“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)探索

謝 婕 陳慧妍 陳佳琪

(廣東第二師范學(xué)院生物與食品工程學(xué)院 廣州 510303)

在前人研究的基礎(chǔ)上，筆者對(duì)“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一系列操作，得出該實(shí)驗(yàn)的最佳材料、試劑、處理時(shí)間、方法等，旨在提高實(shí)驗(yàn)效果及課堂效率，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維以及科學(xué)情趣。本文報(bào)告如下：

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與用具 材料：煮熟的馬鈴薯、煮熟的白蘿卜、豆腐(硬的)、白涼粉；染色劑：10%紅墨水、10%黑墨水和1.5%醫(yī)用碘酊；用具：燒杯、電爐、美工刀、塑料湯勺、濾紙、吸水紙和一次性薄膜手套(防染色)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法 ①用美工刀將不同材料切成正方體，邊長(zhǎng)分別為3 cm、2 cm各1塊，1 cm切3～5塊。②將材料放在燒杯內(nèi)，加入不同染色劑溶液，將材料浸沒(méi)。③設(shè)置溫度因素處理，紅墨水和黑墨水分別進(jìn)行室溫與60℃保溫處理，碘酊因碘的揮發(fā)性不作溫度處理(室溫下即可)。染色過(guò)程中用塑料勺不時(shí)翻動(dòng)正方體材料。③帶上一次性手套，在5 min，10 min，15 min時(shí)，用塑料勺將邊長(zhǎng)為1 cm的正方體材料從溶液中取出。當(dāng)觀察到邊長(zhǎng)為1 cm的正方體完全染色，取出其他邊長(zhǎng)的正方體塊。④用紙巾把它們吸干，用刀切成三等份。取中間一份進(jìn)行觀察、測(cè)量和計(jì)算其滲透比值(滲透比值=擴(kuò)散的體積/整個(gè)材料的體積)。⑤每個(gè)材料的不同處理進(jìn)行三次重復(fù)，取平均值，并做方差和標(biāo)準(zhǔn)差分析，確定數(shù)值的可靠性。

2 結(jié)果與分析

2.1 同材料對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的影響 采用馬鈴薯、豆腐、白蘿卜和白涼粉代替含酚酞的瓊脂塊。使用紅墨水染色，結(jié)果如圖1所示；對(duì)材料的擴(kuò)散體積情況計(jì)算分析，得出不同材料的滲透比值(表1)。結(jié)果表明，在15 min、60℃的紅墨水中，每種材料的滲透比值隨著材料邊長(zhǎng)的增大而減?。黄渲校牧蠞B透比值最高的是白涼粉和白蘿卜，最低的是馬鈴薯，而豆腐的滲透效果在白蘿卜和馬鈴薯兩者中間。

A馬鈴薯 B豆腐 C白蘿卜 D白涼粉

材料種類材料的邊長(zhǎng)/cm擴(kuò)散的深度/cm滲透比值馬鈴薯(煮熟)豆腐白蘿卜白涼粉30.150.27120.150.38610.150.65730.20.34920.20.48810.20.78530.50.704 20.50.87510.5130.50.704 20.50.87510.51

2.2 染色劑對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的影響 采用10%紅墨水、10%黑墨水和1.5%碘酊三種染色劑，通過(guò)它們對(duì)白涼粉染色擴(kuò)散體積情況計(jì)算分析，得出不同染色劑的滲透比值(表2)。結(jié)果表明，紅墨水、黑墨水和碘酊均可以使材料染上顏色，如圖2所示，且相同時(shí)間內(nèi)每種染色劑的白涼粉滲透比值隨邊長(zhǎng)的增大而減小。其中，紅墨水滲透比值最高，黑墨水次之，室溫下醫(yī)用碘酊最低。

A.紅墨水 B.黑墨水 C.醫(yī)用碘酊(a為染色碘酊的外表面)

表2 15 min不同試劑處理白涼粉的滲透比值(其中紅墨水和黑墨水為60℃處理)

2.3 染色時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的影響 將邊長(zhǎng)為1 cm的白涼粉，分別浸泡紅墨水中5 min、10 min、15 min，觀察不同時(shí)間染色擴(kuò)散體積情況并計(jì)算分析，得出不同染色時(shí)間白涼粉的滲透比值(表3)。結(jié)果表明，在一定時(shí)間范圍內(nèi)，材料的浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，滲透比值越高，最高為1(全滲透)；且60℃、15 min的情況下，紅墨水中白涼粉的滲透比值接近1。

