影響細胞質流動的因素和改進措施

摘 要： 本文圍繞水、溫度、光照三個方面，分析了影響細胞質流動的因素。選取黑藻作為材料，加溫并雙向光照，定時定點強光刺激，觀察細胞質流動的教學效果比較理想。

關鍵詞： 細胞質流動 黑藻 影響 因素 有效措施

現行人教版高中生物（必修）教材中，在“細胞膜的結構和功能”、“細胞質的結構和功能”兩個知識點后，安排了“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質流動”的學生實驗，目的在于使學生鞏固細胞質、細胞器等基本概念，讓學生通過觀察，認識葉綠體的形態和分布；以細胞內最具特征的細胞器——葉綠體作為標志物，觀察葉綠體在細胞內的位移情況，感知細胞內細胞質處于流動狀態；理解細胞是生命活動的基本單位，活細胞是生命活動的具體表現單位的概念；通過對一個或幾個植物細胞的觀察，明白細胞不是靜止的，生命永遠在運動。

從上面可看出，“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質流動”是高中生物學科一個有代表性的實驗，做好這一實驗有利于激發學生學習生物學的興趣，有利于學生學習生物科學知識。

近幾年，選用黑藻葉片作為觀察葉綠體和細胞質流動的材料，已成生物學科同行的共同選擇。黑藻屬單子葉多年生沉水草本植物，在自然環境中，根入泥，莖細長，披針形葉，3—5片輪生。嫩葉長0.7—1.0m，寬0.1—0.2cm，葉緣有鋸齒，一條中脈貫穿葉尖至葉基部，無側脈。黑藻一年四季可培養繁殖。剪取帶嫩枝的15cm左右枝條，置于20℃以上水中，三天后節基部就會長出新根。

黑藻葉片只有一層細胞構成，有利于顯微觀察，細胞內的細胞器大，觀察葉綠體的教學容易完成，然而觀察細胞質流動卻有一定難度。觀察葉綠體的形態，無論葉綠體在細胞中處于靜態或移動狀態都不影響觀察。觀察細胞質流動是將葉綠體作為標志物，根據葉綠體的移動，認定細胞質在流動。筆者根據多年的教學實踐，就影響細胞質流動的因素和可采取的有效措施作以下探討。

一、影響細胞質流動的因素

1.水是生命活動的物質條件。水占細胞質量的80—90%。當細胞吸水膨脹時，其體積增大，葉綠體等細胞器移動范圍增大；當細胞失水時，細胞萎縮，體積減小，細胞器移動范圍受限；細胞一旦干燥，其新陳代謝將停止，細胞處于休眠狀態；細胞嚴重脫水時，蛋白質變性，細胞死亡。活性細胞的細胞質呈溶膠狀態，缺水將導致細胞質變成凝膠狀態，生命活動減弱。

2.溫度是細胞進行正常生命活動的環境條件。溫度低，原生質粘度變大，水分流動緩慢，細胞呼吸減弱，產生的能量減少。溫度過高，會對生物體形成熱害，使酶失去活性，蛋白質結構改變，導致細胞死亡。

3.光照是植物光合作用的重要能源。綠色植物必須利用太陽光或人工光源，才能通過葉綠體把二氧化碳和水轉化成存儲能量的有機物，完成植物生命活動中最重要的新陳代謝。光源的類別、光照時間的長短、光照的強度都對活細胞有重要影響。

水、溫度和光照是植物生命活動的三個基本因素。觀察細胞質流動必須緊緊圍繞這三個因素。在實驗教學中，由于各學校所處的地域不同，氣候條件不同，自然條件下難以滿足三個因素。即使是同一學校、同一教師，一天內上課時間段不同，教學效果也不一樣。解決的辦法是有效調控以上三個因素，必要時采取增加葉片局部創傷和化學刺激兩項措施。創傷一般是損壞黑藻葉片葉脈，改變中脈及其細胞的滲透壓，細胞液外滲形成引流，大量水分流動導致葉綠體移動速度加快，便于觀察。化學刺激是利用生物的應激特性，將化學試劑作為一種激活劑，增加酶的活性。

