基于水綿進(jìn)行質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)

王愛東

摘 要 植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離及復(fù)原在生物教學(xué)和實(shí)踐中均有重要意義，實(shí)驗(yàn)證明水綿細(xì)胞可以快速且反復(fù)多次質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原。以水綿為實(shí)驗(yàn)材料，可使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂上，輕松完成質(zhì)壁分離的探究實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)和理解植物細(xì)胞吸水和失水現(xiàn)象，并主動(dòng)獲得新知。

關(guān)鍵詞 水綿 質(zhì)壁分離 質(zhì)壁分離復(fù)原 創(chuàng)新教學(xué)

1 問(wèn)題的提出

質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)是人教版高中生物學(xué)《必修1·分子與細(xì)胞》教科書中的探究實(shí)驗(yàn)之一。教科書推薦利用新鮮洋蔥鱗片葉外表皮開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)：洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞容易被剝離而制成臨時(shí)裝片，細(xì)胞較大且細(xì)胞液中富含色素，在顯微鏡下易觀察;在質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液中很容易發(fā)生質(zhì)壁分離，而清水又可使質(zhì)壁分離得到復(fù)原。

實(shí)際教學(xué)中利用洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞觀察質(zhì)壁分離及復(fù)原的基本上都能成功，但是利用其開展質(zhì)壁分離和復(fù)原的應(yīng)用探宄時(shí)，效果不太理想，原因可能有：①學(xué)生取材時(shí)易將表皮撕破。②細(xì)胞質(zhì)壁分離速度慢，在質(zhì)量濃度為0.30 g/mL的蔗糖溶液處理15 min后，仍然有部分細(xì)胞未出現(xiàn)質(zhì)壁分離。③工作量大，部分教師在開展質(zhì)壁分離相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，均是通過(guò)拍照、計(jì)數(shù)，然后計(jì)算質(zhì)壁分離的細(xì)胞的百分比來(lái)說(shuō)明問(wèn)題，且只適合帶領(lǐng)少數(shù)學(xué)生開展此類探究，不適合普及。可能是由于洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞往往都是成片的，周圍的細(xì)胞容易與蔗糖溶液充分接觸，失水較快，最先發(fā)生質(zhì)壁分離;而內(nèi)部的細(xì)胞后接觸蔗糖溶液，且不充分，失水較慢，質(zhì)壁分離的速度也慢。

2 篩選新材料改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

針對(duì)利用洋蔥表皮細(xì)胞開展質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)教學(xué)的諸多問(wèn)題，筆者一直嘗試尋找新的實(shí)驗(yàn)材料替代之。選取新材料時(shí)，要考慮以下方面：①這種材料學(xué)生熟悉;②容易獲取;③利用普通的光學(xué)顯微鏡易觀察;④植物體由單列細(xì)胞組成，方便與外界溶液充分接觸，細(xì)胞質(zhì)壁分離速度可能會(huì)加快;⑤最好能反復(fù)質(zhì)壁分離，便于實(shí)驗(yàn)結(jié)果縱向?qū)Ρ取＞C合上述因素，絲狀藻類——水綿被納入視野。水綿基本上都能滿足前兩個(gè)條件，后三個(gè)條件有待驗(yàn)證。

3 可行性驗(yàn)證

3.1 水綿的采集和預(yù)培養(yǎng)

本實(shí)驗(yàn)的水綿采自北京師范大學(xué)珠海校區(qū)的池塘，采回的水綿先用清水清洗幾遍，放在清水中預(yù)培養(yǎng)一天，然后用于實(shí)驗(yàn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

①配制質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液。②制片觀察：隨機(jī)挑取水綿制作臨時(shí)裝片，用小號(hào)長(zhǎng)尾票夾夾住載玻片和蓋玻片（適合在載物臺(tái)中間有缺口的顯微鏡下觀察），可保持材料、視野、裝片不移動(dòng)。用顯微鏡選擇理想的視野，觀察細(xì)胞、以及原生質(zhì)層的位置，并拍照。③引流觀察：在蓋玻片一側(cè)滴加3或4滴質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液，在另一側(cè)用濾紙條進(jìn)行引流，當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象穩(wěn)定后拍照。用紙巾吸去多余的蔗糖溶液，再在蓋玻片一側(cè)滴加3或4滴清水，在另一側(cè)進(jìn)行引流，質(zhì)壁分離復(fù)原后拍照。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

