
(1)平面加壓法：將一段維管束，制于載玻片上，再覆蓋另一片載玻片，利用手指加壓玻片，加壓時(shí)要直接施加力量在維管束上方，可將維管束微微壓扁（圖5），此時(shí)維管束周?chē)渌~肉組織會(huì)與維管束分離，用鑷子或小刀挑除非維管束組織后，可再次利用兩片載玻片繼續(xù)加壓維管束，將維管束壓得更薄，反覆此步驟即可獲得相當(dāng)薄的維管束縱向標(biāo)本。若是國(guó)小學(xué)生或時(shí)間較趕，可略去葉肉步驟，雖標(biāo)本較厚，但仍然能夠觀察到長(zhǎng)條型的維管束。
(2)滾動(dòng)加壓法：將一段維管束，制于載玻片上，再利用筆桿壓住維管束中央，開(kāi)始前后緩緩滾動(dòng)（圖6），數(shù)次后可得到壓扁的維管束。

圖5. 平面加壓法加壓維管束

圖6. 滾動(dòng)加壓法加壓維管束

不論是利用平面加壓或是滾動(dòng)加壓，都要緩緩施力多次加壓，反覆緩緩加壓數(shù)次使玻片標(biāo)本越薄越好，用力過(guò)猛或施力點(diǎn)不對(duì)，可能會(huì)使玻片破裂，若是另行準(zhǔn)備塑膠片加壓，則可避免玻片破裂。壓制過(guò)程中或壓制后若能盡量除去不屬于維管束的組織，可避免這些組織覆蓋在維管束上下而影響觀察結(jié)果。
3.染色：將壓制完成的維管束，置于載玻片上，滴加一滴碘液、亞甲藍(lán)、或是其他染劑，蓋上蓋玻片，輕壓蓋玻片幾下加速染劑進(jìn)入維管束標(biāo)本，即完成維管束壓制玻片，可立即進(jìn)行觀察，放置5到10分鐘后染色效果會(huì)更顯著。利用亞甲藍(lán)染色優(yōu)點(diǎn)為透明度也較高，方便觀察較下方的影像，但因?yàn)橥该鞫雀?，多條木質(zhì)部交疊時(shí)，影像會(huì)較不清晰。利用優(yōu)碘染色的好處是維管束邊緣較明顯，維管束較厚時(shí)，利用優(yōu)碘能使上層木質(zhì)部紋路較為清晰，缺點(diǎn)是透明度較差。
將制作完成的莖或葉柄維管束壓制玻片，置于顯微鏡下觀察，使用目鏡16倍、手機(jī)數(shù)位放大4倍，物鏡倍率如圖所示，拍攝照片如下圖7、圖8：

圖7. 小白菜維管束，容易制作壓制玻片但管細(xì)胞較細(xì)小。

圖8. 西洋芹維管束，維管束較粗大較難壓制玻片標(biāo)本，管細(xì)胞較大。

可使用不同染劑將制作完成的小白菜與西洋芹維管束壓制玻片，置于顯微鏡下觀察，西洋芹維管束染色照片如下圖9：

圖9. 西洋芹維管束染色結(jié)果

維管束細(xì)胞中，韌皮部細(xì)胞較不易觀察與辨別，因此觀察的主要是木質(zhì)部管細(xì)胞，木質(zhì)部管細(xì)胞中包含有較明顯紋路的導(dǎo)管與管胞，包含環(huán)紋(annular)、螺紋(spiral or helical)、階梯紋(scalariform)、網(wǎng)紋(reticulate)與孔紋(pitted)等5種類(lèi)型，每種紋路又有不同變化如圖10，在上述葉菜類(lèi)的葉柄或莖，皆可觀察到環(huán)紋、螺紋、階梯紋、網(wǎng)紋等幾種，紋路來(lái)自這些管細(xì)胞加厚的細(xì)胞壁，加厚的細(xì)胞壁能提供植物更好的支撐力，較薄的部分則有利于水分傳送給管細(xì)胞旁的組織。

加壓小白菜與西洋芹維管束能使管細(xì)胞分開(kāi)，帶有環(huán)紋、螺紋的管細(xì)胞容易因加壓而分開(kāi)，但加壓過(guò)度會(huì)變形，帶有網(wǎng)紋與階梯紋的管細(xì)胞彼此連結(jié)相當(dāng)緊密不易分開(kāi)，需要較高程度的加壓。

