卜貴軍，羅世家，周大寨，唐巧玉，趙黎明，肖強(qiáng)

摘要：以掃描電鏡的制樣原理及工作原理為基礎(chǔ)，讓學(xué)生查閱大量文獻(xiàn)，尋找不同領(lǐng)域的應(yīng)用實例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考、設(shè)計方案、實施、分析所得結(jié)果，并與所查文獻(xiàn)及初始想法對照，使學(xué)生在有限的時間內(nèi)，讓自己的想法得以正確的實施，從而提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力及實際操作技能。

關(guān)鍵詞：掃描電鏡;創(chuàng)新能力;大學(xué)生

中圖分類號：G645???? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???? 文章編號：1674-9324（2014）41-0163-03

一、創(chuàng)新及創(chuàng)新項目

創(chuàng)新是民族進(jìn)步的靈魂，也是一個國家興旺發(fā)達(dá)的動力和保持發(fā)展活力的重要源泉，隨著科學(xué)技術(shù)的高速化發(fā)展，各個國家的競爭焦點也大都放在了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)上。高校是培養(yǎng)高層次人才的一個十分重要的場所，同時也是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的主要陣地。創(chuàng)新能力的提高和培養(yǎng)不單單關(guān)系到學(xué)生的自我發(fā)展，也影響到國家的發(fā)展，高校到底如何來培養(yǎng)和提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力已經(jīng)成為一個普遍關(guān)注的問題。為此“國家大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃”應(yīng)運而生，它是高校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的重要組成部分，也是直接面向大學(xué)生的項目[1]。該項目強(qiáng)調(diào)自主性、探索性、實踐性和協(xié)作性，遵循“興趣驅(qū)動、自主試驗、重在過程”的原則，注重創(chuàng)新性實驗項目的實施過程，強(qiáng)調(diào)實施過程中在創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實踐方面的收獲，重點培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。同時各省、各高校乃至各院系等都設(shè)立了相應(yīng)的大學(xué)生創(chuàng)新項目，來鼓勵學(xué)生參與、開展創(chuàng)新研究試驗。

二、林學(xué)專業(yè)概況

湖北民族學(xué)院林學(xué)為湖北省級重點建設(shè)學(xué)科，本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)林學(xué)及生物學(xué)方面的基本理論和基本知識，接受森林培育、林木遺傳育種、森林病蟲害防治、土壤、生態(tài)、資源調(diào)查等方面的基本訓(xùn)練，具有森林培育、森林資源經(jīng)營管理、旅游資源開發(fā)及管理、流域綜合治理和生態(tài)資源保護(hù)及利用等方面的基本能力。主要課程有植物學(xué)、植物生理學(xué)、遺傳學(xué)、林木育種學(xué)、生物技術(shù)、土壤肥料學(xué)、環(huán)境科學(xué)、森林昆蟲學(xué)、林木病理學(xué)、森林生態(tài)學(xué)、測量與遙感、森林資源經(jīng)營管理、林業(yè)經(jīng)濟(jì)管理等。

三、林學(xué)專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新項目

目前湖北民族學(xué)院林學(xué)園藝學(xué)院林學(xué)專業(yè)的學(xué)生參與國家級、校級以及院級的大學(xué)生創(chuàng)新項目幾十項，其中有一部分學(xué)生對植物的微觀結(jié)構(gòu)感興趣，那就涉及到了掃描電鏡，然而掃描電鏡也屬于貴重、精密儀器，其價格在百萬以上，在本科理論教學(xué)中沒有詳盡介紹，所以一些同學(xué)覺得非常陌生，因此在管理及使用上要注意方法。

四、掃描電鏡在植物中的應(yīng)用

作為林學(xué)專業(yè)的學(xué)生接觸最多的還是植物，地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的植物有40多萬種，人類對植物形態(tài)的區(qū)分從最初的靠肉眼觀察的性狀描述水平，發(fā)展到借助光學(xué)顯微鏡觀察的顯微鑒別水平。但由于光學(xué)顯微鏡清晰度和放大倍數(shù)的局限性，對植物微觀形態(tài)的觀察研究并不理想，也無法繼續(xù)深入。掃描電子顯微鏡（SEM）放大倍數(shù)可達(dá)30萬倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了光學(xué)顯微鏡1000倍的極限，并具有樣品制備簡單、成像清晰、分辨率高等諸多優(yōu)點，使得電子顯微鏡的應(yīng)用越來越廣泛，在植物分類學(xué)上的應(yīng)用前景將是非常廣泛的[2]。