觀察結(jié)果顯示，水綿中有帶狀葉綠體，在顯微鏡下（400X）清晰可見，有助于觀察質(zhì)壁分離現(xiàn)象。用質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液處理時(shí)，水綿細(xì)胞在1 min內(nèi)即出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象，質(zhì)壁分離復(fù)原同樣迅速;而且一個(gè)細(xì)胞可以多次反復(fù)質(zhì)壁分離和復(fù)原。這一特點(diǎn)為開展質(zhì)壁分離的應(yīng)用探究提供了便利。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師首先要求每位學(xué)生利用水綿進(jìn)行一次質(zhì)壁分離及復(fù)原的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)基本操作，了解和認(rèn)識(shí)水綿細(xì)胞質(zhì)壁分離及復(fù)原的特性。然后采用分組探究、結(jié)果分享的模式，開展探究教學(xué)：將班級(jí)學(xué)生分成幾個(gè)小組，每個(gè)小組分配一個(gè)質(zhì)壁分離應(yīng)用探究的問(wèn)題，每位組員配發(fā)一份相應(yīng)主題的實(shí)驗(yàn)探究學(xué)案。探究結(jié)束后，學(xué)生分享結(jié)果、交流經(jīng)驗(yàn)、提高認(rèn)識(shí)。以“測(cè)定水綿細(xì)胞液濃度范圍”為例。

提出問(wèn)題：如何利用“質(zhì)壁分離”來(lái)測(cè)定細(xì)胞液的濃度范圍？

做出假設(shè)：用一系列濃度梯度的蔗糖溶液分別處理水綿細(xì)胞，水綿細(xì)胞的細(xì)胞液濃度位于未發(fā)生質(zhì)壁分離和剛發(fā)生質(zhì)壁分離的蔗糖濃度范圍之間。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：①分別配制質(zhì)量濃度為0.10、0.20、0.30、0.40 g/mL的蔗糖溶液;②挑取水綿制作臨時(shí)裝片，用小號(hào)長(zhǎng)尾票夾夾住載玻片和蓋玻片，選取合適的、固定的視野，觀察拍照;③在蓋玻片一側(cè)滴加質(zhì)量濃度為0.10 g/mL的蔗糖溶液，待實(shí)驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定后，拍照，滴加清水使細(xì)胞質(zhì)壁分離復(fù)原，然后依次利用更高濃度梯度的蔗糖溶液，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論：利用質(zhì)量濃度為0.10 g/mL的蔗糖溶液處理綠色水綿時(shí)，細(xì)胞未發(fā)生的質(zhì)壁分離現(xiàn)象。當(dāng)利用0.20 g/mL的的蔗糖溶液處理時(shí)，水綿細(xì)胞發(fā)生明顯質(zhì)壁分離現(xiàn)象。據(jù)此得出結(jié)論：水綿細(xì)胞的細(xì)胞液濃度位于0.10 - 0.20 g/mL蔗糖濃度范圍之間。

根據(jù)上述結(jié)果可知，若要準(zhǔn)確判斷水綿細(xì)胞液濃度范圍，需配制更低濃度梯度的蔗糖溶液進(jìn)一步探究。課后，學(xué)生繼續(xù)探究測(cè)得水綿細(xì)胞的細(xì)胞液濃度位于0.15 - 0.175 g/mL蔗糖濃度范圍之間。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師收集理想的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后利用一定的課堂時(shí)間，對(duì)每個(gè)小組探究的問(wèn)題予以分析、分享和交流。

5 教學(xué)效果及反思

通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，在進(jìn)行質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)時(shí)，洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞所具有的優(yōu)點(diǎn)，水綿細(xì)胞均具備。但水綿細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的速度更快，而且可以反復(fù)多次質(zhì)壁分離及復(fù)原，這一優(yōu)點(diǎn)洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞不具備。另外得益于特殊的制片方法，可使水綿細(xì)胞始終固定在視野范圍之內(nèi)，實(shí)驗(yàn)處理后，可以將結(jié)果縱向?qū)Ρ龋庇^。

熟練的情況下，在一節(jié)課內(nèi)，每位學(xué)生利用水綿可輕松開展1或2個(gè)質(zhì)壁分離應(yīng)用的探究實(shí)驗(yàn)，使原本只能由教師“講”、學(xué)生機(jī)械式被動(dòng)式“受”的問(wèn)題，得以親自實(shí)踐。通過(guò)上述系列探究性學(xué)習(xí)，學(xué)生不但可以加深對(duì)細(xì)胞吸水和失水的認(rèn)知，靈活運(yùn)用質(zhì)壁分離，同時(shí)也獲得了新知。

參考文獻(xiàn)：

[l]周金成，陳維.洋蔥質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)條件的探究[J].生物學(xué)教學(xué)，2017，42（12）：27.

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