探究“植物細胞的吸水和失水”實驗取材及試劑改進

林宏

摘 要：按照教材進行洋蔥鱗片葉外表皮細胞的質壁分離和復原實驗操作用時長，結果不明顯，筆者從改進實驗取材方法和分離試劑入手提高實驗的可行性，在節省實驗操作時間的同時保證實驗質量，促進學生實驗能力的提高。

關鍵詞：質壁分離；質壁分離復原；取材；分離試劑

生物學是在大量實驗實證基礎上建立起來的一門學科，毋庸置疑對實驗有一定的要求。新課程標準十分注重實驗探究能力的培養，新教材中也把實驗置于非常重要、不可或缺的地位。通過高中生物實驗教學的一些經驗和實踐，筆者認為高中教材的某些實驗，可以稍加改進或進一步探究，效果可更好。如在指導學生探究“植物細胞的吸水和失水”活動過程中，教材的參考案例為檢驗“原生質層相當于一層半透膜”，主要的實驗現象為洋蔥鱗片葉外表皮細胞的質壁分離和復原的觀察。若一味按照教材中提供的實驗方法及步驟，筆者發現實驗用時長，結果不明顯，失敗率高。故筆者思考能否通過實驗取材及試劑的改進來縮短實驗時間，提高實驗的可行性。通過實踐，發現效果較好。

一、取材方法的改進

教材中選用的材料是洋蔥鱗片葉的紫色外表皮，外表皮一般由外到內顏色漸淺，僅有一兩層符合選材標準，且表皮細胞緊密連結葉肉細胞，不易分開。若學生操作不當，會將葉肉細胞一起撕取，或將表皮細胞撕破，從而觀察不到完整細胞，引起實驗失敗。為此，筆者做了相應改進：將洋蔥鱗片葉剝離，使之不與莖相連，將剝離好的鱗片葉外表皮朝上，放置于通風及適當光照處，每天適時補充少許水分，過2～3天即可獲得較多紫色表皮。在操作過程中，教參中提示用刀片在外表皮劃-0.5cm見方的“井”字，后用鑷子將“井”字中央撕下。但因內層鱗片葉嫩，含水量大，外層鱗片葉韌性較大，往往會撕取不完整。在實踐中，操作者可沿葉脈垂直方向由內層向外層掰開，保持紫色外層不斷（此時鱗片葉內層已斷，但仍附著在外層），再沿葉脈方向輕拉，使鱗片葉內外層逐漸分離，仍保留少許附著，用刀片在分離處兩端分別截取一段即可獲得完整所需材料。這樣既避免了與葉肉細胞相互粘連導致細胞重疊，又方便操作，減少實驗時間。

二、分離試劑的改進

細胞發生質壁分離和復原所需時間長，而往往高中實驗安排的是一節課，用于器材的準備、實驗的講解等要用十多分鐘，真正用以實驗操作的時間不多于30分鐘，若用教材中的0.3g/mL的蔗糖溶液作為外界溶液進行質壁分離的觀察又進行質壁分離復原實驗，時間非常緊張，甚至有些組別都不能完成實驗。如何能既保證實驗質量，又縮短實驗用時呢？于是筆者就思考：能否通過提高蔗糖溶液的濃度的方法來實現？但若濃度太高細胞會失活，導致不能進行質壁分離復原。那應選擇什么樣的濃度為宜呢？通過查閱文獻資料，丁家強、韋蓉等發現蔗糖溶液濃度為0.50g/mL時洋蔥表皮細胞就會失水死亡，難以進行質壁分離的復原。所以應在0.30g/mL～0.50g/mL之間尋找一個恰當的濃度來進行實驗操作。

表1 不同濃度蔗糖溶液洋蔥鱗片葉外表皮

細胞質壁分離及復原結果

■

從表1得出第4組和第5組質壁分離用時短，但大部分細胞死亡，已不能再復原，故不予考慮作為實驗濃度；1、2、3組中，第1組完全質壁分離時間用時較長，質壁分離復原用時較短，已超過假定的實驗總用時；第3組則相反，第2組兩種用時居中，但總用時最短，所以0.35g/mL為最適合進行質壁分離及其復原實驗的蔗糖溶液濃度。