五、創(chuàng)新項目的實施過程

1.在申請項目前。首先介紹掃描電鏡的工作原理，并將其與透射電鏡區(qū)分開，一般掃描電鏡看表面，透射電鏡看切面。掃描電鏡樣品制備的主要要求是：盡可能將樣品的表面結(jié)構(gòu)保存好，沒有變形和污染，樣品干燥并且有良好導(dǎo)電性能。然后重點介紹掃描電鏡的生物樣品的制樣過程，并說明制樣過程就是根據(jù)上面的要求進(jìn)行的：取材（固定）、清洗、脫水、干燥、鍍膜（導(dǎo)電處理）、上鏡觀察。（1）取材（固定）：對掃描電鏡來說，固定液通常為用磷酸緩沖液配制的戊二醛。（2）清洗：用磷酸緩沖液清洗幾次。（3）脫水：樣品經(jīng)清洗后用逐級增高濃度的酒精脫水，然后進(jìn)入叔丁醇。（4）干燥：說明為什么要干燥。即因為掃描電鏡觀察樣品要求在高真空中進(jìn)行，無論是水或脫水溶液，在高真空中都會產(chǎn)生劇烈地汽化，不僅影響真空度，污染樣品，還會破壞樣品的微細(xì)結(jié)構(gòu)，因此，樣品在用電鏡觀察之前必須進(jìn)行干燥。（5）樣品的導(dǎo)電處理：生物樣品經(jīng)過脫水、干燥處理后，其表面不帶電，導(dǎo)電性能也差。用掃描電鏡觀察時，當(dāng)入射電子束打到樣品上，會在樣品表面產(chǎn)生電荷的積累，形成充電和放電效應(yīng)，影響對圖像的觀察和拍照記錄。因此在觀察之前要進(jìn)行導(dǎo)電處理，使樣品表面導(dǎo)電。（6）鍍膜后就可用掃描電鏡觀察。舉一些實例，引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生知道如何應(yīng)用這個工具。比如介紹掃描電鏡在木材鑒定和植物分類中的應(yīng)用，讓同學(xué)們?nèi)ゲ殚喐辔墨I(xiàn)（如中國知網(wǎng)、google學(xué)術(shù)等），了解目前的應(yīng)用情況，并找出自己感興趣的植物以及感興趣的方面，看看文獻(xiàn)中有無相關(guān)報道，如果有就換掉，直到找到自己感興趣的，且別人沒做過的為止。而后就是針對所選定的植物進(jìn)行學(xué)習(xí)，要讓學(xué)生通過教材的學(xué)習(xí)、查植物志、木材質(zhì)以及相關(guān)資料，充分認(rèn)識該植物，并讓學(xué)生到野外尋找該植物且標(biāo)記。之后取材料做預(yù)實驗，結(jié)合一開始講的掃描電鏡的工作原理、制樣要求，每一步處理都要問一下為什么。比如固定時問：為什么要固定？為什么要小一些？為什么要用磷酸緩沖液配制？清洗時問：為什么要清洗？脫水時問：為什么要脫水？為什么要用叔丁醇？干燥時問：為什么要干燥？不干燥會怎么樣？導(dǎo)電處理時問：為什么要導(dǎo)電處理？不導(dǎo)電處理會怎么樣？在必要時可以不按固定步驟執(zhí)行，故意讓樣品處理出問題，先讓學(xué)生找原因，然后在提示解答，這樣可以起到很好的效果。上鏡后，教學(xué)生如何使用，然后結(jié)合他們查的文獻(xiàn)對比，讓他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。

2.設(shè)計方案。通過前面的文獻(xiàn)查閱和預(yù)實驗，學(xué)生已經(jīng)有了一定程度的認(rèn)識，接下來就是制訂試驗的方案，如對植物進(jìn)行何種處理，什么時候處理，處理后如何取樣等。制定后先進(jìn)行小組內(nèi)討論，然后要求學(xué)生模擬實施，發(fā)現(xiàn)問題，改進(jìn)、完善方案。

3.實施。經(jīng)過完善的實驗方案就可以按照計劃實施，要強(qiáng)調(diào)因地制宜，實事求是。掃描電鏡部分按照取材（固定）、清洗、脫水、干燥、鍍膜（導(dǎo)電處理）、上鏡觀察的程序進(jìn)行。

4.分析測試結(jié)果。分析所得結(jié)果，并與所查文獻(xiàn)及初始想法對照，使學(xué)生在有限的時間內(nèi)讓自己的想法得以實施，從而提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力及實際操作技能。如果發(fā)現(xiàn)不足，可以讓學(xué)生回過頭來重新試驗，直至完成實驗方案。

