陳菲菲 虞 馳

（1 寧波李惠利中學 浙江寧波 315041 2 寧波市第四中學 浙江寧波 315016）

2016年，劉海金等［1］在發(fā)表的《簡單易行的離子跨膜運輸實驗》一文中闡述利用鉬酸鈉可跨膜運輸?shù)奶攸c，通過洋蔥外表皮細胞中花青素的變色規(guī)律，呈現(xiàn)鉬酸鈉跨膜運輸?shù)膶嶒灛F(xiàn)象，為主動運輸實驗教學提供了很好的案例。該文也提出期望增加運載體阻斷劑，驗證主動運輸需要載體的協(xié)助；還可增加呼吸抑制劑或借助降溫的方法，驗證其主動運輸需要消耗能量。筆者由此得到啟發(fā)，探究呼吸抑制處理是否影響鉬酸鈉通過紫色洋蔥鱗片葉外表皮的跨膜運輸?shù)淖兩Ч?，以期更加直觀地幫助學生理解主動運輸?shù)奶攸c及概念。

1 實驗準備及摸索過程

在尋找呼吸抑制處理方法的過程中，MCE 試劑公司根據(jù)國外文獻推薦作為殺蟲劑的魚藤酮亦可抑制植物細胞呼吸。早期的研究表明，魚藤酮的作用機制是影響昆蟲的呼吸作用，主要是與NADH 脫氫酶與輔酶Q 之間的某一成分發(fā)生作用，許多生物細胞中的線粒體、NADH 脫氫酶、丁二酸、甘露醇及其他物質(zhì)對魚藤酮都存在一定的敏感性。但魚藤酮幾乎不溶于水，僅溶于乙醇、丙酮、四氯化碳、氯仿、乙醚等有機溶劑。筆者嘗試將魚藤酮溶于無水乙醇后進行實驗，對鉬酸鈉的跨膜運輸有一定的抑制作用，但因為溶解度非常低無法得出有抑制效果的魚藤酮溶液濃度，又因呼吸抑制劑在一定程度上對人體有毒害作用，故應該慎重地選擇作為中學實驗試劑。在查找和嘗試了若干種呼吸抑制的方法后，筆者選擇了一種較為簡單且便于在高中生物學實驗課中開展的方法，期望能引導學生更好地理解主動運輸?shù)倪^程及特點。

2 實驗材料及方法

植物材料選擇大小相等、同時期采購于超市的健康紫色洋蔥（Allium cepa）6 個，平均直徑約為8 cm，以鱗片葉外表皮細胞為實驗對象。實驗前先將洋蔥隨機分成2 組。一組洋蔥包裹若干層保鮮膜后放入袋子中密封，另一組洋蔥則不做任何處理置于空氣中，處理時長為12 h（圖1）。

圖1 呼吸抑制處理組（左）和未呼吸抑制處理組（右）的洋蔥

化學試劑選擇鉬酸鈉（Na2MoO4），為了對比效果更加明顯，鉬酸鈉溶液濃度選擇1 mol／L；觀察設備為舜宇光學的數(shù)字顯微鏡。

3 實驗步驟

1）制片：分別取2 組紫色洋蔥的鱗片葉外表皮細胞，按照教材中的步驟制成臨時裝片。

2）觀察：在低倍顯微鏡下觀察液泡的顏色及形態(tài)。

3）反應：從蓋玻片的一側滴入鉬酸鈉溶液，在蓋玻片的另一側用吸水紙引流，重復幾次，使洋蔥鱗片葉外表皮細胞浸潤在溶液中，記錄發(fā)生顏色變化所需的時間及5 min 時的細胞變色比例。

4 結果和分析

4.1 鉬酸鈉水溶液處理洋蔥外表皮細胞觀察顏色變化規(guī)律

分析：根據(jù)圖2可知從09∶54∶52→09∶57∶41→09∶59∶43 這3 個時刻圖的左上角同一區(qū)域觀察顯示：浸潤在1 mol／L 的鉬酸鈉溶液后，紫色洋蔥鱗片葉外表皮的液泡顏色變化規(guī)律為紫色→藏藍色→綠色，個別細胞內(nèi)會出現(xiàn)墨綠色。與劉海金等［1］觀察到的“從淺紫色變成深紫色，再變成天藍色，最后成為深藍色”的變色規(guī)律并不相同，即使延長時間至40 min，綠色及灰綠色并未成為過渡色?？赡芘c實驗時的氣溫（實驗日期為7月22日，晴，氣溫35℃）、紫色洋蔥的品種有關。

圖2 鉬酸鈉溶液處理紫色洋蔥鱗片葉外表皮的實驗結果圖（未呼吸抑制處理組）

分析：根據(jù)圖3可知從10∶10∶34→10∶12∶18→10∶15∶30 這3 個時刻的觀察顯示：反“Z”形空白處的右下角發(fā)生由紫色→藏藍色→墨綠色的變化非常明顯，呼吸抑制組紫色洋蔥鱗片葉外表皮的液泡顏色變化規(guī)律與未進行呼吸抑制處理的組別相同，說明呼吸抑制與否并不會影響液泡內(nèi)花青素的變色規(guī)律。

圖3 鉬酸鈉溶液處理紫色洋蔥鱗片葉外表皮的實驗結果圖（呼吸抑制處理組）

4.2 呼吸抑制處理與否的實驗結果對比及分析

分析：通過表1可知，本實驗呼吸未抑制組的變色時間（23 s）比劉海金等的實驗（91 s）有較大縮短，變色比例也有所升高（本實驗中5 min 時呼吸未抑制組的平均變色比例為96%，劉海金等的實驗中同濃度鉬酸鈉溶液的變色比例為74%，實驗持續(xù)時間未知）。變化發(fā)生總體呈加速趨勢，可能與實驗時的氣溫（7月22日，晴，氣溫35℃）及洋蔥品種有關。同時根據(jù)表1實驗結果可知，呼吸未抑制組的平均變色時間比呼吸抑制組短，5 min 時的平均變色比例比呼吸抑制組大，圖4亦能非常直觀地顯示呼吸未抑制組的洋蔥鱗片葉外表皮細胞中的液泡變色比例明顯大于呼吸抑制組，該實驗現(xiàn)象能在課堂上給予學生比較明顯的視覺沖擊。

表1 呼吸抑制處理與否的細胞變色時間及變色細胞比例

圖4 5 min 時不同組別的紫色洋蔥鱗片葉外表皮的實驗結果圖

綜上所述，該實驗能在較短的時間內(nèi)反映呼吸抑制處理會抑制鉬酸鈉通過洋蔥外表皮的跨膜運輸。結合細胞呼吸的知識，可得出鉬酸鈉通過洋蔥外表皮的跨膜運輸需要細胞呼吸提供能量這一結論。

5 展望

洋蔥鱗片葉外表皮細胞含有大量花青素，可作為天然酸堿指示劑，鉬酸鈉屬于強堿弱酸鹽，鉬酸鈉的跨膜運輸可改變液泡內(nèi)的pH 值。保鮮膜的包被制造了隔絕氧氣的實驗環(huán)境，數(shù)據(jù)統(tǒng)計及圖像的直觀比較，均能較好地說明鉬酸鈉跨膜運輸需要能量的事實，該實驗能對主動運輸這部分內(nèi)容的實驗空缺進行補充，加深學生對生物學概念的理解。且設計簡單易行，能在較短的時間內(nèi)出結果，儀器設備條件的要求較低，學生進行實驗操作時還能對之前所學的質(zhì)壁分離實驗的相關操作進行鞏固、加深記憶，非常適合在中學推廣。