在課堂教學中，學生操作實踐后反應：蔗糖濃度高時較粘稠，在進行質壁分離復原操作時，加清水后在另一側用吸水紙吸引不易進入材料內部，不能使洋蔥鱗片葉表皮浸潤于其中，實驗誤差較大；在有限的實驗時間內可能看不到質壁分離復原，增加了實驗的失敗率。同時，粘稠的蔗糖溶液還會污染物鏡，且難以清洗，影響實驗器材的使用。由此，筆者就想能否采用其他分離試劑，以期取得更好的實驗結果，且不影響器材的后續使用。經過實踐，筆者認為用KNO3溶液替代蔗糖溶液效果較好，且KNO3溶液可被洋蔥鱗片葉表皮細胞吸收發生質壁分離自動復原，從而省卻加清水步驟，操作方便，用時較短。

KNO3溶液作為無機物，滲透勢與蔗糖不同，那要選擇KNO3溶液濃度應為多大？一般高中生物實驗室所用KNO3溶液濃度低于0.25g/mL，故濃度設定在0.25g/mL以下進行研究。

表2 不同濃度KNO3溶液洋蔥鱗片葉外表皮細胞

質壁分離及復原結果

■

分析表2數據可知：0.25g/mLKNO3溶液作為分離液滴加清水仍難以復原，原因在于大部分細胞已經失水過量死亡，KNO3溶液為0.19g/mL時，在有效觀察期內質壁分離自動復原細胞數量較少，滴加清水就短時間可以復原，但因此使得實驗變得繁瑣。KNO3溶液為0.01g/mL下，質壁分離時間太長，達不到節省時間的目的。綜合分析，0.07g/mL～0.13g/mL為比較適宜的KNO3實驗濃度。為便于實驗室中溶液配置，可選取中間值0.10g/mLKNO3溶液作為實驗操作濃度。這種方法雖然不用添加清水，但不好把握時間，極有可能稍不注意就錯過典型質壁分離細胞狀態，需觀察連續過程，適宜在演示實驗或驗證實驗時采用。如若需保留質壁分離較長時間，如師生邊探究邊思考問題邊操作或教師講解，則建議采用上述0.35g/mL的蔗糖溶液作為分離試劑。

上述若干改進，既可以保證實驗質量，又可以有效節省實驗操作時間，大大提高了生物實驗課的課堂效率，有利于學生養成良好的探究習慣以及拓展思維空間，從而順利完成實驗教學任務，實現相應的課堂教學目標。

參考文獻：

[1]朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書·生物1·分子與細胞[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2]朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書·生物1·分子與細胞·教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2011.

[3]丁家強.對“植物細胞質壁分離與復原”實驗的探究[J].中學生物學，2004（6）：41-42.

[4]韋蓉，楊君萍，王永旭.高中生物教學中探究式教學方法的實踐和思考[J].民主教學，2013（15）：199-200.

摘 要：按照教材進行洋蔥鱗片葉外表皮細胞的質壁分離和復原實驗操作用時長，結果不明顯，筆者從改進實驗取材方法和分離試劑入手提高實驗的可行性，在節省實驗操作時間的同時保證實驗質量，促進學生實驗能力的提高。

關鍵詞：質壁分離；質壁分離復原；取材；分離試劑

生物學是在大量實驗實證基礎上建立起來的一門學科，毋庸置疑對實驗有一定的要求。新課程標準十分注重實驗探究能力的培養，新教材中也把實驗置于非常重要、不可或缺的地位。通過高中生物實驗教學的一些經驗和實踐，筆者認為高中教材的某些實驗，可以稍加改進或進一步探究，效果可更好。如在指導學生探究“植物細胞的吸水和失水”活動過程中，教材的參考案例為檢驗“原生質層相當于一層半透膜”，主要的實驗現象為洋蔥鱗片葉外表皮細胞的質壁分離和復原的觀察。若一味按照教材中提供的實驗方法及步驟，筆者發現實驗用時長，結果不明顯，失敗率高。故筆者思考能否通過實驗取材及試劑的改進來縮短實驗時間，提高實驗的可行性。通過實踐，發現效果較好。

