“觀察植物細胞質壁分離和復原”實驗探究

李盛文

摘 ?要 將“觀察植物細胞質壁分離和復原”實驗轉化為“探究不同試劑不同濃度設置下對植物細胞質壁分離和復原的影響”，對藥品和具體的操作步驟做出一定的調整，并在實驗的過程中引導學生進行更進一步的探究，不斷完善細胞質壁分離實驗，讓學生在實驗中以小見大，能夠從實驗中得到更多的提升。

關鍵詞 高中生物;探究性實驗;植物細胞;質壁分離

中圖分類號：G642.423 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）17-0118-02

1 前言

“觀察植物細胞質壁分離與復原”是高中生物“植物對水分的吸收”這一章節的知識點，該知識點在于引導學生理解植物細胞吸水與失水的原理以及原因。在組織實驗時，學生有機會通過個人實驗操作去感受滲透原理。該實驗是生物課程的第一個探究實驗，第一次將科學探究獨立提出。

關于植物細胞質壁分離的實驗是采用洋蔥鱗片葉外表皮細胞作為實驗材料，并用30%（即0.3 g/mL）蔗糖溶液處理，觀察質壁分離現象。該實驗的三個步驟：提問題、做假設、根據實驗現象進行歸納總結。該過程是生物實驗的大致步驟，已經在學生生物實驗中形成固定的模式，便于學生熟悉實驗流程;同時存在一些不足之處，如整個實驗過程流于形式。針對實驗過程中出現的不足，筆者準備了多種實驗試劑，分別為蔗糖溶液、醋酸溶液和CaCl2溶液、NaCl溶液和KNO3溶液，以此激發學生深入探究的興趣。

2 教學策略

該實驗采用小組合作探究的形式展開，要求學生記載實驗階段、實驗現象。實驗前一天，實驗教師要求每個小組從事先準備好的五種實驗試劑中選擇一種，在實驗過程中根據試劑的濃度程度將試劑劃分為六個階段。再針對每位學生和小組合作能力的不同，將他們分為目標組、潛力組、提高組三個小組進行教學。目標組用的是教材所要求的蔗糖溶液做試劑;潛力組用的是醋酸溶液和CaCl2溶液做試

劑;提高組用的是NaCl溶液和KNO3溶液做試劑，要求學生具有較高的操作技能。各小組要觀察不同試劑不同濃度對植物質壁分離的影響和質壁分離復原所用時間的長短。

3 實驗改進的探索

發現問題，課前準備 ?從材料的選擇、溶液的改進、濃度的運用等方面引導學生進行前置性思考。如在積極引導學生思考等方面，可以通過變化實驗過程中蔗糖溶液的含量，將此作為實驗變量，引導學生思考蔗糖溶液濃度的變化會帶來怎樣的變化。常規情況下采用0.3 g/mL的蔗糖溶液作為試劑進行實驗研究，該試劑是否能夠使洋蔥鱗片葉表皮細胞發生質壁分離的現象？在進行實驗之前，學生對該結論已經十分熟悉，再以0.3 g/mL的蔗糖溶液作為試劑進行實驗，無法鍛煉實踐能力，也無法深化對該知識點的理解，變動實驗變量是很好的思路。此外，在進行實驗過程中，每個小組采用的蔗糖溶液濃度存在差異，為了能夠讓大家更加清晰地了解蔗糖溶液的濃度給洋蔥鱗片葉表皮細胞帶來的變化，每個小組的成員可以交替進行實驗結果觀察，讓大家能夠了解更多的實驗情況。

分組探究 ?各小組以六個濃度梯度的實驗試劑作為處理液，分別觀察在每一種濃度的溶液處理下植物細胞產生質壁分離和復原的現象，并記錄植物細胞出現質壁分離所需要的時間。小組內討論交流實驗結果，制作表格，比較發生質壁分離及復原的最佳濃度范圍。

實驗改進 ?通過探究，教師對該實驗操作進行了改進，效果很好。

【改進一】在原本的實驗過程中，在處理臨時裝片時，通常采用蓋玻片加蓋，但是在實驗過程中發現在操作過程中容易產生氣泡。經過改進后，不再使用蓋玻片進行加蓋，標本的氣泡大大減少。

【改進二】過去將試劑滴入玻片中，待洋蔥表皮吸收試劑后，才用紙巾吸取滴入的液體。裝片與液體的接觸耗費的時間很長，導致整個實驗的進度受到一定的影響。如在選擇蔗糖溶液或者清水滴入裝片時，在后期吸水時，液體會沿著蓋玻片兩邊移動，加大吸水難度;同時導致進入蓋玻片的液體較少，導致很多細胞質壁不能完全分離，或者出現質壁分離后無法復原等現象。針對這些現象，做出相應調整，選擇將裝片直接浸泡在液體中，讓裝片與液體充分接觸，保持裝片的水分，讓裝片能夠快速實現質壁分離和質壁分離復原。

【改進三】過去的實驗在獲取裝片時，直接將洋蔥表皮撕下來。在本次實驗中，采用切表皮或者刮掉葉肉留下表皮的方式獲取裝片原料。洋蔥鱗莖最外層2～4層鱗片葉外表皮呈現紫色，適合用作實驗材料，但獲取難度大。學生用刀片反復向前刮除表皮內表面的葉肉細胞，刮除洋蔥鱗片葉外表皮內面的葉肉細胞，教師會擔心學生這一操作直接破壞洋蔥表皮。需要解釋的是洋蔥表皮緊緊貼合在葉片上，葉肉細胞多汁，容易去除，因此要保證刮出葉肉的方向一致，表皮不會受損。這樣做大大提高了實驗的速度和成功率。

