谈药用植物学的实践教学改革
赵宜红,李寅超
(郑州大学药学院,河南郑州 450001)
摘要:对药用植物学实践教学体系进行了探索,改进传统验证性实验,加强综合性、设计性和研究性实验,重视野外实
习,并在实验教学中增加自由开放型实验,旨在提高药用植物学实践教学质量,培养学生的实践能力和创新精神。
关键词:药用植物学; 实践教学; 教学改革
中图分类号:G420 文献标识码:B 文章编号:1008-0805(2007)12-3148-02
在药用植物学教学过程中,实验教学和野外实习是药用植物
学的重要的实践性教学环节,其教学要求既涵盖实验教学和野外
实习的一般原则,又要突出药用植物学的学科特点[1]。本文结
合自身教学工作实践和文献报道,就如何提高药用植物学实践教
学质量,培养学生的实践能力和创造性,以及在实验教学中如何
进行自由开放型实验室初步尝试,谈谈自己的见解。
1 改进传统实验教学方法,确保教学质量
1. 1 传统的实验教学传统的药用植物学实验内容多为验证性
实验,在实验教学中采取的教学方法一般是带教老师介绍实验目
的、实验材料、实验内容和实验方法,然后由学生根据实验材料,
按照实验内容、实验方法的描述验证学过的理论知识。虽然通过
教师的讲解,学生对实验内容和方法己经有了较详细的了解,并在实验过程中对学生实验操作也有较详尽而规范的要求和不断
的督导,但是学生因为缺少实验学习的能动性,在实验过程中大
多敷衍了事、照本宣科,不去分析实验的机理,不去探讨实验中的
问题,使实验教学的质量在教学活动中大打折扣。
1. 2 传统实验教学方法改进为了配合药用植物学的教学改
革,对药用学实验课程的教学内容和方法要进行一些必要改革。
在实验内容方面,可以把实验内容分为四部分,即基本实验技术;
基础的验证性实验、综合性实验、探索性实验;在实验教学方法方
面:对于不同的实验内容采取不同的教学方法,目的是让学生能
积极主动的通过实验课的学习获取知识[2, 3]。
1. 2. 1 基本实验技术基本实验技术是指一些基本的实验技能,
如显微镜的使用方法、临时装片的制作、生物绘图技术、显微化学
方法以及实验室常用药品、试剂、染液等的配制,玻璃器皿的洗涤
方法等等,这些基础性的实验技术,要求每一位学生都能熟练掌
握,并在期末的实验考核中能有所反映。实验教学方法就采用传
统的教师先讲授,然后学生进行验证的教学方法。
1. 2. 2 基础的验证性实验以巩固课堂所学的理论知识为目的,
通过药用植物学中的经典实验和观察性实验,使学生掌握基本的
实验方法和培养学生的观察能力,如植物细胞的基本形态与结构
观察;植物组织的主要类型及结构观察;植物营养器官和生殖器
官的结构观察等实验。这些实验按传统的教学方法虽然有利于
学生基础知识的巩固,但这种单一的教学模式不能调动学生进行
积极的思维,实验课显得枯燥,没有生机和活力。
如果我们尝试把“验证性”实验转变为“探索性”的实验,就
会有截然不同的教学效果。如在实验教学方法上,采取让学生在
课前预习实验,上课时教师通过提问检查学生预习情况并对实验
要点和实验注意事项简要提示,留出较多时间让学生自己动手观
察,然后通过相互讨论来解决实验中出现的问题,最后由教师做
总结。对有些实验的材料,除了教师准备的实验材料外,鼓励学
生自己准备实验材料,如细胞、植物营养器官、生殖器官的观察、
分类学上的实验都可以通过鼓励学生自己准备实验材料,提高学
生学习积极性。同时在实验过程中,穿插徒手切片法、染色法、生
物绘图法等基本实验技能的培养。
1. 2. 3 综合性实验主要针对的是植物分类学的实验,以基本实
验技术和基础的验证性实验的技能为基础,变实验室单一观察的
方法为实验室与野外观察相结合的方法,把传统分类学实验设计