一、取材方法的改進

教材中選用的材料是洋蔥鱗片葉的紫色外表皮，外表皮一般由外到內顏色漸淺，僅有一兩層符合選材標準，且表皮細胞緊密連結葉肉細胞，不易分開。若學生操作不當，會將葉肉細胞一起撕取，或將表皮細胞撕破，從而觀察不到完整細胞，引起實驗失敗。為此，筆者做了相應改進：將洋蔥鱗片葉剝離，使之不與莖相連，將剝離好的鱗片葉外表皮朝上，放置于通風及適當光照處，每天適時補充少許水分，過2～3天即可獲得較多紫色表皮。在操作過程中，教參中提示用刀片在外表皮劃-0.5cm見方的“井”字，后用鑷子將“井”字中央撕下。但因內層鱗片葉嫩，含水量大，外層鱗片葉韌性較大，往往會撕取不完整。在實踐中，操作者可沿葉脈垂直方向由內層向外層掰開，保持紫色外層不斷（此時鱗片葉內層已斷，但仍附著在外層），再沿葉脈方向輕拉，使鱗片葉內外層逐漸分離，仍保留少許附著，用刀片在分離處兩端分別截取一段即可獲得完整所需材料。這樣既避免了與葉肉細胞相互粘連導致細胞重疊，又方便操作，減少實驗時間。

二、分離試劑的改進

細胞發生質壁分離和復原所需時間長，而往往高中實驗安排的是一節課，用于器材的準備、實驗的講解等要用十多分鐘，真正用以實驗操作的時間不多于30分鐘，若用教材中的0.3g/mL的蔗糖溶液作為外界溶液進行質壁分離的觀察又進行質壁分離復原實驗，時間非常緊張，甚至有些組別都不能完成實驗。如何能既保證實驗質量，又縮短實驗用時呢？于是筆者就思考：能否通過提高蔗糖溶液的濃度的方法來實現？但若濃度太高細胞會失活，導致不能進行質壁分離復原。那應選擇什么樣的濃度為宜呢？通過查閱文獻資料，丁家強、韋蓉等發現蔗糖溶液濃度為0.50g/mL時洋蔥表皮細胞就會失水死亡，難以進行質壁分離的復原。所以應在0.30g/mL～0.50g/mL之間尋找一個恰當的濃度來進行實驗操作。

表1 不同濃度蔗糖溶液洋蔥鱗片葉外表皮

細胞質壁分離及復原結果

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從表1得出第4組和第5組質壁分離用時短，但大部分細胞死亡，已不能再復原，故不予考慮作為實驗濃度；1、2、3組中，第1組完全質壁分離時間用時較長，質壁分離復原用時較短，已超過假定的實驗總用時；第3組則相反，第2組兩種用時居中，但總用時最短，所以0.35g/mL為最適合進行質壁分離及其復原實驗的蔗糖溶液濃度。

在課堂教學中，學生操作實踐后反應：蔗糖濃度高時較粘稠，在進行質壁分離復原操作時，加清水后在另一側用吸水紙吸引不易進入材料內部，不能使洋蔥鱗片葉表皮浸潤于其中，實驗誤差較大；在有限的實驗時間內可能看不到質壁分離復原，增加了實驗的失敗率。同時，粘稠的蔗糖溶液還會污染物鏡，且難以清洗，影響實驗器材的使用。由此，筆者就想能否采用其他分離試劑，以期取得更好的實驗結果，且不影響器材的后續使用。經過實踐，筆者認為用KNO3溶液替代蔗糖溶液效果較好，且KNO3溶液可被洋蔥鱗片葉表皮細胞吸收發生質壁分離自動復原，從而省卻加清水步驟，操作方便，用時較短。

KNO3溶液作為無機物，滲透勢與蔗糖不同，那要選擇KNO3溶液濃度應為多大？一般高中生物實驗室所用KNO3溶液濃度低于0.25g/mL，故濃度設定在0.25g/mL以下進行研究。

