小鼠紅細胞膜通透性的實驗結果與分析*

趙文靜　張晶（貴州醫科大學基礎醫學院，貴州貴陽550025）

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小鼠紅細胞膜通透性的實驗結果與分析*

趙文靜張晶*
（貴州醫科大學基礎醫學院，貴州貴陽550025）

摘要：我們統計了本校2015級部分本科生實驗《紅細胞膜通透性的測定》結果，揭示不同溶質對小鼠紅細胞膜的擴散能力和擴散速度，并結合細胞生物學和多個學科的理論知識，分析溶血或不溶血現象的產生原因及速度差異。文章能為紅細胞膜通透性的實驗教學提供有價值的參考。

關鍵詞：紅細胞膜；擴散；溶血；實驗教學

致謝：感謝貴州醫科大學基礎醫學院生物學教研室全體教師和研究生的支持。感謝貴州醫科大學校級教改項目（0701004）的支持。

細胞生物學實驗教學中，常常會選用紅細胞膜的通透性實驗。實驗將紅細胞懸液滴入數種等滲溶液中，由于紅細胞對各種溶質的通透性不同，有的溶質可以擴散，有的不能。擴散進入細胞的溶質能夠提高紅細胞的滲透壓，從而導致水的滲入，致使紅細胞膜膨脹并最終不堪重負而破裂，此時血紅蛋白逸出，即發生溶血現象。溶血發生的時間能夠體現溶質的擴散速度。因此，實驗要求記錄紅細胞在多種等滲溶液中的溶血能力、溶血速度，并結合細胞生物學及其他學科知識，分析結果。該實驗以紅細胞膜的通透性為研究主線，考察了多個學科的理論知識和實驗技能，能夠加深學生對細胞膜功能的認識和理解。

實驗結果及分析包含幾個方面，其一，解釋某溶液能夠，或不能夠引起溶血的原因。主要結合《細胞生物學》理論課程，尤其是被動運輸這一章節的理論知識進行分析［1］。其二，解釋溶血時間快慢的原因。馬超穎等［2］、程旺元［3］、馬云等［4］、宋鵬等［5］就這些問題給予自己的分析，但對于三種銨鹽溶液的溶血原因和溶血速度等問題上存在爭議。此外，現有文獻及多種實驗指導書籍中從未給出溶血時間參考。鑒于此，我們統計并分析了本校2015級部分本科生實驗《紅細胞膜通透性的測定》結果，以期為實驗教學提供參考。

一、實驗方法

實驗方法及試劑的配置參考李虹主編的實驗教材［6］。

二、結果與分析

發生溶血的溶液澄清透亮，使用帶字的書頁作為背景，能夠透過溶液看清頁面上的文字；發生不溶血的溶液上下分層，上層清液呈淡黃色，下層濁液呈血紅色；溶液發生完全溶血之前，有一段半不溶血期，此時溶液渾濁。實驗現象見圖1，實驗結果見表1。

圖1　實驗現象

表1　鼠紅細胞在不同等滲溶液中的溶血情況

實驗中溶血現象發生與否體現了物質的擴散能力，溶血時間快慢體現了物質擴散的速度。物質擴散的能力與速度，總的來說，與物質的分子大小、脂溶性和帶電荷性相關。小分子、脂溶性強的物質，容易快速擴散。另外，由于帶電物質通常同水結合形成一個水合外殼，不僅增加了它們的體積，同時也大大降低了脂溶性，所以細胞膜對于離子是高度不通透的。所以帶電荷的分子或離子，不論大小，都不能自由擴散進入細胞。

蒸餾水能夠迅速引起溶血。這是因為水分子體積小，尤其是生物膜上的水孔蛋白為水分子的迅速跨膜提供便捷通道，因此水滲入細胞的速度非?？?。乙醇分子量為46.07，比水分子的體積大些，但同樣屬于小分子，且脂溶性很強，因此同樣能夠引起溶血，只是速度比水慢些。葡萄糖分子量為180.16，分子體積較大，不能通過簡單擴散的方式進入細胞。