为以比较解剖和野外资源调查为主的综合实验。比如,先通过学
习让学生直观的认识不同类群的植物,总结各类植物的特征,然
后带学生到野外进行对比和扩展实验,巩固理论知识。如对裸子
植物、被子植物常见重要类群的特征和分布特点;校园常见物种
的鉴定,检索表的编制;某一地区的药用植物资源的调查;珍惜濒
危植物的调查等均可设计为综合实验。
通过综合性的实验,使学生既了解植物物种的多样性、植物
资源的丰富性,又增强学生保护植被,保护生态环境的决心。
1. 2. 4 探索性实验通过基本技能实验,基础实验和综合性实验
的训练,学生已经具备了一定的植物学基础知识、操作和动手能
力,可以根据学生的实际能力和实验室的具体情况确定几个研究
方向,让学生自己查资料,自行设计实验方案,经教师检查修改
后,利用野外实习和课外假日时间来完成实验的题目。通过探索
性实验可以培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力,培养
学生创造力和科研能力,为学生完成毕业论文和将来的自我发展
打下坚实的基础。
2 重视野外实习,培养学生的观察能力[4~6]
2. 1 对生态环境的观察任何生物的生存都必须依托于一定的
环境,药用植物也不例外。野外实习首先要指导学生认识各种生
态环境。指出各类生态环境的特点,尤其指出重点考查的药用植
物的主要生态环境。
2. 2 对单株植物的观察在观察其形态后,要注重从植物的分类
学特征上进行观察,观察植物的根、茎、叶、花、果实等器官。对于
一些当地特产的药用植物要重点观察药用部分器官的形态特征。
对于细部的观察可以在采集后整理标本时进行。
2. 3 培养学生的采集标本能力
2. 3. 1 对采集标本的选择药用植物的采集要特别注意其标本
的典型性和完整性。所谓典型性是指所采标本要具有明显的分
类特征,在同种植物中有较强的代表性。所谓完整性,是指整株
标本的根、茎、叶、花、果俱全,尤其要采带花的,因为花是鉴定种
类的主要依据。对于地下部分有突出特征的药用植物,如百合
科、薯蓣科等,应注意采集这此植物的鳞茎、根茎等,它们也是鉴
定物种的重要依据。遇到雌雄异株的植物,应分别采集雌、雄株。
草木植物的茎生叶和基生叶不同时要注意采集基生叶,如茵陈、
荠菜等。寄生植物采集时要把寄生全部或部分采下,并注明
关系。
2. 3. 2 采集的注意事项采集标本要注重质量,尽量减少野外
采集的数量,对于植物的产地、生活环境、性状、花的颜色、采集日
期等都要做详细记录,这对标本的鉴定和研究有很大帮助。一份
菊科植物
菊科是比较年青而进化程度较高的一个大科。虽然出现在地球上的时间较晚,但由于该科植物在形态结构上先进,对环境适应能力强,使这个年青的科在较短的时间内,不论在种的数量上还是分布范围上,均跃居世界种子植物之冠。许多植物分类专家和系统演化专家都一致认为它在被子植物(尤其是双子叶植物)系统演化中的地位,发展到了最高阶段。
菊科植物的绝大部分属、种的营养体都是草本,木本者甚少,仅占本科植物种数的1.5%。从进化角度看,草本植物以种子或地下器官(根、根茎、块茎、球茎等)度过环境的不良时期,比木本植物适应性强,因而较木本植物进化。菊科植物除少数种类(如百日草、鬼针草)为对生叶外,多为互生单叶。
1.菊科植物繁殖器官的特点是头状花序。
头状花序是由许多无柄小花(或仅有一朵花)密集着生于花序轴的顶部,聚成头状。外形酷似一朵大花,实为由多花(或一朵)组成的花序。一般再由许多头状花序组成圆锥花序、伞房花序等。漏芦属的头状花序小,只包含一朵花,由许多小的头状花序又组成较大的复头状花序。
