由一道高考題引發的對質壁分離實驗材料選擇的思考

付小沫 鄧過房

(廣東省中山紀念中學 528400)

1 一道高考題引發的思考

例題 (2014年全國高考題)下列關于植物細胞質壁分離實驗的敘述，錯誤的是 (B)

A. 與白色花瓣相比，采用紅色花瓣有利于實驗現象的觀察

B. 用黑藻葉片進行實驗時，葉綠體的存在會干擾實驗現象的觀察

C. 用紫色洋蔥鱗片葉外表皮不同部位觀察到的質壁分離程度可能不同

D. 紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞的液泡中有色素，有利于實驗現象的觀察

植物細胞質壁分離與復原實驗是高中生物學教學中非常經典的基礎實驗，其實驗原理是植物細胞發生滲透作用。滲透作用的產生必須具備2個條件：一是具有一層半透膜，二是半透膜兩側的溶液具有濃度差。成熟植物細胞的原生質層相當于半透膜，當原生質層內側細胞液的濃度小于外側外界溶液濃度時，滲透失水，就會發生質壁分離；當原生質層內側細胞液濃度大于外側外界溶液濃度時，滲透吸水，可發生質壁分離復原。教材中給的實驗材料是紫色的洋蔥，選用紫色的洋蔥鱗片葉外表皮細胞和質量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液。當紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞滲透失水時，會明顯地觀察到原生質層慢慢地和細胞壁分離，液泡在變小，液泡中的紫色在慢慢加深。一般來說，植物細胞中央液泡的色澤越鮮明，所觀察到的質壁分離現象越明顯。因此，目前各版本高中生物學教材中質壁分離實驗的選材幾乎都是紫色洋蔥鱗片葉外表皮。

基于以上分析，此題中A、D兩選項正確。洋蔥鱗片葉外表皮不同部位細胞的細胞液濃度可能有差異，因此不同部位觀察到的質壁分離程度可能不同，C正確。B項中所提到的黑藻是質壁分離實驗中不曾提到的實驗材料，但在教材的葉綠體觀察實驗中是作為實驗材料之一，學生們在顯微鏡下已經觀察過。其細胞液是無色的，原生質層中含有綠色的葉綠體。此高考題給的答案是B選項，即黑藻葉片中葉綠體的存在不會干擾實驗現象的觀察。這就給我們指明了探究的問題和方向：質壁分離的實驗中為了看到比較明顯的實驗現象，其選材原則是什么？為什么黑藻葉片中葉綠體的存在不會干擾實驗現象的觀察？

2 質壁分離實驗的選材原則及黑藻葉片適用性分析

生物科學是一門自然科學，是以實驗為基礎的學科，在每一個實驗的過程中，從實驗意念的產生到實驗方案的設計、材料選擇，從實驗結果的分析到實驗報告的完成，每一步都有思維活動，每一步都是理性思維的結果，所以實驗設計、實驗分析有利于把學生帶入發現問題的情景，使學生在分析問題和解決問題中鍛煉、提升其科學探究能力及理性思維素養。

對于前文中提出的兩個問題，其核心問題是質壁分離實驗的選材原則。結合質壁分離實驗的原理，筆者認為，為保障實驗成功，同時觀察到比較明顯的實驗現象，選擇具有以下特點的植物材料能取得較好的實驗效果：①必須是活細胞組織；②必須是成熟植物細胞，具有中央大液泡；③植物組織要易于撕取，以便獲得單層細胞；④所選材料在顯微鏡下要容易區分原生質層(體)和細胞壁。因此，高中教材中一般選用紫色洋蔥鱗片葉外表皮，其液泡具有色澤鮮艷的天然色素，這樣可清楚觀察到有顏色的液泡大小的變化。

黑藻葉片可以作為觀察質壁分離的實驗材料，原因有三：①黑藻的葉片很薄，制片容易；②細胞中有大液泡，能發生質壁分離現象；③在顯微鏡下容易區分黑藻的原生質層和細胞壁。黑藻細胞中葉綠體分布在細胞質中使其呈現綠色，細胞的液泡中不含色素，沒有顏色。因此，有色的原生質層能夠與外界無色溶液及內側液泡中的無色細胞液形成對比，非常容易觀察到質壁分離現象，同時可以觀察到液泡體積的變化。因此最佳材料是細胞液中含有可溶性色素或原生質層中含有色物質。若細胞液和原生質層均無色，還可在外界溶液中添加大分子染料，如加入紅墨水或藍墨水等，創造顏色反差。

3 總結

綜合以上分析，此高考題旨在考查學生進行實驗時對材料選擇原則的理解。習慣思維是利用液泡中色素的顏色作為參照，觀察質壁分離。

此題打破常規思維，以葉綠體作為參照來觀察和判斷，較為新穎。此題直觀上來看，是在考察學生對于實驗材料選擇原理的理解，實則是在考察學生的理性思維、科學探究能力，檢測學生的生物學核心素養水平。