表2 不同濃度KNO3溶液洋蔥鱗片葉外表皮細胞

質壁分離及復原結果

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分析表2數據可知：0.25g/mLKNO3溶液作為分離液滴加清水仍難以復原，原因在于大部分細胞已經失水過量死亡，KNO3溶液為0.19g/mL時，在有效觀察期內質壁分離自動復原細胞數量較少，滴加清水就短時間可以復原，但因此使得實驗變得繁瑣。KNO3溶液為0.01g/mL下，質壁分離時間太長，達不到節省時間的目的。綜合分析，0.07g/mL～0.13g/mL為比較適宜的KNO3實驗濃度。為便于實驗室中溶液配置，可選取中間值0.10g/mLKNO3溶液作為實驗操作濃度。這種方法雖然不用添加清水，但不好把握時間，極有可能稍不注意就錯過典型質壁分離細胞狀態，需觀察連續過程，適宜在演示實驗或驗證實驗時采用。如若需保留質壁分離較長時間，如師生邊探究邊思考問題邊操作或教師講解，則建議采用上述0.35g/mL的蔗糖溶液作為分離試劑。

上述若干改進，既可以保證實驗質量，又可以有效節省實驗操作時間，大大提高了生物實驗課的課堂效率，有利于學生養成良好的探究習慣以及拓展思維空間，從而順利完成實驗教學任務，實現相應的課堂教學目標。

參考文獻：

[1]朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書·生物1·分子與細胞[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2]朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書·生物1·分子與細胞·教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2011.

[3]丁家強.對“植物細胞質壁分離與復原”實驗的探究[J].中學生物學，2004（6）：41-42.

[4]韋蓉，楊君萍，王永旭.高中生物教學中探究式教學方法的實踐和思考[J].民主教學，2013（15）：199-200.

摘 要：按照教材進行洋蔥鱗片葉外表皮細胞的質壁分離和復原實驗操作用時長，結果不明顯，筆者從改進實驗取材方法和分離試劑入手提高實驗的可行性，在節省實驗操作時間的同時保證實驗質量，促進學生實驗能力的提高。

關鍵詞：質壁分離；質壁分離復原；取材；分離試劑

生物學是在大量實驗實證基礎上建立起來的一門學科，毋庸置疑對實驗有一定的要求。新課程標準十分注重實驗探究能力的培養，新教材中也把實驗置于非常重要、不可或缺的地位。通過高中生物實驗教學的一些經驗和實踐，筆者認為高中教材的某些實驗，可以稍加改進或進一步探究，效果可更好。如在指導學生探究“植物細胞的吸水和失水”活動過程中，教材的參考案例為檢驗“原生質層相當于一層半透膜”，主要的實驗現象為洋蔥鱗片葉外表皮細胞的質壁分離和復原的觀察。若一味按照教材中提供的實驗方法及步驟，筆者發現實驗用時長，結果不明顯，失敗率高。故筆者思考能否通過實驗取材及試劑的改進來縮短實驗時間，提高實驗的可行性。通過實踐，發現效果較好。

一、取材方法的改進

教材中選用的材料是洋蔥鱗片葉的紫色外表皮，外表皮一般由外到內顏色漸淺，僅有一兩層符合選材標準，且表皮細胞緊密連結葉肉細胞，不易分開。若學生操作不當，會將葉肉細胞一起撕取，或將表皮細胞撕破，從而觀察不到完整細胞，引起實驗失敗。為此，筆者做了相應改進：將洋蔥鱗片葉剝離，使之不與莖相連，將剝離好的鱗片葉外表皮朝上，放置于通風及適當光照處，每天適時補充少許水分，過2～3天即可獲得較多紫色表皮。在操作過程中，教參中提示用刀片在外表皮劃-0.5cm見方的“井”字，后用鑷子將“井”字中央撕下。但因內層鱗片葉嫩，含水量大，外層鱗片葉韌性較大，往往會撕取不完整。在實踐中，操作者可沿葉脈垂直方向由內層向外層掰開，保持紫色外層不斷（此時鱗片葉內層已斷，但仍附著在外層），再沿葉脈方向輕拉，使鱗片葉內外層逐漸分離，仍保留少許附著，用刀片在分離處兩端分別截取一段即可獲得完整所需材料。這樣既避免了與葉肉細胞相互粘連導致細胞重疊，又方便操作，減少實驗時間。