头状花序的最外面,包有总苞,一般为绿色,叶状,它的功能无疑是在头状花序未开放之前,包在外面起保护作用。但本科中许多属、种的总苞,特化成具有特殊用途的器官,如蜡菊的总苞变成膜质,并有鲜艳的色彩,用它吸引昆虫;牛蒡、苍术及苍耳等的总苞变成钩刺,腺梗菊、豨莶等的总苞上具粘质的腺毛,可利用动物来传播果实、种子。
由许多小花集成头状花序,这就使本来不太明显的每个小花集在一起,显得较大而醒目,尤其当某些属、种花序边缘的舌状花开放后,使花序变得更大、更醒目,以利于招引更多的昆虫。
有些属、种的头状花序中,各小花之间有了明确的分工,如向日葵,花序边缘的舌状花是不能结实的无性花,中间的管状花既能产生花粉,又能结果实,是两性花,而金盏菊与之不同,边缘的舌状花是能结实的雌花,而中间的管状花全是只能产花粉而不能结实的雄花。
2.头状花序上每朵花的结构,简要概括有如下几点:萼片变成冠毛,花瓣5枚连合,雄蕊聚药、子房2心皮下位。但各属、种之间差异很大,简化或特化现象很普遍。
萼片:萼片是保护器官,尤其在花蕾时期。菊科的头状花序外围有总苞统一保护,所以萼片失去了它原有的作用,有些种类特化成为果实顶端刺状、毛状或片状的“冠毛”,成为果实种子的传播器官,如蒲公英、鸦葱等具毛状冠毛,可借风力使果实到处飘扬。又如鬼针草,冠毛变成刺状,可使果实附着于动物身体上,借以传播。
花瓣:5枚,互相连合成管状或舌状。从进化角度看,合瓣花是后出性状,要比离瓣花进化。若花瓣的基部连合成较长的管,顶端五个花瓣呈辐射对称排列的,叫管状花,如向日葵花序中央的小花。若花瓣基部连合成较短的管,五个花瓣连合成为片状,两侧对称,向一侧伸展的叫作舌状花,花瓣顶端五个齿,表明该舌状花是由五枚花瓣连合而成。如蒲公英的花。有的种类花瓣基部连合成较长的管,但花瓣五枚形成唇形,分上下二唇,往往有的只发育一个唇,另一个唇退化,形成假舌状花,如金盏菊和向日葵花序外围的小花。在花冠管的基部,有环形的蜜腺,可分泌花蜜贮存在管的基部。
雄蕊:5枚,花丝互相分离而花药边缘互相连合形成空筒形,即聚药雄蕊。每当花药成熟时,将花粉粒撒在聚药雄蕊的“筒”中,待雌蕊花柱生长时,将它们“推”出筒外。有些种类花药的基部特化成“尾”状,其功用是保护花瓣管基部的蜜腺和花蜜,免遭灰尘或雨水的侵蚀。在每个花药的顶端有突出的“药隔”,在雄蕊未成熟时,此五个药隔互相靠合形成一个“盖子”,封住花药管的口部,起防护作用。
雌蕊:子房下位,二心皮构成,一室,一枚倒生胚珠,基底着生。花柱一条,伸于花药管中,顶端柱头2裂,但在雌蕊尚未成熟时,柱头不张开。在花柱上部,常生有一圈毛,叫“扫粉毛”,每当花柱发育而伸长的过程中,此“扫粉毛”即可将雄蕊花药“撒”在花药管中的花粉粒“推”出,便于来访的昆虫携带。菊科植物花一般都是雄蕊先熟,花柱伸长过程中将花粉粒“推”出后,顶端的柱头再张开来接受其它花传来的花粉。这是避免自花传粉的适应。但是,一旦柱头上没接受到其他花传来的花粉,即异花传粉遭到失败,也无妨,柱头可以下弯,将“授粉面”接触到自己的花柱上,沾上自花产生的花粉粒,完成自花授粉。
3.菊科的果实是不开裂的干果,果皮致密,其中只含有一粒种子,一般认为是瘦果。但它来源于二心皮,并且是子房下位形成的,这与由一心皮形成的子房上位的瘦果有所不同,严格说起来应叫“菊果”或“连萼瘦果”(Cypsela)。
菊科植物大多数花序较大而鲜艳,适于虫媒传粉,但另外有些属、种的花并不鲜艳,例如蒿属(Artemisia)、苍耳属(Xanthium)及豚草属(Ambrosia)等,它们的花序很小,黄绿色,很不鲜艳。这些植物是由虫媒特化成风媒的一个类型。苍耳属植物是雌雄同株,异花,雄花序较小,还保留扁平的头状花序,花期很短,花谢后即脱落,往往不被人们注意到。雌花序(即所谓的“苍子”)的花序轴(托)木质化,外有许多钩刺,其中包有两朵雌花,每朵雌花只剩下一个子房和二裂的花柱,成熟时整个花序脱落。
