2013年4月5日

蛋的構造觀察,觀察了什麼

從段考試題看卵黃

這次段考裡我們出了一個題目,問雞蛋的哪個部位屬於細胞層次,結果除了卵白以外,其他小白點和整顆蛋的選項率都相當高,小白點有38%,而整顆蛋有25%。

egg


於是我翻出我們去年(100學年度)同一時期考題的分析檔案,也考過類似的一題。小白點的選項率也高達32%,整顆蛋有18%。兩年的數據看來,顯然只要選項裡出了小白點和整顆蛋,那麼就會有半數學生答錯。
egg100B1


這要檢討兩個部份,一是為什麼我們都努力說了整顆蛋不是細胞,小白點不是細胞,但是學生卻還是義無反顧地要選,顯然我們還有很大的努力空間。

第二個是究竟什麼是卵細胞?去年我們用圖來指示,今年則是用文字。比較吊詭的是,為什麼去年的答案中選「乙」是錯的,而今年選「卵黃」卻是對的?



什麼是卵黃、卵細胞

其實老師們很清楚細胞就是那顆有膜包起來黃黃的東西,那可以叫蛋黃,也可以叫卵黃,英文是yolk,可是偏偏那顆黃東西裡面的物質也會被叫做卵黃(或蛋黃)。

那物質是什麼?裡頭有緊密聚集的多角形蛋黃球(yolk sphere)所組成,蛋黃球的直徑約為140 μm,這球被厚7 nm 、由三層薄葉形成之膜所包圍,內含存在於亞小滴之蛋黃蛋白質、脂肪、顆粒、薄葉體 (lamellar  body)、與細密分散的水相。亞小滴裡有兩種卵黃高磷蛋白(phosvitin)和兩種脂卵黃素(lipovitellin),這四種分子以前驅物分子,卵黃甘雜質(vitellogenin)之形式在肝臟中合成,經由血管系統被輸送至卵巢,藉胞內吞噬沈積在卵母細胞。除此之外裡頭還有血漿蛋白質、血漿α2糖蛋白、免疫球蛋白...巴拉巴拉的東西。學生會懂這些嗎?有必要知道這些嗎?顯然是沒必要啊,我自己都還是查《家禽之生殖》這本書才知道的啊。

回到一個很簡單,但是細究下去非常無聊的問題-什麼叫做卵細胞,答案就兩種嘛,
1.卵黃+小白點
2.卵黃

怎麼會出現兩種答案呢?關鍵就在你到底把卵黃當作什麼在看?第一種的卵黃指的是卵黃球(yolk sphere),是那個戳破膜之後流出來的主要物質;而第二種答案指的是 yolk,就那顆黃黃大顆的東西。

我們去年的題目就是用第一種,我們的目的就是要指清楚中間那顆東西,所以用圖畫表示,盡可能把那顆的東西全都涵蓋。可是這樣的知識寫成文字就會有問題了,像今年用的南一版課本裡在問題討論的題目就是這樣寫:「蛋中小白點及卵黃組成卵細胞」。

我說有問題是因為: 小白點是在yolk裡頭,不是在yolk外面,沒有必要把細胞裡面的東西特別拿出來說細胞和細胞裡面的東西合稱細胞。

不過這課本寫卵細胞是小白點加上卵黃,顯然意思是卵細胞是卵黃球(yolk sphere) + 胚盤(blastodisc),這就不是這個單元要教的概念啊,國中生學到的卵黃是yolk,不是yolk sphere。學生不需要知道那些啊,我們要教給學生知道的概念很簡單啊,就是那顆yolk是細胞,就這樣而已啊!



小白點是什麼構造
這課本的問題還不只如此,它問「蛋中小白點及卵黃組成卵細胞,此兩部位分別相當於細胞內的何種構造」。ㄟ..這是問題與討論耶,請問一下這個答案是可以用「討論」出來的嗎?

1





來,小白點是什麼?翻開《家禽之生殖》這本書第23頁。

胚盤
在一未受精蛋中,母方染色體係被包裝在稱為胚盤的區域中。因為直徑達3.5mm(註1),在蛋黃之黃色背景中呈白點,故在蛋中肉眼可見之。在橫切面中,胚盤漂浮於白色蛋黃柱上,柱端中止於pander核(nucleus of Pander)。是以認為包圍雌原核與新受精後之接合子之液體,與其說是裝滿脂肪之蛋黃,不如說是似正常生理液之液體。組成未受精蛋胚盤之結構。3 


在一新生下之受精蛋中,曾被胚盤所佔有之區域,改由含有30000-40000個細胞之胚所佔有,此胚稱之為胚葉(blastoderm),胚葉直徑約為4.4 mm。Pander 核則藉一層胚下液體(subgerminal fliud)與胚隔離,該胚下液體支持胚中心之透明區(area pellucida)。此區被暗區(area opaca)所圍繞,暗區細胞與胚葉周圍之蛋黃球(yolk sphere)相接觸。4



小白點就是胚盤,你們用討論的看有沒有辦法把這個知識討論出來啊?討論啊討論啊。

此外,教師手冊還給我們兩個重要的資訊:(1)卵黃為卵細胞的細胞質 (2)卵黃外圍的薄膜為卵細胞的細胞膜。看到真的是整把火會起來。

你從(1)就可以知道,課本意指的卵黃就是yolk sphere,是指那顆黃東西撕開來以後流出來的東西。你能說的是卵細胞的細胞質有卵黃球(yolk sphere),但是不能說「卵黃是細胞質」啊。




