再談“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸關(guān)系”模擬實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

朱昊

1 實(shí)驗(yàn)的基本情況

“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸關(guān)系”是人教版教材高中生物《必修1·分子與細(xì)胞》中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)為模擬實(shí)驗(yàn)，目的是幫助學(xué)生通過(guò)探究細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系，理解細(xì)胞不能無(wú)限長(zhǎng)大的原因。該實(shí)驗(yàn)用含酚酞的瓊脂塊模擬細(xì)胞，用NaOH溶液模擬被細(xì)胞吸收的物質(zhì)。由于酚酞遇到NaOH變紅，可通過(guò)觀(guān)察瓊脂塊由無(wú)色變成粉紅色，了解NaOH分子擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的過(guò)程。測(cè)量NaOH分子擴(kuò)散進(jìn)瓊脂塊的深度，并計(jì)算在相同時(shí)間內(nèi)NaOH擴(kuò)散進(jìn)入瓊脂塊的體積與瓊脂塊總體積之比，從而反映細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)輸?shù)男省?/p>

2 該實(shí)驗(yàn)的研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)大多集中在以下幾方面：有的用淀粉代替酚酞，碘液代替NaOH；有的利用電導(dǎo)率法測(cè)定物質(zhì)運(yùn)輸效率；有的用不同大小的雞蛋模擬細(xì)胞，含有碳素的清水模擬細(xì)胞與外界物質(zhì)交換的溶液；有的用含石蕊的涼粉塊代替瓊脂塊，食醋代替NaOH；有的用涼粉、米豆腐、馬鈴薯代替瓊脂塊，用碘—碘化鉀溶液代替NaOH；有的利用模具制作，總結(jié)了含酚酞瓊脂塊的制作方法；有的考慮到細(xì)胞接近球形，用瓊脂球代替瓊脂塊等。

在實(shí)際的課堂教學(xué)中，該實(shí)驗(yàn)存在以下問(wèn)題：一次性制作出不同規(guī)格的瓊脂塊并且滿(mǎn)足一個(gè)班級(jí)的需求量，存在一定的難度；NaOH具有腐蝕性，增加了學(xué)生及教師潛在的心理負(fù)擔(dān)，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。基于以上不足，筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

3 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

3.1 實(shí)驗(yàn)試劑的改進(jìn)

由于NaOH具有一定的腐蝕性，應(yīng)避免與皮膚和眼睛接觸，再加上用量較大，會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)一定的危險(xiǎn)性，能否換成安全一點(diǎn)的溶液呢？根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的原理就是利用分子擴(kuò)散來(lái)模擬細(xì)胞的物質(zhì)交換，利用有顏色的反應(yīng)來(lái)確認(rèn)物質(zhì)擴(kuò)散的深度，筆者想到Na2CO3溶液顯堿性，遇酚酞也變紅，比NaOH溶液安全，因此用Na2CO3溶液代替NaOH溶液。

3.2 瓊脂塊制作方法的改進(jìn)

通常實(shí)驗(yàn)室采用搪瓷盤(pán)、冰箱里的制冰盒或者合適大小的方形飯盒來(lái)制作瓊脂塊，但是這些方法制備瓊脂塊都有一定的缺點(diǎn)：搪瓷盤(pán)四周較低，四角弧形，不易切割出正方體，用小刀切割出1 cm3的立方體更加困難，容易劃破手；用方形飯盒，需要用刀切割出1 cm3、2 cm3、3 cm3三種規(guī)格的立方體比較困難，同樣存在安全隱患；而冰箱里的制冰盒都是大小規(guī)格相同的立方體小格子，無(wú)法一次性制備出體積不同的瓊脂塊。利用模具制作瓊脂塊是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，圖1所示是由高強(qiáng)度工程塑料制成的“魚(yú)形模具”，該模具上有3×3×3 cm、2×2×2 cm、1×1×1 cm3個(gè)小室，操作簡(jiǎn)單，既節(jié)約實(shí)驗(yàn)材料，又節(jié)省教師課前的準(zhǔn)備時(shí)間。

4 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方法

4.1 儀器與試劑

模具，直尺，吸水紙，燒杯，電爐，玻璃棒，塑料勺，一次性手套，瓊脂粉，蒸餾水，塑料餐刀，酚酞，無(wú)水乙醇，碳酸鈉，長(zhǎng)方形鐵飯盒等。

4.2 方法與步驟

（1） 配制酚酞試劑：取0.5 g酚酞溶于100 mL體積分?jǐn)?shù)為95%無(wú)水乙醇中。

（2） 配制Na2CO3溶液：取10 g無(wú)水碳酸鈉粉末溶于1 000 mL蒸餾水中。

（3） 配制瓊脂溶液：稱(chēng)取5 g瓊脂粉放入燒杯中，加入200 mL蒸餾水，放在電爐上加熱沸騰至瓊脂粉完全溶解，澄清，加蒸餾水定容在500 mL，加入1 mL酚酞試劑（酚酞試劑與瓊脂液的體積比大約為1∶50即可），混勻。加熱過(guò)程中要用玻璃棒攪拌，以免底部燒焦。

（4） 待含酚酞的瓊脂溶液冷卻至60 ℃時(shí)，將其緩慢倒入魚(yú)形模具中，高度為剛好浸沒(méi)模具的頂端為宜。在室溫下冷卻，瓊脂凝固即可。

（5） 待瓊脂塊完全凝固后，取出瓊脂塊。將1、8、9 cm3的瓊脂塊同時(shí)放入裝有Na2CO3溶液的長(zhǎng)形鐵飯盒中，用塑料勺不時(shí)翻動(dòng)瓊脂塊。

（6） 10 min后，戴上一次性手套將其取出放在吸水紙上，將其表面的溶液吸干，將瓊脂塊切成三等份，取中間的部分進(jìn)行觀(guān)察，測(cè)量切面上Na2CO3溶液擴(kuò)散的深度并記錄數(shù)據(jù)。

（7） 根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。

5 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1） 由于瓊脂塊體積不同，完全凝固的時(shí)間就不同。因此，需等所有瓊脂塊都凝固后再一次性取出，否則容易破碎。

（2） 用魚(yú)形模具取瓊脂塊的時(shí)候，不能使勁敲扣，以免瓊脂塊磕壞，最好把模具背后的一條黑色塑料條取下來(lái)，然后輕輕磕扣模具，瓊脂塊就自然滑下來(lái)了。

（3） 將冷卻的瓊脂溶液倒入模具的時(shí)候，一定要?jiǎng)偤脹](méi)過(guò)模具的頂層，可用吸水紙吸干多余的溶液，否則會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

6 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)

（1） Na2CO3溶液無(wú)腐蝕性，能保證實(shí)驗(yàn)的安全性。

（2） 在網(wǎng)上購(gòu)買(mǎi)“魚(yú)形模具”價(jià)格便宜；用該模具制作瓊脂塊，操作簡(jiǎn)單，方便，一次性可以制作出不同規(guī)格的瓊脂塊，保證了實(shí)驗(yàn)課的高效性；同時(shí)學(xué)生拿著小魚(yú)從它身上取下“細(xì)胞”不免會(huì)增添幾分樂(lè)趣，開(kāi)闊了眼界。