向日葵在我国各地广为种植,取材容易,而且花序及花都较大,便于观察,下面将它的各部器官作一简述,供教学参考。
向日葵是原产北美洲的一年生大型草本油料作物,种子含油量43.9~52%。高2~4米,大型的心脏形叶,互生。头状花序单生于茎顶,一般直径30厘米,大的可达60厘米。头状花序的花序轴(托)扁平,其中充满白色海绵状的填充物(薄壁细胞)。花序边缘围有3~4层绿色的总苞。最外圈的花为鲜黄色的“舌状花”(边花),中央为黄褐色的管状花(盘花)。舌状花(边花)(见图c)是不育性的无性花,功能就是吸引昆虫来访,帮助传粉。花瓣基部连合成短管,花瓣上部扁平、伸展,由三枚花瓣连合而成,另外两枚花瓣退化,所以有人称它为“假舌状花”。子房三角柱状,内无胚珠,花柱和雄蕊皆退化,不复存在。萼片退化成膜质的“冠毛”,一般三枚,分别着生在子房三个角的顶端。子房基部无明显的苞片。管状花(盘花)(见图B)的五枚花瓣基部连合成管状,上部五个齿,辐射对称。在花瓣管的下部膨大成球形,上生纤毛,其作用有二:1.膨大的空腔内贮花蜜供来访的昆虫采食。2.膨大的部分彼此靠得紧密,填充了花冠管之间的空隙,防止雨水、灰尘或长吻昆虫伤害下面的子房。萼片退化成膜质三角形的小薄片,着生在扁平子房的两个上角,已无明显的作用,果实成熟时脱落。雄蕊的花药黑褐色,连合成管,药隔三角形,黄褐色。雌蕊的子房下位,未成熟时白色,壁薄而软,待成熟后,果皮变硬而具黑色花纹。每个子房的基部都有一枚膜质的苞片包住子房,白色,顶端有三个裂齿,当果实成熟脱落时,此苞片仍存留在扁平的花序轴上。
菊科植物依据头状花序内花的形态及乳汁的有无可分为两个亚科12个族。划分标准即:
管状花亚科(Asteroideae)植物体不含乳汁,头状花序皆为管状花或至少花序中的盘花为管状花。包括11个族,大多数菊科植物都属于此亚科。应当说明的是我们日常栽培的菊花(Dendranthema morifolium)虽花序中央的盘花似舌状,那是长期人工选择的结果,它无乳汁应归于本亚科。蒿属、向日葵等,也都属于本亚科。
舌状花亚科(Cichorioideae)植物体含乳汁,头状花序上皆为舌状花。只包含一个族。蒲公英、莴苣、苣荬菜等都属于本亚科。
菊科植物与人类生活关系较为密切。其中有许多著名的观赏花卉如菊花、大丽菊、万寿菊、金盏菊、翠菊、蜡菊、大波斯菊(秋英)、瓜叶菊、雏菊等。日常食用的蔬菜有莴苣、茼蒿(北京称蒿子秆),菊芋(姜不辣),生菜等。药用种类较多如除虫菊、红花、牛蒡、蛔蒿(花序中产驱蛔虫有效成分——山道年)、苍术、泽兰、大蓟等。可提取芳香油的植物有艾纳香(Blumeabalsamifera),蒸馏后提取的挥发性物质即冰片,黄花蒿(Artemisia annua)全草可提取芳香油。橡胶草(Taraxacum kok-saghyz)是北方较寒冷地区的草本橡胶资源植物,苏联曾大量栽培。对人类生活有害的植物如蒿属某些种,专门生长在农田中,是庄稼的大敌。豚草属一些种的花粉对某些人易产生过敏反应。
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65-69岳中辉,孙国荣,阎秀峰,不同改良方法对盐碱土壤腐殖质及几种酶活性的影响,植物研究,2003,23(2):211-214(通讯作者)淮虎银,吴晓霞,高红明,张彪,孙国荣,同一生境下两种车前属植物资源配置的物种特异性比较,植物研究,2003,23(2):323-327淮虎银,高红明,张彪,吴晓霞,孙国荣,外来植物空心莲子草入侵人工草坪中种群特征变化研究,草原与草坪,2003(4):36-38吴建慧,杨玲,孙国荣,低温胁迫下玉米幼苗叶片活性氧的产生及保护酶活性的变化,植物研究,2004,24(4):456-459(通讯作者)王顺心,王 