《細胞大小與物質運輸的關系》的實驗創新

劉珠麗

【摘要】 通過物理方法和化學方法相結合的辦法，對細胞大小與物質運輸的關系進研究，對原教材實驗處理進行改進，使新實驗流程更適應教學實驗課程。

【關鍵詞】 細胞大小 物質運輸 真空抽氣

【中圖分類號】 G633.8 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2017）09-073-01

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探究“細胞大小與物質運輸的關系”實驗是人教版教材高中生物必修一中的一個實驗，可以幫助學生理解細胞不能無限長大的原因，并通過實際操作讓學生對細胞大小與物質運輸的關系有具體的認識。

一、實驗原型及不足之處

原教材中實驗操作為將含有酚酞的瓊脂塊放到裝有NaOH溶液的燒杯中，酚酞遇堿變紅。通過測量瓊脂塊變紅區域的大小，計算變紅區域大小與整個瓊脂塊的體積之比，來比較不同大小瓊脂塊物質運輸的效率。

該方法中制備含酚酞瓊脂塊的步驟較為復雜，且NaOH溶液具有腐蝕性，學生在操作過程中存在一定的安全隱患。

二、實驗創新與改進之處

（一）實驗材料的改進

由于制作瓊脂塊需先將瓊脂溶于水加熱融化，在其冷卻過程中加入酚酞，待其凝固后再切成不同大小的正方體。該過程比較繁瑣，為了節約實驗時間，一般由實驗員老師提前準備好，學生缺少了該環節的參與。有研究者對幾種材料已做過相關的實驗，取得較好的實驗結果。然而，筆者想找到一種可以讓學生們在實驗室全程參與且無任何安全隱患，又能更形象的體現細胞大小與物質運輸的材料，經過反復的嘗試，筆者分別用涼粉、豆腐、馬鈴薯、白蘿卜、茄子等作為實驗材料，最后發現，用馬鈴薯代替含酚酞的瓊脂塊，實驗效果明顯。而且馬鈴薯一年四季均可買到，價格便宜，其在翻動時不會像瓊脂塊那樣容易破碎，更省去制備瓊脂塊的環節，縮短了實驗的時間。

其次，瓊脂塊是一種化學材料，用化學材料來模擬生物細胞，學生不容易理解，用馬鈴薯塊中的細胞團來模擬一個細胞，馬鈴薯是一種生物材料，學生更容易理解。

再次，用酸性品紅和白醋代替NaOH溶液，酸性品紅是酸性染料，呈紅色粉末狀，能溶于水。它是良好的細胞制染色劑，在動物制片上應用很廣，在植物制片上用來染皮層、髓部等薄壁細胞和纖維素壁。組織切片在染色前先浸在帶酸性的水中，可增強它的染色力。酸性品紅和白醋均沒有腐蝕性，學生在操作過程中不存在安全隱患。

（二）實驗方法的改進

采用真空抽氣法，利用醫院里常用的一種醫療器械——注射器（200mL）（圖1），該材料新穎，容易吸引學生們的注意力，讓學生感興趣并提高學生的實驗積極性，且該方法在一定程度上可以縮短實驗時間。

本實驗也可以用加熱法來縮短實驗時間，加熱法的效果明顯，但是高溫也存在一定的安全隱患。

三、實驗器材

四、實驗原理及裝置說明

醋酸能夠改變細胞膜的通透性，加速染色劑進入細胞；在相同時間內，物質擴散進細胞的體積與細胞的總體積之比可以反映細胞的物質運輸的效率。利用抽氣法抽去馬鈴薯塊表層的空氣，加速酸性品紅進入馬鈴薯塊（圖2）。

五、實驗過程

用干凈的小刀將新鮮馬鈴薯切成邊長分別為2cm，1cm的正方形；將馬鈴薯塊放進玻璃容器瓶內，依次加入食用白醋和適量酸性品紅，將馬鈴薯塊淹沒，用塑料針筒進行抽氣3～5次，并搖動玻璃容器瓶；15-20分鐘后，小心倒出塑料瓶內溶液；取出馬鈴薯塊，用小刀將馬鈴薯塊切成兩半。觀察切面，測量每一塊上酸性品紅擴散的深度，并記錄測量結果（圖3）（表1）。

六、討論

通過模擬實驗可以看出，細胞體積越大，其相對表面積越小，細胞的物質運輸的效率就越低。細胞表面積與體積的關系限制了細胞的長大。

本實驗中馬鈴薯作為生物材料相對瓊脂塊能更直接的展示細胞大小與物質運輸的關系；用醋酸溶液處理馬鈴薯塊，可以讓學生重溫《觀察DNA和RNA在細胞中的分布》中“鹽酸改變細胞膜的通透性”的知識點；采用酸性品紅浸泡經過鹽酸處理的馬鈴薯塊，可以讓學生深刻體會“擴散現象”的原理；采用真空抽氣法，激發學生創新思維能力和積極探討實驗的熱情，并節約了實驗時間。

[ 參 考 文 獻 ]

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[3]張麗萍.細胞大小與物質運輸的關系模擬實驗的改進.中學教學參考，2011（23）：128-128.

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