利用中性紅觀察黑藻活細胞的物質進出*

孫 娟 尹思源 柳忠烈

（1 北京市第五十七中學 北京 100038 2 首都師范大學附屬回龍觀育新學校 北京 102208 3 北京市海淀區教師進修學校 北京 100195）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出：“生物學課程要求學生主動地參與學習，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設、發現規律等過程中習得生物學知識，養成科學思維的習慣，形成積極的科學態度，發展終身學習及創新實踐能力”。生物學課程應“高度關注學生學習過程中的實踐經歷，強調學生學習的過程是主動參與的過程，讓學生積極參與動手和動腦的活動，通過探究性學習活動或完成工程學任務，加深對生物學概念的理解，提升應用知識的能力，培養創新精神，進而能用科學的觀點、知識、思路和方法，探討或解決現實生活中的某些問題”?；谡n程標準的教學應當更關注創設真實的問題情境，創設學生動手實踐活動空間。

高中教材實驗中，通常利用洋蔥表皮細胞觀察植物細胞的質壁分離和復原［1］。依據洋蔥紫色表皮細胞顏色變深的現象，在顯微鏡下可明顯觀察到植物細胞在高濃度蔗糖溶液中發生了質壁分離。但用清水促使植物細胞發生質壁分離復原時，只能看到紫色的范圍逐漸恢復，卻無法看到外界有物質進入細胞。如何讓學生進一步探究，從而深刻體會“活細胞”才具有控制物質進出的功能？

筆者嘗試選用黑藻作為實驗材料［2-3］，在觀察活細胞胞質環流的同時，觀察細胞質壁分離現象。之后，利用活細胞染料中性紅，可觀察植物細胞發生質壁分離復原時，與外界環境發生了物質交換。以中性紅進入細胞作為指示，有利于將“活細胞”能控制“物質進出”這一抽象問題直觀化，以更好的形式呈現知識。

1 實驗原理

質壁分離與復原現象是由滲透作用導致的。當植物細胞的細胞液濃度比外界溶液濃度低時，液泡中的水分就會透過原生質層進入外界溶液，由于原生質層比細胞壁的伸縮性大，當細胞不斷失水時，原生質層就會與細胞壁逐漸分離，出現質壁分離現象；當細胞液的濃度比外界溶液的濃度高時，外界溶液中的水分就透過原生質層進入液泡中，促使原生質層恢復成原來的狀態，出現質壁分離復原現象。

中性紅是一種常見的細胞活體染料，在水中的溶解度約為4.0%，其水溶液呈紅色。植物活細胞能吸收中性紅并向液泡中排泌，使液泡呈現出紅色，而原生質和細胞壁一般不著色。死細胞的細胞液無法維持在液泡內，因此，使用中性紅染色后，死細胞不產生著色現象。

2 材料和器具

實驗材料：新鮮黑藻、0.1%中性紅水溶液（避光保存）、15%的蔗糖溶液等。

實驗器具：光學顯微鏡、鑷子、燒杯、滴管、載玻片、蓋玻片等。

3 實驗過程

3.1 黑藻細胞的質壁分離 將幼嫩的黑藻葉片制成臨時裝片，按照人教版必修1《分子與細胞》中介紹的方法，利用濃度為15%的蔗糖溶液對黑藻葉片進行質壁分離實驗，并利用顯微鏡拍攝質壁分離的完整過程。

3.2 利用中性紅觀察質壁分離復原中的物質交換 0.1%中性紅溶液的濃度低于黑藻葉片細胞的細胞液濃度，因此，該濃度下的細胞能發生質壁分離復原，同時中性紅也可順利進入細胞，將細胞染色。在顯微鏡下拍攝質壁分離復原的完整過程，觀察黑藻細胞質壁分離復原過程和染色結果。

4 結果與討論

按照實驗步驟完成黑藻細胞的質壁分離實驗和質壁分離復原實驗。質壁分離前，葉綠體均勻分布在細胞質基質中（圖1左，本文附圖見封四）；質壁分離過程中，葉綠體逐漸地聚集到一起（圖1中），胞質環流速率下降；質壁分離復原過程中，胞質環流速率逐漸增大，且可觀察到細胞逐漸變成了紅色，說明中性紅進入了細胞（圖1右），從而更加明顯地展示了，在質壁分離復原過程中，細胞和外界發生了物質交換。由實驗結果可知，黑藻細胞在質壁分離與復原過程中，全程都維持著胞質環流現象，因此可知細胞一直處于活性狀態；質壁分離復原過程中，活細胞染料中性紅對細胞染色的結果證明了此觀點。

質壁分離復原過程中，細胞會吸收外界的水分等物質，使得原生質體的形態和胞質環流都恢復至最初狀態，以中性紅作為指示劑，可明顯觀察到物質進入細胞，操作簡單，現象明顯。

在教學過程中，可向學生介紹中性紅染料染色的基本原理，創設“如何利用中性紅染料驗證活細胞才能發生質壁分離及復原現象”這一問題情境，引導學生進行動手實踐、探索，從而促進學生的學科核心素養發展。

5 結論

本文通過實驗證實，植物細胞在進行質壁分離和復原時始終保持活性狀態，且復原時會將周圍環境中的物質吸入細胞中。利用中性紅對黑藻細胞染色，在觀察質壁分離復原現象的過程中，更直觀地展示細胞從外界吸收了物質。同時，改進的實驗還強化了只有活細胞才能進行質壁分離及質壁分離復原的基本原理，有助于促進學生加深對知識的理解，提升學生的學科素養。