◆吳云麗

高中生物植物細(xì)胞吸水和失水實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討

◆吳云麗

對(duì)于“植物細(xì)胞吸水與失水”的基本原理進(jìn)行研究及發(fā)現(xiàn)是實(shí)驗(yàn)中的常見問題，對(duì)教學(xué)進(jìn)行相關(guān)闡述，重點(diǎn)要求學(xué)生能夠準(zhǔn)確掌握實(shí)驗(yàn)步驟、采樣方法、質(zhì)壁分離原理、學(xué)會(huì)如何進(jìn)行細(xì)胞失水吸水的實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。

高中生物；植物細(xì)胞；實(shí)驗(yàn)

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.03.158

1　前言

高中生物中所說的有關(guān)細(xì)胞失水和吸水現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)生活中很常見，如發(fā)蔫的蔬菜、撒過鹽巴后變得出水很多的蔬菜、菜農(nóng)賣菜時(shí)為保鮮在蔬菜瓜果上面噴水等，都涉及到細(xì)胞的失水和吸水。本文將概括高中生物學(xué)中有關(guān)于細(xì)胞失水、吸水的內(nèi)容，對(duì)于細(xì)胞失水、吸水實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行分析。

2　“植物細(xì)胞吸水和失水”實(shí)驗(yàn)原理

“細(xì)胞失水和吸水”的原理就是質(zhì)壁分離原理，也稱滲透作用。如果想要發(fā)生滲透作用是需要一定條件的，首先要求實(shí)驗(yàn)中有半透膜的存在，而且這個(gè)半透膜的兩側(cè)要存在濃度差。半透膜就是一層簡(jiǎn)單的膜，它能夠讓小分子物質(zhì)直接通過，但是一些大分子物質(zhì)是沒有辦法通過的。要想使半透膜兩側(cè)的水分子能夠自由穿行，就要求半透膜兩側(cè)的溶液存在一定的濃度差。水分子是一種具有自由能的物質(zhì)，它會(huì)隨著溶液濃度的不斷增加而降低，在能量的驅(qū)動(dòng)下，是會(huì)由水勢(shì)高的一側(cè)向水勢(shì)低的一側(cè)移動(dòng)。對(duì)于植物細(xì)胞來說，提取半透膜并不難，因?yàn)橹参锛?xì)胞的細(xì)胞膜和液泡膜等都是屬于半透膜的范圍，通過設(shè)置植物細(xì)胞所持細(xì)胞液的濃度，能夠使溶液存在濃度差，這個(gè)時(shí)候細(xì)胞會(huì)很容易發(fā)生吸水和失水現(xiàn)象。

如“植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原”實(shí)驗(yàn)，用紫色洋蔥內(nèi)表皮進(jìn)行操作，因?yàn)樗旧砭哂幸欢ǖ念伾?，在?shí)驗(yàn)的時(shí)候，具有不需染色就可以直接觀察到液泡質(zhì)壁分離的變化的優(yōu)點(diǎn)。其實(shí)洋蔥的表皮中是只有外表皮才會(huì)表現(xiàn)出紫色的，但是由于外表皮是具有多層細(xì)胞的材料，這對(duì)于初學(xué)者來說，觀察效果是不理想的。在多次試驗(yàn)中不難發(fā)現(xiàn)，洋蔥的內(nèi)表皮是一種能夠很容易撕下來的只有一層單細(xì)胞的薄膜，但是由于其沒有顏色，往往需要進(jìn)行染色后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

通過不斷地摸索實(shí)驗(yàn)，用染料對(duì)洋蔥細(xì)胞進(jìn)行活體染色來進(jìn)行細(xì)胞質(zhì)壁分離的實(shí)驗(yàn)效果是最好的。因此，可以采用設(shè)置外界溶液的濃度差，來對(duì)紫色洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞進(jìn)行質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)，令它處在濃度較高的蔗糖溶液中，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的組織也不斷外流后，原本緊緊貼著細(xì)胞壁的原生質(zhì)層會(huì)因?yàn)榧?xì)胞失水而發(fā)生一定程度的皺縮現(xiàn)象，于是就發(fā)生了質(zhì)壁分離現(xiàn)象，這個(gè)時(shí)候通過顯微鏡進(jìn)行觀察，會(huì)很清晰地看到這一現(xiàn)象。

