對“滲透作用”實驗的幾點改進

蔣素梅

“滲透作用實驗”是高中生物學課程中的經(jīng)典實驗，人教版高中生物(必修1)“分子與細胞”多年來一直沿用該實驗作為突出這一章節(jié)重點、突破難點的輔助手段。學生通過觀察、分析滲透現(xiàn)象，認識生物膜的選擇透過性，了解滲透作用及其發(fā)生條件，為進一步學習細胞的吸水和失水現(xiàn)象建立了良好的知識鋪墊。但如何做好該實驗才能達到預期效果？教科書的滲透裝置存在一些不足，筆者通過對其進行了探索和改進，取得了良好的實驗效果。現(xiàn)介紹如下，以供參考。

1 對實驗裝置的改進

教材中的實驗裝置如圖1所示，該裝置中長頸漏斗呈下大上小的鐘形，半透膜需套在下端，在實際操作中，由于鐘形長頸漏斗下部口徑大，要求制取的半透膜的面積較大，在實驗材料的準備過程中很難尋到理想的半透膜，而且在套膜、結(jié)扎上也較麻煩，經(jīng)常會出現(xiàn)結(jié)扎不嚴密或半透膜破損等操作困難的問題。另外長頸漏斗上部管徑也不夠細小，造成漏斗內(nèi)水柱上升幅度小且速度緩慢，實驗現(xiàn)象不明顯。這留下了很多思考和創(chuàng)造的空間。關(guān)于滲透作用演示實驗裝置的改進，已有不少教師做了很多的嘗試，筆者進一步將裝置做了如下改進（圖２）。

（1） 用帶刻度的移液管代替長頸漏斗。由于長頸漏斗的玻璃管內(nèi)徑大，也沒有刻度，所以管內(nèi)液面上升速度慢，讀數(shù)也不方便，而帶有刻度的移液管可以短時間內(nèi)直接讀取液面上升的高度。注意在實驗過程中要根據(jù)需要選擇移液管的大小，如果移液管管徑過小，易產(chǎn)生氣柱，移液、裝管困難；如果移液管管徑過大，則實驗現(xiàn)象不明顯。實驗表明，用體積為5 mL的移液管（長頸的直徑范圍在4~7 mm）效果較好。

（2） 由于鐘形長頸漏斗下部口徑大，要求制取的半透膜膜面積較大，在實際操作中很難找到合適大小的半透膜（生物膜），而且在套膜、結(jié)扎上較麻煩，所以將裝置下部口徑細化，將半透膜直接套在了移液管下端并結(jié)扎。

2 半透膜材料的選擇

該實驗能否獲得直觀的效果，半透膜的選擇至關(guān)重要。半透膜材料大致可分為生物材料與非生物材料兩種。常用的生物材料有雞蛋的卵殼膜、魚膘、腸衣等；而非生物材料有玻璃紙、火棉膠等。教材中選用玻璃紙作為半透膜材料。但該章節(jié)重在培養(yǎng)學生對生物膜選擇透過性的理解，而玻璃紙與生物膜有一定的差異，所以選用玻璃紙進行實驗缺乏說服力，而且玻璃紙來源渠道窄，很難購買。所以選用生物材料取代玻璃紙作為半透膜的材料比較合適。其中，雞蛋膜或者魚鰾為較常使用的半透膜材料。到底哪一種材料的實驗效果更好？筆者通過實驗比較了雞蛋膜和魚鰾作為半透膜材料的優(yōu)缺點，以期選擇出最佳的半透膜材料。

2.1 半透膜的制備

2.1.1 雞蛋卵殼膜的處理

雞蛋卵殼膜簡稱蛋膜，在生雞蛋稍尖的一端，輕輕敲出直徑大小約1.2 cm的小孔，倒出蛋清和蛋黃，留下蛋殼用清水洗凈，然后分別用下列2種方法處理：（1） 浸泡在質(zhì)量分數(shù)為15％的鹽酸中15~20 min。（2） 浸泡在醋酸中（也可用食用醋或者冰醋酸）24 h。處理期間需經(jīng)常翻動蛋殼，以使蛋殼能均勻浸泡在液體中，待蛋殼變薄變脆后，輕輕用力剝出蛋膜。

結(jié)果分析：比較兩種處理蛋膜的方法，發(fā)現(xiàn)使用15％的鹽酸處理蛋殼獲取半透膜效果更好。醋酸處理雖然條件較溫和，但耗時太長（至少需要24 h），操作不方便。筆者反復比較兩種處理方法制取的半透膜材料的滲透效果，發(fā)現(xiàn)并沒有明顯的差異。因此，筆者建議使用15％的鹽酸處理蛋殼獲取半透膜。