台,朱 宏,孙国荣,RNAi机制及其应用研究进展,哈尔滨师范大学自然科学学报,2004,20:(通讯作者)吴晓霞,高红明,张彪,徐 平,张 毅,孙国荣,低浓度Na2CO3胁迫下星星草(Puccinellia tenuiflora)幼苗保护酶活性与活性氧之间的关系,草业学报,2004,(6):87-91(通讯作者)岳中辉,金建丽,孙国荣,不同改良方法对盐碱土壤磷素营养的影响,植物研究,2004,24(1):49-52(通讯作者)韦存虚,王建波,陈义芳,周卫东,孙国荣,耐盐植物星星草叶表皮具有泌盐功能的蜡质层,生态学报,2004,24:2451-2456(通讯作者)张彪,淮虎银,孙国荣,杜 坤,“雌蕊的类型”一节的教学改进,生物学杂志,2004,21(4):45-47张彪,吴剑,宋晓森,淮虎银,孙国荣,杜坤,被子植物分类学实验教学改革,实验室研究与探索,2004,23(5):54-57淮虎银,孙国荣,张彪,高红明,吴晓霞,金银根. 浅谈如何在药用植物学教学中培养学生的创新意识,扬州大学学报(自然科学版),2004,7(理论与实践探索) (2):26-28汪良驹,刘卫琴,孙国荣,王建波,姜卫兵,刘辉,李志强,庄猛,ALA对萝卜不同叶位叶片光合作用与叶绿素荧光特性的影响,西北植物学报,2005,25(3):488-496.吴建慧,赵 军,孙国荣,高温对玉米幼苗膜脂过氧化作用的影响,哈尔滨师范大学自然科学学报,2004,21:82-85(通讯作者)高红明,淮虎银,张彪,孙国荣,植物生物学课程教学内容改革初探,扬州大学学报(自然科学版),2004,7(理论与实践探索)(4):94-96樊明寿,陈 刚,孙国荣,缺磷玉米根内通气组织的发育时间及基因型差异,作物学报,9:1120-1124高红明,王建波,孙国荣,星星草耐盐碱生理机制再探讨,西北植物学报,2004,26(4):1589-1594(通讯作者)Yu Zhenzhe, Sun Dezhi, Shi Pengfei, Duan Xiaodong, Sun Guorong, UV-catalytic treatment of spent caustic from ethane plant with hydrogen peroxide and ozone oxidation, Journal of Environmental Science, 2004,16(2): 272-275.
第一节 植物分类概述(1学时)
一、分类原则
1.人为分类
2.自然分类
3.细胞遗传学——物种生物学
4.化学分类学
5.数量分类学
二、分类单位和命名
1.植物分类的基本单位
2.命名原则
三、界和门的划分
1.界的划分:二界说、新二界说、三界说、五界说、六界说
2.植物门的划分:菌藻植物、苔藓植物、蕨类植物、种子植物
第二节 原核生物(prokaryotae)(1学时)
一、细菌门(Schizomycophyta)
1.细菌的主要特征
2.细菌的分类
3.细菌的繁殖方式
二、蓝藻门(Cyanophyta)
1.蓝藻与细菌的区别
2.蓝藻的主要特征
3.原核生物的生活史
第三节 真核藻类和真菌、地衣(1学时)
一、藻类(Algae)
1.藻类的主要特征
2.藻类的种类、门类
3.藻类的繁殖方式
二、真菌(Fungi)
1.真菌的主要特征
2.真菌的种类
3.真菌的繁殖方式
4.真菌的演化历史
三、地衣(Lichenes)
1.地衣的主要特征:形态、结构、繁殖等特点
2.地衣的种类
3.地衣的生境与分布
第四节 苔藓和蕨类植物(1学时)
一、苔藓植物(Bryophyta)
1.苔藓植物的主要特征
2.苔藓植物的分类
3.苔藓植物的繁殖方式
4.苔藓植物的分布与生境
