關于質壁分離實驗材料的改進與思考

陳甜甜 王 星 王 穎 陳秉初 陳文榮

（浙江師范大學化學與生命科學學院 浙江金華 321004）

在高中生物學實驗中， 洋蔥鱗葉是教材普遍選用的實驗材料，具有取材方便、液泡較大、顏色較深和便于觀察等優點［1］。 但在實際操作中，洋蔥的紫色液泡容易撕破， 導致植物細胞質壁分離和復原現象無法觀察［2］；同時，由于洋蔥內層鱗片顏色較淺，質壁分離及其復原所需要的時間較長，阻礙了實驗的進度， 且洋蔥強烈的刺激性氣味也會影響學生的實驗狀態。 針對洋蔥這種實驗材料存在的缺陷，以及現階段高中生物學教學中“質壁分離實驗”選材過于單一的情況，本文選取了校園中常見的茶花（Camellia japonica）和紫玉蘭（Magnolia liliiflora）作為質壁分離實驗的拓展性材料，并進行質壁分離實驗，以期為“觀察植物質壁分離”實驗挑選更加適合的實驗材料。

1 材料與方法

1.1 材料篩選 通過查閱文獻，選擇木蘭科的紫玉蘭花瓣和山茶科的茶花花瓣作為質壁分離的實驗材料，直接撕取花瓣表皮進行制片、鏡檢。 對比40 倍物鏡下2 種花瓣表皮細胞的液泡大小、細胞結構的清晰程度及質壁分離程度。

1.2 方法

1.2.1 裝片制作 用鑷子夾取花瓣表皮，放置在滴有清水的載玻片上， 蓋上蓋玻片， 制成臨時裝片，并在低倍鏡下觀察花瓣表皮細胞。

1.2.2 蔗糖溶液處理 用天平分別稱量蔗糖并用蒸餾水配制成質量濃度為0.30 g/mL、0.35 g/mL、0.40 g/mL、0.45 g/mL 的蔗糖溶液。 分別用不同濃度的蔗糖溶液處理花瓣表皮臨時裝片；每個濃度梯度各制作3 個裝片，即3 個重復，每個裝片選取6個視野，約150 個細胞，先在低倍鏡下找到視野，再在40 倍物鏡下觀察花瓣表皮細胞質壁分離， 并導入至DP Controller 拍照，記錄質壁分離的情況。

1.2.3 花瓣含水量測定 采用稱重法測量花瓣的含水量，每種材料的花瓣各取3 朵，每朵取花瓣10 片，用賽多利斯（ESA2234S）萬分之一精度的天平測量其鮮重，以105℃殺菌1 h，之后放入75℃恒溫培養箱烘干至恒重。

1.3 數據處理 用AutoCAD 軟件分別計算花瓣表皮細胞和液泡的面積，計算S（液泡）／S（細胞）即B／A 值，用Excel 軟件計算不同濃度處理下B／A的平均值和方差。

采用SPSS 軟件進行Duncan 檢驗和單因素方差分析比較不同濃度蔗糖溶液處理下的差異（P＜0.05），最后利用SigmaPlot 制圖。

2 結果與分析

2.1 系列濃度蔗糖處理下茶花花瓣質壁分離情況比較40 倍物鏡下的茶花花瓣在不同濃度蔗糖溶液中表皮細胞的質壁分離現象（圖1，本文附圖見封二）， 茶花花瓣表皮細胞的細胞壁清晰可見，形狀為多邊形， 液泡呈橢圓狀或近橢圓狀， 顏色鮮紅，結構明顯；除對照組以外，其他4 組細胞的原生質層和細胞壁均發生分離，且現象明顯。 不同濃度的蔗糖溶液對茶花花瓣表皮細胞質壁分離的影響也差異顯著，呈現隨蔗糖溶液濃度的升高，S（液泡）/S（細胞）即B／A 值下降的趨勢，當蔗糖溶液濃度升高至0.45 g／mL 時，B／A 達到最低值22.60%。

2.2 系列濃度蔗糖處理下紫玉蘭花瓣質壁分離情況 系列濃度蔗糖處理后紫玉蘭花瓣表皮細胞質壁分離情況與茶花相似，在0.30~0.45 g／mL 的濃度范圍內，均能引起細胞發生質壁分離現象，且現象明顯（圖2），但相較于茶花細胞體積更小，呈現紫色,且結構也不如茶花清晰。用不同濃度的蔗糖溶液處理，細胞質壁分離程度差異顯著，0.30~0.45 g／mL的濃度范圍內，B/A 值范圍在34.70～26.87%之間。

3 討論與結論

理想實驗材料的選擇是實驗成功的重要一步。 根據質壁分離的原理選擇具有以下特點的材料能取得較好的實驗效果：1）必須是活細胞組織；2）必須是成熟細胞，且具有中央大液泡；3）植物組織應容易撕取，以便獲得單層細胞；4）液泡具有色澤鮮艷的天然色素， 以便于觀察質壁分離現象［3］。茶花和紫玉蘭的花瓣具有以上特點，是質壁分離的好材料。與洋蔥表皮相比，茶花和紫玉蘭的表皮更容易撕取，且擁有有色液泡，可清楚觀察到質壁分離現象。 同時，茶花和紫玉蘭是常見植物，分布廣泛，取材方便。 雖然對于某一種植物來說，開花受地理、季節等因素的制約，但一年四季有不同的植物開花，所以也可選擇其他的植物花瓣，進一步拓展質壁分離的實驗材料［3］。

從實驗效果分析，不同濃度的蔗糖溶液均能引起茶花花瓣表皮細胞和紫玉蘭花瓣表皮細胞發生質壁分離，且現象明顯（圖1、圖2），溶液濃度越高，B/A 值越小，細胞質壁分離程度越大［4］（圖1、圖2）。 茶花花瓣的B/A 值隨濃度變化較大，紫玉蘭的變化則相對較小， 這表明茶花花瓣細胞更易受蔗糖溶液濃度的影響。

茶花因其表皮容易撕取， 細胞和液泡大而清晰，質壁分離速度快，更適合研究系列濃度梯度下細胞質壁分離的變化情況， 是優于紫玉蘭的實驗材料。同時，實驗教學中可適當進行耐旱生理方面的拓展，以強化結構與功能相統一的生命觀念。