建議國(guó)中小學(xué)生可先使用小白菜一類(lèi)具有較軟較細(xì)維管束的葉菜類(lèi)來(lái)制作壓制玻片，西洋芹可抽取細(xì)的維管束制作，西洋芹較粗的維管束可以加壓后用刀片分割，然后再次加壓，較容易分離帶有網(wǎng)紋與階梯紋的管細(xì)胞以利觀察，用優(yōu)碘染色也可使網(wǎng)紋與階梯紋更明顯。玉米的維管束細(xì)且脆弱，需要用刀片沿維管束旁推開(kāi)其他組織才能抽取，山茼蒿的維管束較不強(qiáng)韌且環(huán)狀排列，但莖部質(zhì)地柔軟，可除去表皮后，削下帶有維管束的組織再加壓制作壓制玻片。

圖10. 不同紋路的管細(xì)胞

活動(dòng)四：其他部位與類(lèi)型維管束玻片標(biāo)本制作，操作時(shí)間約45分鐘。

除了莖之外，課程中也提到根有維管束，以及葉脈都有為維管束，此活動(dòng)針對(duì)根、莖、葉維管束進(jìn)行標(biāo)本制作與觀察。
一、 葉片葉脈維管束標(biāo)本制作：
已知葉脈亦為維管束，可制作葉脈維管束玻片標(biāo)本并觀察葉脈木質(zhì)部管細(xì)胞。葉片要挑選顏色較淡與較薄的部分（圖3藍(lán)色圓圈處），淡色嫩葉更佳。制作方法為剪取一小片長(zhǎng)寬小于蓋玻片的葉片，葉片正面朝上，利用滾動(dòng)加壓法制作玻片標(biāo)本，壓到葉脈部分呈現(xiàn)透明狀，再滴加亞甲藍(lán)染色（葉片含淀粉，不可用優(yōu)碘染色）。小白菜很容易成功做出便于觀察的玻片標(biāo)本。筆者觀察制作完成的葉維管束壓制玻片，顯微鏡使用目鏡16倍、手機(jī)數(shù)位放大四倍，物鏡倍率如圖所示，拍攝照片如圖11：

圖11. 小白菜葉維管束，亞甲藍(lán)染色。
二、更多類(lèi)型木質(zhì)部管細(xì)胞觀察：
課程中所用的西洋芹或小白菜觀察不到圖10右方圓形的孔紋，若要觀察具有圓形孔紋的管細(xì)胞，需要使用其他植物木質(zhì)化較高一些的木質(zhì)部，玻片標(biāo)本制作難度也會(huì)較高。以下為利用龍葵、地瓜等制作玻片標(biāo)本觀察圓形孔紋管細(xì)胞的過(guò)程與紀(jì)錄。
1.制作步驟：
(1)去除表皮：切兩刀后剝除表皮，或直接刮除表皮，直到可以看到維管束或是出現(xiàn)一層木質(zhì)化的纖維為止。
(2) 提取維管束：淺淺的削取含維管束的部分，再制作壓制玻片。若是具有較厚的木質(zhì)部如地瓜莖或具有樹(shù)木生長(zhǎng)輪的部分，可用撕取或用削取薄片方式取得一層薄薄木質(zhì)部（圖12）。將制作完成的龍葵莖、根以及地瓜根、莖木質(zhì)部制作壓制玻片，置于顯微鏡下觀察，顯微鏡使用目鏡16倍、手機(jī)數(shù)位放大四倍，物鏡倍率如圖所示，照片如圖13、圖14：

圖12. 莖或根的木質(zhì)部取樣方法

圖13. 不同倍數(shù)下龍葵莖的管細(xì)胞

圖14. 龍葵根中可見(jiàn)巨大的管細(xì)胞
參、結(jié)語(yǔ)

配合課程進(jìn)行實(shí)作，可以深化對(duì)于學(xué)習(xí)內(nèi)容的具象化，以往因?yàn)橹谱骶S管束縱向切片不易、制作耗時(shí)、顯微鏡手機(jī)架或電子目鏡未普及等因素，在維管束課程的實(shí)作，只觀察維管束吸入含染料的水之后對(duì)花瓣影響，或是橫切莖看維管束的分布。利用本文的方法制作根、莖、葉維管束壓制玻片，可以以相當(dāng)?shù)偷某杀九c時(shí)間，將課程延伸至維管束縱向標(biāo)本的實(shí)作與觀察。此方式所制作的玻片，尚無(wú)法看到是否具有穿孔板（穿孔板），來(lái)作為判斷是導(dǎo)管或是管胞的依據(jù)，但已經(jīng)能夠看到各式各樣的管細(xì)胞，可視情況補(bǔ)充管細(xì)胞紋路的來(lái)由與功能。更難得的是能利用隨手可得的材料親手制作與觀察維管束標(biāo)本，觀察這些以往只出現(xiàn)在課本或網(wǎng)絡(luò)資料的管細(xì)胞，跟著這些美麗紋路交織出美好的課程經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)
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