在復(fù)原過程中，要將該細(xì)胞放到清水中浸泡，使細(xì)胞在濃度差的趨勢(shì)下進(jìn)行吸水，逐步恢復(fù)到原來飽滿的樣子。這個(gè)時(shí)候通過顯微鏡可以發(fā)現(xiàn)原本皺縮的細(xì)胞膜已經(jīng)重新貼合到了細(xì)胞壁上面，此時(shí)的現(xiàn)象叫做細(xì)胞質(zhì)壁分離的復(fù)原。

3　“植物細(xì)胞吸水和失水”實(shí)驗(yàn)過程

在實(shí)驗(yàn)之前需要準(zhǔn)備一定的原料和材料。實(shí)驗(yàn)原料就是紫色洋蔥內(nèi)表皮，用其作為實(shí)驗(yàn)原料的優(yōu)點(diǎn)就是不用染色，容易撕取細(xì)胞，很方便臨時(shí)裝片的制作。另外還需要的實(shí)驗(yàn)材料有刀片、滴瓶、載玻片、鑷子、蓋玻片、滴管、3%中性紅色溶液、30%蔗糖溶液、吸水紙、顯微鏡、清水等［1］。

過程：剝?nèi)⊙笫[鱗莖的鱗片葉，外表皮紫色較濃的更好，用刀片在葉片外表皮劃一0.5 cm的井字；用鑷子從井字中央的一個(gè)小角小心地撕去一塊洋蔥鱗片葉外表皮，將其平鋪在事先滴有清水的載玻片中央細(xì)心展平，避免出現(xiàn)有部分表皮重疊而對(duì)實(shí)驗(yàn)觀察造成影響；輕輕蓋上蓋玻片，過程中使玻片傾斜一定角度，從而避免產(chǎn)生氣泡；之后用滴管在蓋玻片的一側(cè)滴一滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的蔗糖溶液，然后用吸水紙從一側(cè)吸去多余的液體，該步驟重復(fù)兩到三次；在顯微鏡進(jìn)行調(diào)焦處理，使學(xué)生能夠看到清晰的細(xì)胞，然后在顯微鏡下進(jìn)行觀察，能夠看到原生質(zhì)層在慢慢地進(jìn)行收縮，逐漸會(huì)出現(xiàn)與細(xì)胞壁分離了的現(xiàn)象，直到原生質(zhì)層收縮成為一個(gè)球狀的小團(tuán)，此時(shí)與細(xì)胞壁完全分開，此時(shí)的現(xiàn)象叫做細(xì)胞質(zhì)壁分離；在蓋玻片的一側(cè)滴加清水，用吸水紙?jiān)谏w玻片的另一側(cè)進(jìn)行吸水，此時(shí)將蔗糖溶液置換成為清水，在顯微鏡下觀察，可見發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象的細(xì)胞在進(jìn)行還原過程。到此就完成了細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原的實(shí)驗(yàn)，這就是有關(guān)于高中生物所學(xué)到的“植物細(xì)胞吸水和失水”實(shí)驗(yàn)的全部操作［2］。

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中也要注意分析，應(yīng)該在觀察細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原實(shí)驗(yàn)中將宏觀分析上升到微觀理解，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果拿來進(jìn)行一定的分析。教師可提前將實(shí)驗(yàn)要用到的玻片準(zhǔn)備好，通過展示的方法讓學(xué)生先對(duì)接下來的實(shí)驗(yàn)有一個(gè)大致的想法，然后將永久切片向?qū)W生展示，來讓他們說出自己對(duì)于失水原理的理解。

4　影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素分析及控制

1）在撕取洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞的時(shí)候，得到的表皮厚度太厚而造成得到的組織細(xì)胞堆疊在一起，影響實(shí)驗(yàn)成像；或者是最內(nèi)部的細(xì)胞根本就接觸不到蔗糖溶液，因此沒有辦法發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，而造成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常不明顯。所以才會(huì)采用井字切法來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，目的就是得到較好的實(shí)驗(yàn)材料。在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候不能心急，不能過分要求得到的是薄細(xì)胞；太薄的細(xì)胞在后期進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候可能會(huì)發(fā)生細(xì)胞破裂的情況，造成組織液的外漏，影響后面的操作。

