高中生物植物細胞吸水和失水實驗教學探討

◆吳云麗

高中生物植物細胞吸水和失水實驗教學探討

◆吳云麗

對于“植物細胞吸水與失水”的基本原理進行研究及發(fā)現(xiàn)是實驗中的常見問題，對教學進行相關闡述，重點要求學生能夠準確掌握實驗步驟、采樣方法、質壁分離原理、學會如何進行細胞失水吸水的實驗，對學生進行指導。

高中生物；植物細胞；實驗

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

1　前言

高中生物中所說的有關細胞失水和吸水現(xiàn)象在現(xiàn)實生活中很常見，如發(fā)蔫的蔬菜、撒過鹽巴后變得出水很多的蔬菜、菜農賣菜時為保鮮在蔬菜瓜果上面噴水等，都涉及到細胞的失水和吸水。本文將概括高中生物學中有關于細胞失水、吸水的內容，對于細胞失水、吸水實驗原理進行分析。

2　“植物細胞吸水和失水”實驗原理

“細胞失水和吸水”的原理就是質壁分離原理，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，首先要求實驗中有半透膜的存在，而且這個半透膜的兩側要存在濃度差。半透膜就是一層簡單的膜，它能夠讓小分子物質直接通過，但是一些大分子物質是沒有辦法通過的。要想使半透膜兩側的水分子能夠自由穿行，就要求半透膜兩側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，它會隨著溶液濃度的不斷增加而降低，在能量的驅動下，是會由水勢高的一側向水勢低的一側移動。對于植物細胞來說，提取半透膜并不難，因為植物細胞的細胞膜和液泡膜等都是屬于半透膜的范圍，通過設置植物細胞所持細胞液的濃度，能夠使溶液存在濃度差，這個時候細胞會很容易發(fā)生吸水和失水現(xiàn)象。

如“植物細胞的質壁分離與復原”實驗，用紫色洋蔥內表皮進行操作，因為它本身具有一定的顏色，在實驗的時候，具有不需染色就可以直接觀察到液泡質壁分離的變化的優(yōu)點。其實洋蔥的表皮中是只有外表皮才會表現(xiàn)出紫色的，但是由于外表皮是具有多層細胞的材料，這對于初學者來說，觀察效果是不理想的。在多次試驗中不難發(fā)現(xiàn)，洋蔥的內表皮是一種能夠很容易撕下來的只有一層單細胞的薄膜，但是由于其沒有顏色，往往需要進行染色后再進行實驗操作。

通過不斷地摸索實驗，用染料對洋蔥細胞進行活體染色來進行細胞質壁分離的實驗效果是最好的。因此，可以采用設置外界溶液的濃度差，來對紫色洋蔥內表皮細胞進行質壁分離實驗，令它處在濃度較高的蔗糖溶液中，當細胞內的組織也不斷外流后，原本緊緊貼著細胞壁的原生質層會因為細胞失水而發(fā)生一定程度的皺縮現(xiàn)象，于是就發(fā)生了質壁分離現(xiàn)象，這個時候通過顯微鏡進行觀察，會很清晰地看到這一現(xiàn)象。

在復原過程中，要將該細胞放到清水中浸泡，使細胞在濃度差的趨勢下進行吸水，逐步恢復到原來飽滿的樣子。這個時候通過顯微鏡可以發(fā)現(xiàn)原本皺縮的細胞膜已經重新貼合到了細胞壁上面，此時的現(xiàn)象叫做細胞質壁分離的復原。