【改進四】學生提出采用無色洋蔥作為實驗材料，用帶顏色的試劑來觀察實驗現象，如亞甲基藍和紅墨水;也可對洋蔥細胞活體提前染色后（中性紅染劑），觀察內表皮細胞。

4 實驗結果探討

該實驗的目的是探討有關植物細胞產生質壁分離的程度與液體濃度之間的關系，通過實驗總結得出哪一種試劑最適用于觀察植物細胞質壁分離。值得一提的是，該實驗在原有實驗的基礎上做出一系列的改進與完善，在很大程度上推動了學生對該實驗的理解，加深了對該知識點的理解。

1）目標組。以蔗糖溶液為試劑，濃度分別為10%、20%、

30%、40%、50%、60%。質壁分離所用時間和復原現象結果如下：

【結果一】10%和20%的蔗糖溶液要求時間很長，至少需要一小時以上，一節課下來看不到質壁分離現象;

【結果二】30%的蔗糖溶液實驗時間約為10分鐘，課堂時間很倉促;

【結果三】40%的蔗糖溶液實驗時間約為五分鐘，學生有時間進行實驗，又能較快地觀察到比較明顯的實驗結果;

【結果四】50%的蔗糖溶液使植物細胞發生質壁分離的時間不到一分鐘;60%的蔗糖溶液讓植物發生質壁分離的時間為一分鐘左右，細胞在該試劑濃度下存活的難度較大。

通過實驗，學生發現30%的蔗糖溶液濃度可以引起細胞的質壁分離，但并不是質壁分離的最小濃度，只是用30%的濃度效果比較明顯，而又不引起細胞失水死亡，是一個比較恰當的實驗濃度而已。

2）潛力組。實驗結果如下：

【結果】將CaCl2溶液作為質壁分離試劑，該試劑的特點在于滲透性強，質壁分離的現象十分明顯。

3）提高組。以KNO3溶液作為試劑，六個濃度分別為

0.1 g/mL、0.08 g/mL、0.06 g/mL、0.04 g/mL、0.02 g/mL、0.01 g/mL。學生觀察到的實驗結果為：

【結果一】濃度為0.1 g/mL，細胞發生質壁分離特別明顯，但加水與不加水，質壁分離后都不會復原;

【結果二】濃度在0.06～0.1 g/mL這個范圍時，細胞發生質壁分離的現象明顯，在這個過程中如果分離時間過長，加水稀釋細胞，也無法讓細胞質壁分離復原;

【結果三】濃度為0.06 g/mL時，效果較好;

【結果四】試劑濃度在0.02 g/mL以下時，細胞難以發生質壁分離現象，主要的原因在于試劑濃度過低，導致植物細胞并未對該試劑及時做出反饋。

從這份數據信息可以得出，植物細胞發生質壁分離的臨界點是試劑濃度為0.02 g/mL時。

通過數據的整合與分析，學生得出結論：試劑的不同或者試劑的濃度存在差異，在不同的試劑作用下，植物細胞發生質壁分離所需時間不同，如硝酸鉀溶液僅需1～2分鐘即可，但維持時間短，會發生質壁分離自動復原現象。

以NaCl溶液為例，濃度分別為2%、3%、4%、5%、8%、10%。采用濃度在2%～5%的NaCl溶液進行實驗，獲得的現象比教材中介紹的3O%（0.3 g/mL）的蔗糖溶液帶來的質壁分離現象更加明顯，其中濃度3%和4%的NaCl溶液效果最好。

各小組記錄發生質壁分離和復原時間發現：以CaCl2溶液作為試劑，植物細胞發生質壁分離的時間短，且效果十分明顯。得出結論：有些溶液處理的發生質壁分離的植物細胞能夠實現細胞質壁分離復原。由于不同的試劑帶來的實驗效果存在差異，因此在實驗過程中需要將各項數據記載完善，以免造成數據紊亂以及實驗結果作廢。在引導實驗過程中，針對學生實驗過程中出現的操作失誤等問題，如學生實驗缺乏耐心、實驗操作馬虎等，需要耐心引導學生獨立完成實驗操作，鍛煉學生的耐心。耐心的培養與鍛煉有助于提升學生的實踐能力。

5 知識拓展

在組織學生進行實驗過程中，筆者為學生準備的是紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞。在實驗過程中，筆者先將該材料呈現給學生，然后向學生提問采用紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞的原因。最開始學生對該問題不是特別了解，筆者陳列出多個選擇紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞的原因選項，讓學生根據所學知識進行猜測，并且先保留學生的意見。在實驗結束后，筆者再次讓學生發表自己的看法，對比實驗前后學生的意見是否發生改變，再引導學生找到正確的答案。此外，為了培養學生的探究意識，筆者鼓勵學生將所學知識運用于生活實踐中，用實踐去檢測對課本知識的理解程度。

探究性實驗是探究性學習的一種非常重要的形式，在探究中思考問題，提出改進措施，以及發現新的問題并進一步探究，有利于增強學生的實驗探究能力。另外，通過本次實驗教學，發現學生的潛能是很大的。因此，在未來的教學中要充分發揮教學實驗課題的功能，將教學實驗課題與書本知識點相結合，不斷完善實驗操作，不斷鞏固學生的知識，通過教學實驗推動學生深化對知識點的理解。筆者相信，在未來教學過程中，在與學生共同努力下，師生之間的配合會越來越好，教學效果也會越來越好。

參考文獻

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