“植物細胞的質壁分離與復原”實驗的疑難剖析

黃萬婷

【摘?要】新課程高考要求學生必須掌握若干個基礎實驗。其中，“觀察植物細胞的質壁分離與復原”實驗的內容以及設計的原理比較復雜，與基礎知識的聯系更為緊密，學生在此實驗中存在許多疑難。筆者通過大量的資料查證與實驗，對該實驗進行相關方面的探究。

【關鍵詞】高中生物;實驗原理;應用

“觀察植物細胞的質壁分離與復原”是人教版高中生物必修一教材中的一個經典實驗，該實驗其實是連續的兩個實驗，一個是植物細胞質壁分離，一個是植物細胞質壁分離后復原。這個實驗是在研究細胞膜的通透性時做的實驗，對于一個活細胞來說，它的很多結構具有選擇透過性，依賴的主要是細胞膜的結構，該實驗要求學生理解細胞膜結構的特性、滲透原理以及基本的實驗技能。

一、相關概念的界定

首先明確一個基本概念，“質壁分離”的“壁”指的就是細胞壁，那么“質”指的是細胞質嗎？答案是否定的，所謂的“質”即原生質層。原生質層通俗來講是三層結構連在一起的一個統一的整體，包含細胞膜、細胞質和液泡膜，范圍是細胞膜以內液泡膜以外的部分。“質壁分離”研究的是原生質層和外面的這一層細胞壁之間的位置上的變化，它們兩個會分開也會復原。

二、實驗原理

活細胞的原生質層具有選擇透過性，所謂選擇透過性包含兩層意思：水分子可以自由通過原生質層;某些溶質分子不能通過原生質層。具體來分析，水分子能自由地跨膜運輸就會有方向，它既可以從細胞外向細胞內流動，也可以從細胞內向細胞外流動。而水分子運動的方向如何，取決于細胞內和細胞外的溶液的濃度，因此可以把水分子的運動方向概括為順濃度梯度。順濃度梯度順的是水分子（溶劑）的相對含量，即從水分子多的往水分子少的方向運動，而括號中注明的這個‘濃度指的是溶質的濃度，即從低滲往高滲方向運動。在這樣一個模型的建立下，假如細胞外是一個高濃度的環境，而細胞液的濃度相對較低，這時水分子會從細胞內向細胞外運動，細胞失水，細胞液體積減小，又因為細胞膜具有流動性，所以它會向內收縮，但是細胞壁的成分是纖維素和果膠，相當于一個不變的結構，它不會收縮，這樣就造成細胞壁和原生質層分離開;但如果反過來，當細胞外是一個低濃度的環境，而里面是一個高濃度的環境，它的水分子又會從細胞外向細胞內流動，那么里面吸收了更多的水分子使細胞液的體積增加，于是原生質層就會向外擴張，完成一個質壁分離后的復原，這就是一個基本的實驗原理。

三、選材

實驗當中，我們選擇成熟的植物細胞，這樣的細胞有中央大液泡，并且液泡中必須含有色素，因為這是一個觀察實驗，看的就是細胞液的體積以及顏色的變化。

首先，需要明確一點，并不是所有的植物細胞都有中央大液泡，甚至不是所有的植物細胞都有液泡，比如，幼嫩的組織以及分生組織是沒有液泡的，它構不成所謂的滲透系統。因此，能作為實驗材料的植物有很多，比如紫皮大蒜、馬齒莧、紅薯藤、紫鴨跖草、水綿、黑藻、紫玉蘭等，這些材料容易獲得，易撕取表皮，液泡較大，制片容易，實驗現象易觀察。西寧地區紫色洋蔥容易獲得，所以我們選擇的是紫色洋蔥的鱗片葉外表皮細胞。

四、實驗觀察

首先制作臨時裝片，把撕下來的洋蔥鱗片葉的外表皮平鋪在沾有蒸餾水的載玻片上，蓋上蓋玻片。原來細胞液是帶有一定濃度的，現在細胞外面是純的水，濃度低，這滴水會從細胞外流向細胞里，這是一個正常的細胞，接下來在顯微鏡下操作，往蓋玻片外的一點去滴加高濃度蔗糖溶液，或者選擇無機鹽的溶液，從而出現質壁分離。看到的具體現象是原生質層內縮，與細胞壁分離，紫顏色的細胞液面積減小，但顏色會有所加深，原因是水分出去，色素的濃度提高。原來細胞膜和細胞壁是貼著的，現在細胞膜和細胞壁分開，中間充斥了滴加的高濃度的蔗糖溶液。那么，質壁分離后怎么復原呢？在滴加蔗糖溶液的地方滴加一定量的蒸餾水，而且在蓋玻片的另外一側用吸水紙引流，這時水就會流向細胞內，原生質層又會張開，完成了質壁分離的復原。

五、應用

首先，檢驗細胞的活性，如果能正常完成質壁分離及其復原的過程，證明它是活細胞。其次，做質壁分離的時候一般選擇高濃度的蔗糖溶液，多高才算高？應該比細胞液的濃度高，加蔗糖溶液時從低往高加，加到剛開始質壁分離。實驗室用這種辦法檢測細胞液的濃度，因此50%的植物細胞出現質壁分離的濃度對應的就是細胞液的濃度。

回顧物質進出細胞的這樣一個模式，以最簡單的水分子為例，植物對于水份的吸收叫作滲透，滲透作用需滿足相關的條件。第一個條件是有半透膜，所謂半透膜就是選擇透過性膜;第二個條件是膜兩側有濃度差。在這樣兩個前提下，水總是從溶質少的地方流向溶質多的地方。第一個條件一般不太容易注意到，假如加的不是蔗糖溶液，而是乙醇溶液，這種溶質分子本身也能夠通過半透膜，細胞的原生質層對于這種分子沒有選擇透過性，顯然膜內外有沒有濃度差都不會觀察到質壁分離。因此，成熟的植物細胞的原生質層具有選擇透過性，主要是兩層膜上的蛋白質還有磷脂具有選擇透過性。

參考文獻：

[1]羅益群.“觀察植物細胞的質壁分離與復原”實驗初探[J].中學生物學，2005，21（1）：42～43.