二、蕨类植物(Pteridophyta)
1.蕨类植物的主要特征
2.蕨类植物的分类概况
3.蕨类植物的繁殖方式
4.蕨类植物的生境与分布
第五节 种子植物(1学时)
一、裸子植物(Gymnospermae)
1.裸子植物的生活史
2.裸子植物的主要特征
3.裸子植物的分类及主要代表类型
二、被子植物(Angiospermae)
1.被子植物的生活史
2.被子植物的的主要特征
3.被子植物的主要分类系统
第二章 植物生活和环境(9学时)
——植物生态类群的分化
本章的教学目的与要求:掌握植物个体与环境条件之间的相互关系,掌握环境和生态因素的概念,了解生态因素对植物作用的特点;掌握各生态因素对植物的影响以及植物对生态因素生态适应特点。
重点:环境与生态因素的概念、植物对各生态因子的生态适应特征。
难点:植物适应性的形成。
第一节 概述(1学时)
一、环境与生态因子
1.基本概念:环境、环境因子、生态因子、非生态因子、生态环境、小生境、
2.生态因子的分类
3.最低量定律和限制因子
4.生态因子作用的三基点
二、植物对生态环境的适应
1.基本概念:适应、驯化、忍耐力、生态类群、生态型、生理幅度、需求性、生态幅度
2.适应
3.忍耐力及其特点
4.生态类群和生态型
第二节 光和碳素营养(1学时)
一、光照条件
1.基本概念:光补偿点、光饱和点、光合能力、阳生植物、阴生植物、净光合率、光能利用率、生理辐射、补偿深度
2.光照强度的生态作用
(1)光强与光合作用
(2)荫蔽胁迫与适应类型
3.光的性质与光周期的生态作用
(1)光的波长与植物
(2)光周期和植物
二、碳素的生理生态作用
1.CO2补偿点
2.CO2对植物的限制作用
第三节 水分条件(1学时)
一、陆生植物的水分平衡
1.植物水分状况与生命活动
2.植物吸水与失水的内外条件
(1)植物的吸水能力
(2)土壤水分对植物吸水的影响
(3)影响蒸腾作用的内外条件
3.基本概念:吸胀作用、半透性、渗透势、衬质势、压力势、蒸腾作用、饱和含水量、饱和亏、蒸腾系数
二、适应陆地水分条件的生态类群
1.旱生植物(xerphyte)
(1)肉质旱生植物(succulent)
(2)硬叶旱生植物(sclerophyllous xerophyte)
(3)软叶旱生植物(malacophyllous xerophytes)
(4)微叶型和无叶型强旱生植物(supperxerophyte)
2.中生植物(mesophyte)
(1)形态特征
(2)生理特征
3.湿生植物(hygrophyte)
4.划分水分生态类群的方法
(1)生态序列法(环境梯度法)
(2)形态结构分析法
(3)生理生态特征分析法
三、渍水土壤和水体的生态作用
第四节 土壤条件(1学时)
一、氮和矿质元素营养条件
1.生理生态意义
2.植物对营养元素模拟吸收特点
3.适应土壤营养条件的生态类群
二、适应有毒害土壤的生态类群
1.对富铝化土壤的适应类群
2.对盐渍土的适应类群
3.对重金属元素富集土壤的适应类群
三、沙生植物与石生植物
1.沙生植物
2.石生植物
第五节 温度条件(2学时)
一、植物生命活动与温度条件
1.温度对植物生理过程的影响
2.温度对植物生长发育的影响
3.需热量及温度生态类群
4.基本概念:生理性干旱、春化作用、积温
二、适应极端温度的生态类群
1.低温胁迫与植物适应特征
2.高温胁近和植物适应特征
三、植物物候节律
1.物候历
2.物候剖面图
第六节 生物条件(1学时)
一、动物对植物的生态作用
1.植物与动物之间的营养关系
2.动物对植物的授粉作用、传媒作用及其生态意义
二、植物之间的生态作用
1.植物之间的营养关系
2.机械性相互关系
3.化学性相互关系
4.竞争性关系