六、評價

實驗是學(xué)生根據(jù)自己感興趣的課題或者問題，自主實驗，即學(xué)生自己設(shè)計實驗、自己完成實驗、自己管理實驗。在實驗方案實施過程中，學(xué)生是創(chuàng)新的主體，他們的主動性、積極性和創(chuàng)造性被調(diào)動起來，逐漸掌握思考問題、解決問題的方法，提高創(chuàng)新實踐的能力。在整個過程中，提高學(xué)生的自主性、創(chuàng)新性和協(xié)作性，實驗教學(xué)質(zhì)量也明顯得到了提高。作為林學(xué)專業(yè)的學(xué)生，在將來的工作中可能會從事木材鑒定的工作，而且現(xiàn)在已經(jīng)有大量的研究作為參考，例如邵卓平等[3]通過掃描電鏡發(fā)現(xiàn)隋唐大運河古沉船木構(gòu)件包括杉木、香樟、棗樹、青岡櫟;徐永吉等[4]通過掃描電鏡觀察，確定平度隋船南北船中部的木材為楓香，北船后部為香樟;金一民[5]指出，掃描電鏡所揭示的木材亞顯微結(jié)構(gòu)差別顯示了針葉樹木材腐爛的幾種典型方式，有助于對腐爛木材進(jìn)行種類鑒定;Suyako等利用掃描電鏡結(jié)合X衍射圖譜，確定16世紀(jì)的一個木制面具為柳屬Salix Linn木材[6];朱偉華等[7]用掃描電鏡觀察木材特征，將馬蹄參屬從五加科移出。植物分類的孢粉學(xué)的相關(guān)工作[8]，也有大量的文獻(xiàn)報道，樹莓屬花粉的掃描電鏡[9]表明，花粉外壁紋飾有一定的相似性，但變異豐富，甚至在不同品種之間區(qū)別明顯;用掃描電鏡對富士芽變系品種的花粉進(jìn)行了形態(tài)觀察[10]，結(jié)果表明，花粉紋飾可作為芽變品種鑒定的重要指標(biāo);平陰玫瑰的花粉亞顯微形態(tài)掃描電鏡觀察結(jié)果顯示[11]在花粉亞顯微形態(tài)特征方面，各品種之間既有共性，也存在明顯差別，特別是外壁紋飾的不同可作為玫瑰品種鑒別的重要依據(jù);用掃描電鏡對蕓香科、木蘭科、薔薇科的花粉進(jìn)行形態(tài)觀察[12]，探討了不同科、屬花粉的關(guān)系，可作為植物的分類依據(jù);花梅和果梅的掃描電鏡觀測表明，大多數(shù)品種花粉的形態(tài)和大小相似，但外部紋飾有顯著差異。掃描電鏡是學(xué)生實驗過程中要選用的大型儀器之一，通過實驗方案的實施，一方面使學(xué)生通過學(xué)習(xí)真正認(rèn)知掃描電鏡原理結(jié)構(gòu)，更主要的是使他們真正學(xué)會利用掃描電鏡為科學(xué)研究服務(wù)，為創(chuàng)新服務(wù)，從而促進(jìn)教育事業(yè)和國家的發(fā)展，為實現(xiàn)中國夢盡綿薄之力。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁俐，曹紅艷，米利古，王遠(yuǎn)志，李永祥.開展國家大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃的思考與實踐[J].醫(yī)學(xué)教育探索，2010，9（9）：1165-1167.

[2]唐曉山，陳燕.掃描電子顯微鏡在植物分類學(xué)中的應(yīng)用[J].哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009，（5）：121-122.

[3]邵卓平，衛(wèi)廣揚，王建林，等.應(yīng)用掃描電鏡對隋唐大運河古沉船木構(gòu)件樹種的鑒定研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，30（1）：95-99.

[4]徐永吉，吳達(dá)期，李永敬.平度隋船的木材鑒定[J].電子顯微學(xué)報，1983，（2）：40-43.

[5]金一民.木材腐爛的亞顯微結(jié)構(gòu)觀察[J].林業(yè)科技，1982，（1）：16，61.

[6]SUYAKOMIZUNO，RYOJITORIZU，JUNJISUGIYAMA.Woodidentifica-tionofa wooden mask using synchrotron X-ray microtomography[J].Jour-nal of Archaeological Science，2010，37（11）：2842-2845.

[7]朱偉華，向其柏，甘習(xí)華，等.馬蹄參屬木材解剖特征及其系統(tǒng)學(xué)意義[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，木材研究專輯，1998，16（1）：106-109.

[8]孟秋峰，汪炳良，王毓洪，孫崇德，李永華.園藝植物孢粉和種皮分類研究進(jìn)展[J].長江蔬菜，2008，（16）：1-4.

[9]王小蓉，湯浩茹，黃力，等.樹莓部分野生種及栽培品種花粉亞顯微形態(tài)的比較[J].園藝學(xué)報，2007，34（6）：1395-1404.

[10]閆忠業(yè)，伊凱，李作軒，等.富士芽變系品種花粉形態(tài)初探[J].園藝學(xué)報，2006，33（6）：1299-1302.

[11]王文莉，趙蘭勇，豐震，等.平陰玫瑰花粉亞顯微形態(tài)及品種分類研究[J].園藝學(xué)報，2005，32（3）：527-530.

[12]邵鄰相，張佳美.幾種常見觀賞植物花粉的電鏡觀察[J].浙江師范大學(xué)學(xué)報·自然科學(xué)版，2004，27（2）：162-166.

基金項目：湖北民族學(xué)院林學(xué)園藝學(xué)院2013年教學(xué)研究與改革項目（LXJY1305）;湖北省教育廳自科基金項目（B2013077）;恩施州第二批農(nóng)業(yè)與社會發(fā)展科技指導(dǎo)性計劃表（2011-14）

作者簡介：卜貴軍（1981-），男，講師，碩士，主要從事植物結(jié)構(gòu)生物學(xué)的研究及教學(xué)。