3　“植物細胞吸水和失水”實驗過程

在實驗之前需要準備一定的原料和材料。實驗原料就是紫色洋蔥內表皮，用其作為實驗原料的優(yōu)點就是不用染色，容易撕取細胞，很方便臨時裝片的制作。另外還需要的實驗材料有刀片、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：剝取洋蔥鱗莖的鱗片葉，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心展平，避免出現(xiàn)有部分表皮重疊而對實驗觀察造成影響；輕輕蓋上蓋玻片，過程中使玻片傾斜一定角度，從而避免產生氣泡；之后用滴管在蓋玻片的一側滴一滴質量分數(shù)為30%的蔗糖溶液，然后用吸水紙從一側吸去多余的液體，該步驟重復兩到三次；在顯微鏡進行調焦處理，使學生能夠看到清晰的細胞，然后在顯微鏡下進行觀察，能夠看到原生質層在慢慢地進行收縮，逐漸會出現(xiàn)與細胞壁分離了的現(xiàn)象，直到原生質層收縮成為一個球狀的小團，此時與細胞壁完全分開，此時的現(xiàn)象叫做細胞質壁分離；在蓋玻片的一側滴加清水，用吸水紙在蓋玻片的另一側進行吸水，此時將蔗糖溶液置換成為清水，在顯微鏡下觀察，可見發(fā)生質壁分離現(xiàn)象的細胞在進行還原過程。到此就完成了細胞質壁分離與復原的實驗，這就是有關于高中生物所學到的“植物細胞吸水和失水”實驗的全部操作［2］。

在進行實驗的過程中也要注意分析，應該在觀察細胞質壁分離與復原實驗中將宏觀分析上升到微觀理解，將實驗結果拿來進行一定的分析。教師可提前將實驗要用到的玻片準備好，通過展示的方法讓學生先對接下來的實驗有一個大致的想法，然后將永久切片向學生展示，來讓他們說出自己對于失水原理的理解。

4　影響實驗結果的因素分析及控制

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

2）在展平的時候要小心仔細，如果沒有展平，是會造成細胞堆疊的，這也是影響觀察的一個重要因素。

3）在進行觀察的時候能夠選擇一個正確的觀察角度也是必須注意的，有的學生根本沒有找到實驗要觀察的細胞，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胞進行觀察，效果才是最明顯的，因為靠近邊緣的細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，而是太高的濃度會造成細胞受損，在接下來的復原實驗中就沒有辦法再進行下去了，其實在實驗的時候，只要蔗糖溶液濃度能夠比洋蔥表皮的細胞液濃度稍高就可以。

5）在蓋玻片一側進行吸水的時候，要重復進行兩到三次，因為單次的話可能造成溶液分布不均勻的現(xiàn)象，只有溶液將細胞全部浸泡的時候，才能夠更好地發(fā)生細胞質壁分離的動態(tài)現(xiàn)象［3］。

在實驗進行過程中，教師應該注意到這些問題，并對學生的實驗操作進行一定的指導和糾正，盡量避免這些問題的出現(xiàn)。也可以采用對照的實驗方法，讓學生看到錯誤的實驗操作會對實驗造成什么影響。另外，實驗最后的討論與實驗總結也是很重要的，它能夠促使學生交流自己的問題與發(fā)現(xiàn)，在實驗中得到進步。畢竟教育的意義有時候是大于本身實驗目的的，只有在實驗中得到學習的能力，才是實驗的根本目的。最后對實驗進行定性定向分析，由感性認識升級到理性認識，讓學生自己進行能力的提升，認識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更積極的學習態(tài)度，能夠在以后再遇到問題時迎難而上。

5　結語

實驗操作并不只是局限于實驗本身的，應該結合自身經驗與課本的理論知識，一定不要將其變成純粹的體驗式實驗，不要為了完成實驗而進行實驗。將理論知識與實驗操作相結合的實驗方法，更加有利于激發(fā)學生的實驗興趣，加深他們對于課本知識以及理論內容的理解，從而培養(yǎng)自己解決問題的能力。另外，教師應該要求學生多去發(fā)現(xiàn)身邊的問題，利用課下時間來進行擴展式實驗，盡可能多地在實驗探究中得到更多的知識。

［1］朱雷.對植物細胞吸水失水實驗的分析認識［J］.生物學教學，2010（4）：12.

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

［3］岑東照.“植物細胞的吸水和失水”實驗的改進［J］.教師，2012（5）：10.

G633.91

B

1671-489X（2016）03-0158-02

作者：吳云麗，河北豐潤車軸山中學（064001）。