2）在展平的時(shí)候要小心仔細(xì)，如果沒有展平，是會(huì)造成細(xì)胞堆疊的，這也是影響觀察的一個(gè)重要因素。

3）在進(jìn)行觀察的時(shí)候能夠選擇一個(gè)正確的觀察角度也是必須注意的，有的學(xué)生根本沒有找到實(shí)驗(yàn)要觀察的細(xì)胞，又怎么可能觀察到明顯的現(xiàn)象呢？只有選擇靠近玻片邊緣的細(xì)胞進(jìn)行觀察，效果才是最明顯的，因?yàn)榭拷吘壍募?xì)胞與蔗糖溶液接觸是最充分的，更容易觀察到明顯的現(xiàn)象。

4）蔗糖溶液的濃度，濃度差也是影響因素，并不是濃度越高就越容易觀察到現(xiàn)象，而是太高的濃度會(huì)造成細(xì)胞受損，在接下來的復(fù)原實(shí)驗(yàn)中就沒有辦法再進(jìn)行下去了，其實(shí)在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，只要蔗糖溶液濃度能夠比洋蔥表皮的細(xì)胞液濃度稍高就可以。

5）在蓋玻片一側(cè)進(jìn)行吸水的時(shí)候，要重復(fù)進(jìn)行兩到三次，因?yàn)閱未蔚脑捒赡茉斐扇芤悍植疾痪鶆虻默F(xiàn)象，只有溶液將細(xì)胞全部浸泡的時(shí)候，才能夠更好地發(fā)生細(xì)胞質(zhì)壁分離的動(dòng)態(tài)現(xiàn)象［3］。

在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，教師應(yīng)該注意到這些問題，并對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行一定的指導(dǎo)和糾正，盡量避免這些問題的出現(xiàn)。也可以采用對(duì)照的實(shí)驗(yàn)方法，讓學(xué)生看到錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)操作會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)造成什么影響。另外，實(shí)驗(yàn)最后的討論與實(shí)驗(yàn)總結(jié)也是很重要的，它能夠促使學(xué)生交流自己的問題與發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)中得到進(jìn)步。畢竟教育的意義有時(shí)候是大于本身實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡?，只有在?shí)驗(yàn)中得到學(xué)習(xí)的能力，才是實(shí)驗(yàn)的根本目的。最后對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定性定向分析，由感性認(rèn)識(shí)升級(jí)到理性認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生自己進(jìn)行能力的提升，認(rèn)識(shí)到自己存在的操作問題和發(fā)現(xiàn)問題，這樣才能夠讓他們有一個(gè)更積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，能夠在以后再遇到問題時(shí)迎難而上。

5　結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)操作并不只是局限于實(shí)驗(yàn)本身的，應(yīng)該結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)與課本的理論知識(shí)，一定不要將其變成純粹的體驗(yàn)式實(shí)驗(yàn)，不要為了完成實(shí)驗(yàn)而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法，更加有利于激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，加深他們對(duì)于課本知識(shí)以及理論內(nèi)容的理解，從而培養(yǎng)自己解決問題的能力。另外，教師應(yīng)該要求學(xué)生多去發(fā)現(xiàn)身邊的問題，利用課下時(shí)間來進(jìn)行擴(kuò)展式實(shí)驗(yàn)，盡可能多地在實(shí)驗(yàn)探究中得到更多的知識(shí)。

［1］朱雷.對(duì)植物細(xì)胞吸水失水實(shí)驗(yàn)的分析認(rèn)識(shí)［J］.生物學(xué)教學(xué)，2010（4）：12.

［2］任文韜.“植物細(xì)胞的吸水和失水”的教學(xué)組織［J］.生物學(xué)通報(bào)，2014（11）：29.

［3］岑東照.“植物細(xì)胞的吸水和失水”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)［J］.教師，2012（5）：10.

G633.91

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1671-489X（2016）03-0158-02

作者：吳云麗，河北豐潤(rùn)車軸山中學(xué)（064001）。