三種鈉鹽均為強酸強堿鹽，屬于強電解質，在溶液中以離子的形式存在，即Na+，Cl-，SO42-和NO3-，因此它們都不能引起溶血。

三種銨鹽均能夠引起溶血現象，其根本原因是銨根離子NH4+在水溶液中能夠水解生成一水合氨，水解方程式為：NH4++H2O?NH3·H2O+H+，氨水分子體積小，能夠透入細胞膜，引起溶血。因此三種銨鹽引起溶血的時間，實際上取決于氨水的濃度。氨水的濃度越高，擴散速率就越快，溶血發生的時間就越快。而氨水的濃度與銨鹽的水解程度有關。乙酸銨是弱酸弱堿鹽，其乙酸根離子和銨根離子均能發生水解，并且酸根離子的水解能夠促進銨鹽的水解朝正向進行，生成一水合氨。同樣草酸銨也能夠發生雙水解反應，而氯化銨中只有銨離子發生水解，氯酸根主要以離子的形式存在于溶液中，因此，在物質的摩爾濃度相近的情況下，乙酸銨和草酸銨的水解程度大于氯化銨，它們引起溶血的時間也快于氯化銨。再比較乙酸銨和草酸銨的水解程度。乙酸酸性較弱，（從乙酸銨呈中性就可以看出），而草酸雖然屬于弱酸，但算得上是有機酸中的強酸，水解程度較乙酸銨要小得多，幾乎完全電離［7］因此乙酸銨的水解程度比草酸銨的大?？傊霸饺踉剿狻?，這條俗語也同樣適用于解釋我們的問題。

三、結束語

鹽在水溶液中既能發生電離，也能發生水解。一般來說，強酸強堿鹽主要考慮電離，而弱酸弱堿鹽主要考慮水解。在教學過程中發現，有些學生認為銨鹽引起溶血的原因是NH4+通過離子通道進入細胞。這樣的解釋顯然是疏忽了離子通道開啟的條件，例如膜兩側電位的改變，或通道蛋白與配體結合，或機械壓力刺激等等，而實驗中并沒有提供這些外力因素。同樣，對于葡萄糖溶液，學生認為葡萄糖可以通過協助擴散進入細胞，但這種載體蛋白數量很少，溶血非常慢，幾乎不溶血［4］。還有學生提出草酸銨包含兩個銨根，會發生二級水解，水解得到的氨水約為乙酸銨（一個銨根）的2倍。然而，我們看到實驗結果并不是這樣，因為這種推測必須建立在銨鹽完全水解的前提下，但是多元弱酸根以第一步水解為主。

樣本標準偏差能夠反映一個數據集的離散程度，其值越大說明值這些偏離平均值的程度就越大。水、乙醇和乙酸銨的溶血時間樣本標準差分別為2，18和12，較小，說明這三組數據具有較高的精度。而草酸銨和氯化銨的溶血時間樣本標準差為37和42，較大。我們認為造成較大偏差的原因可能是，學生在界定“完全溶血”這個時間點上不易把握。銨鹽的溶血實質上需要經歷一個“不完全溶血”的過程，這段時期的溶液渾濁。不同的學生在判定溶液由渾濁到澄清的時間點上，有不同的理解，故而離散程度較大。不過，雖然溶血時間的精度略有欠缺，但實驗結果能夠很好地說明草酸銨溶血速度快于氯化銨。

參考文獻

［1］楊撫華.醫學細胞生物學（第5版）［M］.北京：科學出版社，2007：67-74.

［2］馬超穎，石洪凌，陳超.還原思維在“細胞膜的滲透性實驗”中的應用［J］.唐山師范學院學報，2006，28（2）：27-28.

［3］程旺元，余光輝，陳雁，等.紅細胞膜通透性實驗及分析［J］.實驗科學與技術，2009，7（5）：39-41.

［4］馬云，梁小娟，劉英，等.細胞膜滲透性實驗的改進及雞血液DNA的提取［J］.新鄉學院學報，2010，27（6）：43-46.

［5］宋鵬，張雅莉，郭秀璞，等.細胞膜滲透性實驗教法改進［J］.中國科教創新導刊，2012（17）：93-93.

［6］李虹.醫學生物學與醫學細胞生物學實驗指導［M］.北京：科學出版社，2007：34-37

［7］江正玲，林海斌，孫銀河，等.水溶液中草酸銨的存在形式探討［J］.中學化學教學參考，2009（12）：34-34.

Abstract:We collected the experiment results of The Hemolysis Capability to Erythrocyte Membrane among our university undergraduates of 2015，to reveal some substances' diffusion capacity and diffusion speed throughout mouse erythrocyte membrane. Then we combined the theories in cell biology and other subjects to analyze the reasons for hemolysis or not，and differences of hemolysis speed. Our paper would provide valuable reference to experimental teaching.

Keywords:erythrocyte membrane；diffusion；hemolysis；experimental teaching

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）11-0106-02

*基金項目：貴州醫科大學校級教改項目：關于《細胞膜通透性》實驗教學的設計與實施（0701004）

作者簡介：趙文靜（1982-），講師，碩士，研究方向：醫學昆蟲的系統發育。

*通訊作者：張晶（1984-），副教授，博士，研究方向：昆蟲的協同進化。