卵細胞的細胞膜在哪?
教師手冊還說「卵黃外圍的薄膜為卵細胞的細胞膜」,這也是有問題的。我實在不知道這種知識要怎麼討論出來啦,我自己是看《家禽之生殖》第20頁才知道的。


蛋黃被組成蛋黃膜之四層向中心層所圍繞。外周二層源自輸卵管,內側二層為卵巢之產物。圍繞蛋黃之最內側單位膜,在電子顯微鏡下,顯示為一傳統之三葉構造,被認為是磷脂雙層;在蛋之大部分區域中,此一卵黃膜(membrane)厚8  nm,與圍卵黃層(perivitelline layer)緊密並列,不過在蛋黃之某些區域,則遠離胚盤(blastodisc),即營養區(vegetal region)而被穿孔。在胚盤區,卵黃膜之微絨毛(microvillus , microvilli)密集叢生,該微絨毛突入將卵黃膜與圍卵黃層隔離之圍卵黃間隙(perivitelline space)。來自卵黃膜之此等突出,有些可能突破圍卵黃層,當受精作用時,成為精子結合之地點。當受精之後,在最初數次核分裂時,卵黃膜形成新產生分溝細胞(blastomere)之邊界。卵黃膜被圍卵黃層所圍繞,圍卵黃層係由纖維之鬆懈交織網所組成。此一厚4 nm之層,被認為係發育中濾泡之粒性細胞所分泌。 
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簡單地說,卵黃外圍的薄膜裡有卵細胞的細胞膜,但是卵黃外圍的薄膜絕對不是只有卵細胞的細胞膜。(繞口令啊,一點都不簡單)


小白點的功能?

很多版本(包括以前的部編本)都會問「試推測巳受精的蛋中,哪一部位可以發育成新個體?」,現在用的這個課本則是問「想一想,未受精及已受精雞蛋內的小白點有何差別?」這個和以前的問題有異曲同工之妙啦,問題不是不能問,而是你光是把生雞蛋打開來,就要學生在問題與討論裡面答出答案,這實在強人所難啊。

要能答出「未受精和已受精的差別」,得要有受精的蛋和未受精的蛋互相比較啊。而其他版本問的「哪部份可以發育生新個體」,你得讓學生有機會看到雞胚發育的過程啊。

雖然我們不可能真的讓學生看到發育過程,不過早有人拍攝下來了。日本的愛知縣總合教育中心有拍攝雞胚在卵殼內培養的影片啊,請見 ニワトリの発生~ニワトリ胚の卵殻内培養。看完這個再來回答哪邊能發育成新個體,這樣才有道理吧?



用氣室大小得知雞蛋新鮮
課本裡還有個問題,要讓學生回答出氣室大就是雞蛋不新鮮了,如果你懂我前面一直在譙的論點,你應該會知道真的要回答這個問題,應該要有對比的觀察實驗。例如拿顆雞蛋對著光照,在蛋殼上用筆把氣室的輪廓畫下來,每隔幾天就畫一次,這樣就能比較氣室的變化和蛋擺放的時間。

而要回答出氣室會發生改變是因為蛋白水分從殼散出,得先知道殼上有小孔,這有兩個觀察的方法,一是把蛋壓進水中,看蛋殼會冒出小氣泡。

二是參考科學人第134期,在家玩科學專欄中的《蛋殼中的小雞如何呼吸》。

使用不同存放時間的蛋來作這個實驗,將蛋放入裝了水、洗碗精及藍色食用色素混合液的鍋子裡,一小時之後撈出蛋,敲開蛋觀察蛋殼內面有何不同。

藍色墨水會出現在蛋殼內側,因為雞蛋的外殼有7000多個小孔,讓氣體可以進出,同時也能讓水分通過,此外新鮮的蛋不容易讓水通過,所以和擺得久的蛋相比,裡面的藍色點會比較少。

要印證水或氣體能通過蛋殼,還可以測量水煮前後的雞蛋重量變化。如果蛋殼是密閉的,那麼水煮前後應該重量相等,但是實際上煮熟之後的蛋會比較重。(使用的天秤至少要能測量到0.1公克)


總結
早在國立編譯館時期,生物課本裡就有蛋的觀察實驗,很遺憾的是那時候出現的問題,到現在民間出版社還是沒能改進。光是靠觀察,就要學生推測出許多不可思議的答案,這些答案不都是老師自己告訴學生的嗎?即使學生會回答出來,也都是課前先看書或是先學過這些知識,從來都不會是看顆蛋就什麼都明白了。


註1:書上寫3.5 nm,不過單位似乎有誤,因此我改成mm(感謝月鈴提點)

註2:家禽之生殖那本書的基本資料
馬春祥、吳和光、鄭登貴,1997。家禽之生殖。國立編譯館,初版(ISBN 9570207205)。(譯自原著Reproduction in Poultry.1996. Edited by Robert J. Etches. Copyright (c) 1996 by CAB International Inc.; Chinese translation copyright (c) 1997 by National Institute for Copilation and Translation)

註3:月鈴老師亦寫過一篇 玩蛋(2):移動的氣室、糾結的繫帶,請參閱之

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