表3 在60℃紅墨水處理下1 cm3正方體白涼粉不同時(shí)間的滲透比值

2.4 溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的影響 對(duì)溫度的比較，通過(guò)比較室溫(約20℃)對(duì)照和60℃處理兩種溫度對(duì)比，觀察邊長(zhǎng)1 cm的白涼粉染液擴(kuò)散體積情況，發(fā)現(xiàn)邊長(zhǎng)1 cm的白涼粉在60℃紅墨水中，達(dá)到全滲透(滲透比值為1)時(shí)間為15 min，在20℃達(dá)到全滲透時(shí)間為30 min。結(jié)果表明，適當(dāng)加熱能加快染色劑的滲透效率。

3 討論

3.1 材料的生活化 通過(guò)調(diào)查了解，教材中“含酚酞的瓊脂塊”沒(méi)有成品可以購(gòu)買，必須由教師自己制作，這樣會(huì)花費(fèi)比較多的時(shí)間。生活中常見(jiàn)的白涼粉、豆腐(硬的)、白蘿卜、馬鈴薯，質(zhì)地均勻，容易滲透，這樣的改進(jìn)有利于實(shí)驗(yàn)的普及和推廣。同時(shí)，使用生活化的材料，引導(dǎo)學(xué)生用創(chuàng)新的思維看待實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)科學(xué)合理又簡(jiǎn)單易行的實(shí)驗(yàn)方法，不僅能培養(yǎng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，還能增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

3.2 實(shí)驗(yàn)的安全性 由于NaOH是強(qiáng)堿，有強(qiáng)烈的腐蝕性，實(shí)驗(yàn)有一定的危險(xiǎn)性。為此，可在生活中尋找容易取得、染色性強(qiáng)以及安全性高的溶液來(lái)代替NaOH溶液。從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看，紅墨水在加熱的情況下的滲透效果最好，且不含腐蝕性，比較安全；黑墨水在加熱的情況下的滲透速率和擴(kuò)散現(xiàn)象也不錯(cuò)；醫(yī)用碘酊的外部染色較快，滲透效果較差，測(cè)量的數(shù)據(jù)誤差大。

3.3 數(shù)據(jù)的代表性 實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)具有一定的代表性也是實(shí)驗(yàn)科學(xué)性的重要表現(xiàn)之一。該教學(xué)實(shí)驗(yàn)為的是讓學(xué)生從模擬材料中聯(lián)想遷移回細(xì)胞，以此來(lái)明白細(xì)胞的體積越小，其物質(zhì)運(yùn)輸效率就越高，故在實(shí)驗(yàn)中如果能使體積最小的物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)效果達(dá)到最佳，即滲透比值達(dá)到最大，能有助于學(xué)生理解體積小的細(xì)胞其運(yùn)輸效率高。

3.4 實(shí)驗(yàn)的高效性 在本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)課堂中，教師通過(guò)增加邊長(zhǎng)為1 cm的正方體材料的數(shù)量，在不同的時(shí)間取出并切開(kāi)，當(dāng)邊長(zhǎng)為1 cm的正方體完全染色，取出其余邊長(zhǎng)的正方體塊并測(cè)量。這一步驟的增加，使得該實(shí)驗(yàn)具有動(dòng)態(tài)性和趣味性，讓學(xué)生能夠具體觀察到試劑滲入材料的動(dòng)態(tài)過(guò)程；也能教導(dǎo)學(xué)生使用控制變量的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?？紤]到實(shí)驗(yàn)課堂的效果、學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和課堂的趣味性，可以參考本試驗(yàn)中使用的幾種實(shí)驗(yàn)材料來(lái)增設(shè)課堂實(shí)驗(yàn)中材料的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以及通過(guò)改變時(shí)間來(lái)測(cè)得邊長(zhǎng)為1 cm的正方體全滲透的最佳效果。

4 結(jié)論

從實(shí)驗(yàn)材料的選擇方面，白涼粉、豆腐、白蘿卜、馬鈴薯和均可以作為該實(shí)驗(yàn)的替代材料。其中，白涼粉與白蘿卜的擴(kuò)散速率相同且最快，并且白涼粉的內(nèi)部質(zhì)地均勻，滲透邊界十分清晰，容易進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的測(cè)量和計(jì)算。從染色劑的選擇方面，碘酊的滲透性較小，數(shù)據(jù)難以測(cè)量并且不具代表性；黑墨水雖然滲透速度也較快，但紅墨水的速度和效果更明顯，所以紅墨水為首選染色劑。因此，選用染色效果較好的紅墨水和白涼粉組合，通過(guò)染色時(shí)間的選擇來(lái)保證邊長(zhǎng)為1 cm的材料其滲透比值為1，并通過(guò)加熱使得實(shí)驗(yàn)進(jìn)展更為快速，從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，在60℃、染色15 min的情況下，邊長(zhǎng)為1 cm的白涼粉能達(dá)到最佳數(shù)據(jù)即滲透比值為1(全滲透)。

(廣東第二師范學(xué)院2014年度校級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目；No.jxtd01；廣東第二師范學(xué)院2012年度教學(xué)研究與改革項(xiàng)目;No.yb2210)