硝酸鉀溶液中質壁分離自動復原機理的探究

黃江穎

將洋蔥表皮放入一定濃度的硝酸鉀溶液中，洋蔥表皮的細胞便發生質壁分離，不久這些細胞又會逐漸發生質壁分離復原。其自動復原的原因是什么？對此我展開了探究。

一、實驗假設

K+和NO3-被植物細胞吸收，進入液泡的細胞液。

二、原理分析

氮、磷、鉀是植物正常生長發育必需的三大礦質元素，硝酸鉀溶液中的K+和NO3-都能被植物細胞主動轉運吸收。主動轉運所需的能量由細胞中的直接能源物質ATP水解提供，而細胞呼吸又是ATP的重要產生方式之一，如果細胞呼吸被抑制，以主動運輸方式進入細胞的K+和NO3-的運輸就會受到阻礙，表現方式可能是主動轉運完全停止或主動轉運速率下降。

將細胞放在適宜濃度的硝酸鉀溶液中，在初始階段，外界溶液的濃度大于細胞液的濃度，于是細胞滲透失水呈現質壁分離。而處于質壁分離狀態的細胞由于質壁分離程度不大，還保持著活性，與此同時，細胞又能以主動轉運的方式吸收K+和NO3-，從而使細胞液濃度上升。當細胞液濃度大于外界硝酸鉀溶液濃度時，細胞滲透吸水，出現質壁分離復原現象。若阻斷細胞呼吸會影響細胞對K+和NO3-的吸收，使質壁分離復原受阻。

通過查閱資料，我發現丙二酸鈉能抑制細胞呼吸，于是用丙二酸鈉溶液作為探究實驗中的細胞呼吸抑制劑抑制細胞呼吸，從而探究硝酸鉀溶液中質壁分離自動復原的機理。

三、實驗過程

1.主要材料

新鮮洋蔥若干，0.1mol/L丙二酸鈉溶液，1mol/L硝酸鉀溶液，蒸餾水。

2.實驗方法

（1）制片

撕取紫色洋蔥外表皮分別置于蒸餾水、0.1mol/L丙二酸鈉溶液中浸泡2min后制作臨時裝片。

（2）觀察

用顯微鏡觀察細胞顏色及形態，確保細胞自身狀態不會影響實驗的進行。

（3）實驗

從蓋玻片的一端滴加1mol/L硝酸鉀溶液，另一端用吸水紙吸引，觀察并記錄實驗現象。

四、實驗結果

1.對照組（蒸餾水處理組）

黑色箭頭所示為細胞的質壁分離自動復原過程。

8min? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 9min

2.實驗組（0.1mol/L丙二酸鈉處理組）

白色箭頭所示為細胞的質壁分離自動復原過程。

40min

實驗組和對照組在前5 min內都出現了細胞質壁分離現象。而對照組細胞在質壁分離現象穩定后5 min開始出現明顯的質壁分離復原現象，到20 min時細胞基本復原。與對照組相比，經丙二酸鈉處理后，細胞質壁分離后的15 min內有個別細胞開始復原，沒有出現大面積質壁分離自動復原現象，到實驗進行15 min后開始有不明顯的質壁分離復原現象，到實驗進行40min時細胞仍未復原。

本實驗結果說明，抑制細胞呼吸、阻斷細胞內能量供應的確能抑制K+和NO3-的吸收，進一步驗證了洋蔥表皮細胞對K+和NO3-的吸收是消耗能量的主動運輸。

五、誤差分析

實驗組和對照組出現的細胞質壁分離程度不同，是由于材料來自不同的洋蔥個體。（指導老師：邵江樵）

專家點評

本實驗源于高中生物課本已有實驗的拓展，選題實用性強。作者利用所學知識分析課本實驗的原理，在分析的基礎上發現問題，從而提出實驗假設，然后通過文獻檢索，獲得相關知識后設計實驗，驗證實驗假設，達到學以致用的目的。文章結構完整，思路清晰;實驗現象用圖片展示，形象、直觀地展現了細胞質壁分離自動復原現象的全過程。

然而，本實驗的原理有待商榷：實驗組添加的丙二酸鈉可以引起細胞質壁分離，所以不能排除丙二酸鈉試劑本身對實驗結果有影響。