《細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系》的實驗創(chuàng)新

劉珠麗

【摘要】 通過物理方法和化學(xué)方法相結(jié)合的辦法，對細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系進研究，對原教材實驗處理進行改進，使新實驗流程更適應(yīng)教學(xué)實驗課程。

【關(guān)鍵詞】 細(xì)胞大小 物質(zhì)運輸 真空抽氣

【中圖分類號】 G633.8 【文獻標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2017）09-073-01

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探究“細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”實驗是人教版教材高中生物必修一中的一個實驗，可以幫助學(xué)生理解細(xì)胞不能無限長大的原因，并通過實際操作讓學(xué)生對細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系有具體的認(rèn)識。

一、實驗原型及不足之處

原教材中實驗操作為將含有酚酞的瓊脂塊放到裝有NaOH溶液的燒杯中，酚酞遇堿變紅。通過測量瓊脂塊變紅區(qū)域的大小，計算變紅區(qū)域大小與整個瓊脂塊的體積之比，來比較不同大小瓊脂塊物質(zhì)運輸?shù)男省?/p>

該方法中制備含酚酞瓊脂塊的步驟較為復(fù)雜，且NaOH溶液具有腐蝕性，學(xué)生在操作過程中存在一定的安全隱患。

二、實驗創(chuàng)新與改進之處

（一）實驗材料的改進

由于制作瓊脂塊需先將瓊脂溶于水加熱融化，在其冷卻過程中加入酚酞，待其凝固后再切成不同大小的正方體。該過程比較繁瑣，為了節(jié)約實驗時間，一般由實驗員老師提前準(zhǔn)備好，學(xué)生缺少了該環(huán)節(jié)的參與。有研究者對幾種材料已做過相關(guān)的實驗，取得較好的實驗結(jié)果。然而，筆者想找到一種可以讓學(xué)生們在實驗室全程參與且無任何安全隱患，又能更形象的體現(xiàn)細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)牟牧希?jīng)過反復(fù)的嘗試，筆者分別用涼粉、豆腐、馬鈴薯、白蘿卜、茄子等作為實驗材料，最后發(fā)現(xiàn)，用馬鈴薯代替含酚酞的瓊脂塊，實驗效果明顯。而且馬鈴薯一年四季均可買到，價格便宜，其在翻動時不會像瓊脂塊那樣容易破碎，更省去制備瓊脂塊的環(huán)節(jié)，縮短了實驗的時間。

其次，瓊脂塊是一種化學(xué)材料，用化學(xué)材料來模擬生物細(xì)胞，學(xué)生不容易理解，用馬鈴薯塊中的細(xì)胞團來模擬一個細(xì)胞，馬鈴薯是一種生物材料，學(xué)生更容易理解。

再次，用酸性品紅和白醋代替NaOH溶液，酸性品紅是酸性染料，呈紅色粉末狀，能溶于水。它是良好的細(xì)胞制染色劑，在動物制片上應(yīng)用很廣，在植物制片上用來染皮層、髓部等薄壁細(xì)胞和纖維素壁。組織切片在染色前先浸在帶酸性的水中，可增強它的染色力。酸性品紅和白醋均沒有腐蝕性，學(xué)生在操作過程中不存在安全隱患。

（二）實驗方法的改進

采用真空抽氣法，利用醫(yī)院里常用的一種醫(yī)療器械——注射器（200mL）（圖1），該材料新穎，容易吸引學(xué)生們的注意力，讓學(xué)生感興趣并提高學(xué)生的實驗積極性，且該方法在一定程度上可以縮短實驗時間。

本實驗也可以用加熱法來縮短實驗時間，加熱法的效果明顯，但是高溫也存在一定的安全隱患。

三、實驗器材

四、實驗原理及裝置說明

醋酸能夠改變細(xì)胞膜的通透性，加速染色劑進入細(xì)胞；在相同時間內(nèi)，物質(zhì)擴散進細(xì)胞的體積與細(xì)胞的總體積之比可以反映細(xì)胞的物質(zhì)運輸?shù)男省＠贸闅夥ǔ槿ヱR鈴薯塊表層的空氣，加速酸性品紅進入馬鈴薯塊（圖2）。

五、實驗過程

用干凈的小刀將新鮮馬鈴薯切成邊長分別為2cm，1cm的正方形；將馬鈴薯塊放進玻璃容器瓶內(nèi)，依次加入食用白醋和適量酸性品紅，將馬鈴薯塊淹沒，用塑料針筒進行抽氣3～5次，并搖動玻璃容器瓶；15-20分鐘后，小心倒出塑料瓶內(nèi)溶液；取出馬鈴薯塊，用小刀將馬鈴薯塊切成兩半。觀察切面，測量每一塊上酸性品紅擴散的深度，并記錄測量結(jié)果（圖3）（表1）。

六、討論

通過模擬實驗可以看出，細(xì)胞體積越大，其相對表面積越小，細(xì)胞的物質(zhì)運輸?shù)男示驮降汀＜?xì)胞表面積與體積的關(guān)系限制了細(xì)胞的長大。

本實驗中馬鈴薯作為生物材料相對瓊脂塊能更直接的展示細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系；用醋酸溶液處理馬鈴薯塊，可以讓學(xué)生重溫《觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布》中“鹽酸改變細(xì)胞膜的通透性”的知識點；采用酸性品紅浸泡經(jīng)過鹽酸處理的馬鈴薯塊，可以讓學(xué)生深刻體會“擴散現(xiàn)象”的原理；采用真空抽氣法，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維能力和積極探討實驗的熱情，并節(jié)約了實驗時間。

[ 參 考 文 獻 ]

[1]田永賢，張和平，等.細(xì)胞大小和物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系實驗的改進.實驗教學(xué)與儀器，2012（4）：27-27.

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[3]張麗萍.細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系模擬實驗的改進.中學(xué)教學(xué)參考，2011（23）：128-128.

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