二、分離試劑的改進

細胞發生質壁分離和復原所需時間長，而往往高中實驗安排的是一節課，用于器材的準備、實驗的講解等要用十多分鐘，真正用以實驗操作的時間不多于30分鐘，若用教材中的0.3g/mL的蔗糖溶液作為外界溶液進行質壁分離的觀察又進行質壁分離復原實驗，時間非常緊張，甚至有些組別都不能完成實驗。如何能既保證實驗質量，又縮短實驗用時呢？于是筆者就思考：能否通過提高蔗糖溶液的濃度的方法來實現？但若濃度太高細胞會失活，導致不能進行質壁分離復原。那應選擇什么樣的濃度為宜呢？通過查閱文獻資料，丁家強、韋蓉等發現蔗糖溶液濃度為0.50g/mL時洋蔥表皮細胞就會失水死亡，難以進行質壁分離的復原。所以應在0.30g/mL～0.50g/mL之間尋找一個恰當的濃度來進行實驗操作。

表1 不同濃度蔗糖溶液洋蔥鱗片葉外表皮

細胞質壁分離及復原結果

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從表1得出第4組和第5組質壁分離用時短，但大部分細胞死亡，已不能再復原，故不予考慮作為實驗濃度；1、2、3組中，第1組完全質壁分離時間用時較長，質壁分離復原用時較短，已超過假定的實驗總用時；第3組則相反，第2組兩種用時居中，但總用時最短，所以0.35g/mL為最適合進行質壁分離及其復原實驗的蔗糖溶液濃度。

在課堂教學中，學生操作實踐后反應：蔗糖濃度高時較粘稠，在進行質壁分離復原操作時，加清水后在另一側用吸水紙吸引不易進入材料內部，不能使洋蔥鱗片葉表皮浸潤于其中，實驗誤差較大；在有限的實驗時間內可能看不到質壁分離復原，增加了實驗的失敗率。同時，粘稠的蔗糖溶液還會污染物鏡，且難以清洗，影響實驗器材的使用。由此，筆者就想能否采用其他分離試劑，以期取得更好的實驗結果，且不影響器材的后續使用。經過實踐，筆者認為用KNO3溶液替代蔗糖溶液效果較好，且KNO3溶液可被洋蔥鱗片葉表皮細胞吸收發生質壁分離自動復原，從而省卻加清水步驟，操作方便，用時較短。

KNO3溶液作為無機物，滲透勢與蔗糖不同，那要選擇KNO3溶液濃度應為多大？一般高中生物實驗室所用KNO3溶液濃度低于0.25g/mL，故濃度設定在0.25g/mL以下進行研究。

表2 不同濃度KNO3溶液洋蔥鱗片葉外表皮細胞

質壁分離及復原結果

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分析表2數據可知：0.25g/mLKNO3溶液作為分離液滴加清水仍難以復原，原因在于大部分細胞已經失水過量死亡，KNO3溶液為0.19g/mL時，在有效觀察期內質壁分離自動復原細胞數量較少，滴加清水就短時間可以復原，但因此使得實驗變得繁瑣。KNO3溶液為0.01g/mL下，質壁分離時間太長，達不到節省時間的目的。綜合分析，0.07g/mL～0.13g/mL為比較適宜的KNO3實驗濃度。為便于實驗室中溶液配置，可選取中間值0.10g/mLKNO3溶液作為實驗操作濃度。這種方法雖然不用添加清水，但不好把握時間，極有可能稍不注意就錯過典型質壁分離細胞狀態，需觀察連續過程，適宜在演示實驗或驗證實驗時采用。如若需保留質壁分離較長時間，如師生邊探究邊思考問題邊操作或教師講解，則建議采用上述0.35g/mL的蔗糖溶液作為分離試劑。

上述若干改進，既可以保證實驗質量，又可以有效節省實驗操作時間，大大提高了生物實驗課的課堂效率，有利于學生養成良好的探究習慣以及拓展思維空間，從而順利完成實驗教學任務，實現相應的課堂教學目標。

參考文獻：

[1]朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書·生物1·分子與細胞[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2]朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書·生物1·分子與細胞·教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2011.

[3]丁家強.對“植物細胞質壁分離與復原”實驗的探究[J].中學生物學，2004（6）：41-42.

[4]韋蓉，楊君萍，王永旭.高中生物教學中探究式教學方法的實踐和思考[J].民主教學，2013（15）：199-200.