二、影響細胞質流動的有效措施

1.選枝加溫。取莖尖嫩葉較多的黑藻約15枝，每枝長4—10m，放入水溫25℃左右、水深不超過3cm的玻璃水槽中，以水剛浸沒黑藻枝條為宜。升高水溫可適量加入熱水，但不能直接倒入開水；也不要一次升溫太大，加水一次升溫8℃左右較好；若從15℃左右一次加溫到40—45℃，材料只能一個教學班用，下節課細胞已失去活性，不能再用。

2.雙向光照。把水槽放在普通投影儀的工作臺面上，將投影儀平面反光鏡置水平閉合位，按下強光開關，讓大于300W的鹵鎢燈照射黑藻嫩枝約15min。光在水中具有穿透性，黑藻枝葉少，水層淺，水槽和投影儀臺面均透明。光源光線與反光碗光線匯合，經聚光鏡組照射黑藻，繼而投射到平面反光鏡，又從平面反光鏡反射到黑藻，形成雙向光照。

3.制片觀察。在載玻片上滴一滴玻璃水槽中的溫水，選一片黑藻嫩葉制成裝片，置于顯微鏡下，一般就能看到細胞質流動的正常情況。

4.定時定點強光刺激。上午第一節課或天陰、低溫時上課，學生用上述處理的材料制成裝片，有時觀察效果不太理想。教師應事先準備典型示范裝片來彌補：選擇經雙向光照的黑藻嫩葉制成裝片，開啟投影儀電源開關（不能用強光），將裝片置于投影儀工作臺面正中，讓投影儀中心光軸穿射黑藻葉片，強光刺激4—6min（少于4min效果差，超過8min細胞會被強光灼傷或脫水失去活性）。經中心光軸強光刺激的葉片，觀察時可看到細胞質流動明顯，一個視野中往往可同時看到布朗運動、環流、穿棱運動等葉綠體移動情況，材料處理方式與效果如下：

定時定點強光刺激制作示范裝片需注意：①觀察部位接近中心光軸穿射點。一般情況，觀察葉中部中脈外側2—5行細胞，中心光軸正對葉中部即可。較嫩葉片，可觀察葉片近尖部細胞，中心光軸應正對葉尖部中脈，效果特好時，可觀察到中脈外側葉邊緣甚至葉邊緣的小鋸齒處細胞質都在快速流動。②用此法制成的示范裝片，細胞質流動很典型，課前教師應盡量多做幾片，分別在講臺、中后排學生實驗桌上示范，讓學生都能看到細胞質快速流動的真實狀況。③做好的示范裝片，上一個教學班用后，下一個班仍可再用，但須每隔半小時左右加一些水，讓葉片始終處于不缺水狀態。

上述綜合調控促使細胞質流動的方法措施，滿足了黑藻葉片細胞對水分、溫度和光照的要求條件。同時，較高的水溫、強烈的鹵鎢燈光實際上都會對葉片細胞形成刺激。在15—35℃范圍內，溫差較大，加熱水升溫處理后效果更好；同樣，光照差別越大，處理后觀察效果也越好。處理前后的差別在上午第一節課最突出。

綜合調控水分、溫度和光照，人為改變黑藻生活的小環境（一個玻璃水槽）氣候，定時定點強光照射能激化并迅速改變一個葉片及細胞的微環境因素，目的都是促使細胞質流動以利于觀察。在實際教學中，要解決一個年級幾個、十幾個教學班的實驗材料問題，應以正常氣溫下（我國長江以南地區，9月下旬至10月上旬，氣溫在20—30℃）完成觀察細胞質流動的教學實驗較妥。

參考文獻：

［1］人民教育出版社生物室.全日制普通高級中學教科書（必修）生物（第一冊）［M］.北京：人民教育出版社，2003.

［2］施憶·探索·實驗·研究叢書（生物）［M］.杭州：淅江教育出版社，2003.

［3］崔軍，郝秋菊.觀察黑藻原生質流動實驗的思考［J］.科教文匯（上半月），2007，（2）：196.

［4］張恒澤.觀察葉綠體和細胞質流動實驗的改進［J］.生物學教學，2003，（3）：52-53.