2.1.2 魚鰾的處理

取魚鰾（鰱魚或鳙魚市場臨時購買），用剪刀或者刀片切去后室(即小的一端)，留著前室(大的一端)，切口大小略大于移液管的下端，以便于包裹，用橡皮筋系好。魚鰾需現(xiàn)買現(xiàn)剖現(xiàn)制。

2.2 不同半透膜材料滲透效果的比較

選用圖2裝置進行實驗，所用蔗糖濃度為0.3 g/mL，10 min后測定圖2裝置中水柱液面上升的高度。結(jié)果見表1。

結(jié)果與分析：由表1可知，雞蛋膜為半透膜的裝置管內(nèi)液柱上升的高度遠遠大于魚鰾。10 min后，前者液面上升11.0 mm，而后者的液面只上升0.10 mm，液柱幾乎沒有變化。可能是由于魚鰾質(zhì)地比較厚，影響了水的擴散，使管內(nèi)水柱上升速度變慢，而且魚鰾需要現(xiàn)買現(xiàn)剖現(xiàn)制，腥味濃厚，不方便購買、操作和保存；而雞蛋來源廣，成本低，易保存，蛋膜制作過程也相對較簡單。因此，筆者認為蛋膜為更理想的半透膜材料。

3 滲透溶液濃度選擇

半透膜兩側(cè)的濃度差會影響滲透作用的效率。教材中的滲透作用示意圖和實驗“觀察植物細胞質(zhì)壁分離與復原”使用的都是質(zhì)量分數(shù)為0.3 g/mL的蔗糖溶液。實驗時滲透速率較慢，現(xiàn)象不太明顯。為了提高演示實驗的效果，筆者探究了不同濃度蔗糖溶液對滲透作用效果的影響。分別用質(zhì)量分數(shù)為0.1 g/mL、0.2 g/mL、0.3 g/mL、0.4 g/mL、0.5 g/mL的蔗糖溶液進行實驗，測定一定時間內(nèi)管內(nèi)液柱上升的高度，結(jié)果見表2。

結(jié)果與分析：由表2可知，管內(nèi)液柱上升的速率與半透膜兩側(cè)溶液濃度差呈正相關(guān)。蔗糖溶液濃度為0.1 g/mL時水柱上升速度緩慢，為0.21 mm/min；隨著蔗糖濃度的增加，水柱上升的速率增加。當蔗糖溶液濃度等于或者大于0.3 g/mL時，水柱上升的速率明顯加快。當蔗糖溶液濃度為0.3 g/mL時，水柱上升速度達到0.62 mm/min；當蔗糖溶液濃度為0.5 g/mL時，達到0.98 mm/min。液面上升現(xiàn)象直觀明了。

結(jié)果表明：蔗糖溶液濃度過低時，滲透現(xiàn)象不明顯；而濃度過高時（一般超過0.5 g/mL）又會破壞生物膜的透性，不同生物膜材料對溶液的耐受能力不同，對于以蛋膜為半透膜材料的裝置，質(zhì)量分數(shù)為0.4~0.5 g/mL的蔗糖溶液實驗效果較好。

4 實驗溫度選擇

研究溫度對滲透作用效果的影響，將以蛋膜為半透膜材料的裝置分別置于溫度為28℃、35℃、42℃的環(huán)境中（蒸餾水和0.5 g/mL的蔗糖溶液），結(jié)果見表3。

結(jié)果與分析：由表3可知，在一定溫度范圍內(nèi)，液柱上升速率與溫度呈正相關(guān)。隨著溫度升高，滲透作用速率加大。28℃時，10 min內(nèi)液注上升11 mm，而在42℃時，液柱能上升16 mm，滲透現(xiàn)象顯著增強。提高溫度使清水和蔗糖溶液分子的運動速度加快，滲透速度也隨之加快。但溫度過高會破壞半透膜的透性，不同的半透膜材料對溫度的耐受能力不同，對于以蛋膜為半透膜材料的裝置，將溫度控制在35℃~40℃時滲透作用效果較好。

經(jīng)過創(chuàng)新優(yōu)化后的實驗，整個實驗所需要的時間為6～8 min，準備簡單，操作方便，實驗現(xiàn)象明顯，便于課堂的演示。

當然，除上述因素外，還有很多其他因素也會影響到滲透作用效果，例如半透膜的有效面積、滲透膜內(nèi)不同的溶液等都會影響到實驗結(jié)果等，還有待進一步探索和改進。

參考文獻：

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