高中生物觀察植物細胞的質壁分離與復原實驗的注意事項及優化思考

王璟珺??

摘 要：在高中生物課程學習中，實驗是必不可少的內容，而“觀察植物細胞的質壁分離與復原”更是高中生學習生物時必須要掌握的實驗內容之一，是學生第一次對探究性實驗有所接觸。在教學過程中，教師應當注重引導學生善于從生活中發現問題并進行分析，將生活實踐與生物實驗內容結合起來，對實驗過程進行思考優化，這對學生的創新能力、探索能力培養與提升是非常重要的。本文主要介紹”高中生物觀察植物細胞的質壁分離與復原“實驗所需注意的事項以及相應的優化改進方法，希望能夠對高中生學習生物實驗有所幫助。

關鍵詞：植物；細胞；質壁分離；復原；實驗

一、 前言

對高中生物實驗進行探究分析有助于學生更好地學習生物知識，了解生物實驗的本質，在大腦中構建起基本的高中生物知識框架，如知識內涵與外延、整體的事物發展網絡體系等，但是很多高中生物實驗都有著很強的時效性，生物實驗所用材料多為動植物、微生物，變數很多，需要我們對生物實驗過程不斷進行探究創新、優化改進，例如在“觀察植物細胞的質壁分離與復原”實驗中，首先提出假設：原生質層作用可視為一層半透膜。那么在假設原生質層是一層半透膜以后，就能進行完全滲透了，因此這一實驗內容在設計時，基本的思路是：1. 洋蔥鱗片材料選擇與處理；2. 在低倍顯微鏡下觀察，并用蔗糖溶液進行處理；3. 在低倍顯微鏡下觀察，并用清水處理；4. 在低倍顯微鏡下觀察。通過這樣的實驗流程能夠讓學生更加直觀地感受到實驗知識體系，從而就能對實驗過程進行優化改進，探究更深層次的內容，這樣就更加凸顯出實驗教學效果，對實驗課程推進非常有利。

二、 “觀察植物細胞的質壁分離與復原”的實驗目的與原理

（一） 實驗目的

“觀察植物細胞的質壁分離與復原”作為高中生物實驗課程的第一個實驗，對學生的生物實驗興趣培養非常重要。這一實驗的主要教學目的在于：讓學生掌握對植物細胞質壁分離與復原進行觀察的方法；讓學生對植物細胞滲透作用過程及原理有著清晰的認識與掌握。

（二） 實驗原理

質壁分離原理主要是當植物細胞液濃度要比外界溶液濃度低的時候，水分便會從高濃度流向低濃度，滲透到細胞外面而失水。由于細胞液中水分是通過原生質層滲透到外界溶液中，所以細胞壁以及原生質層均會有不同程度的收縮情況。因為原生質層會有更加明顯的收縮，這樣當細胞出現持續失水情況時，原生質層便會和細胞壁相互分離，出現質壁分離現象。

質壁分離復原正好和質壁分離相反，其原理是當植物細胞液濃度要比外界溶液濃度低的時候，水分依然遵循從高濃度流向低濃度的原則，滲透到細胞內而發生吸水。這時水分便會經過原生質層而回到細胞內，使得原生質層逐漸恢復到原始狀態，再次緊貼到細胞壁上，出現質壁分離復原現象。

三、 “觀察植物細胞的質壁分離與復原”實驗的注意事項

（一） 原材料選用方面

要想更好地對植物細胞質壁分離與復原實驗過程進行觀察，更加深入地掌握只有液泡植物才具有的細胞滲透現象，就需要選用理想的原材料，而材料有著更大的液泡是該實驗非常合適的原料。原生質層比較薄，液泡當中有著一定含量的色素，而且液泡大會讓水分流失會吸收的更快，運用這樣的材料進行實驗便于更加清晰地觀察實驗現象。因此該實驗所用原材料最好是紫色洋蔥，這是因為：一是紫色洋蔥細胞液帶有顏色，對實驗現象觀察有利；二是洋蔥液泡大。而如果在實驗時找不到紫色洋蔥，也可以用葫蘆蘚、白菜、女貞或紫色茉莉葉片下表皮代替。通常像紫色洋蔥、葫蘆蘚這樣的材料，細胞液自身帶有顏色，因此做細胞質壁分離與復原實驗非常容易觀察，而有些材料液泡是沒有顏色的，這時可以借助于一些手段對液泡進行著色，如用紅墨水染色等。總而言之，進行該實驗時，非常關鍵的決定因素就是選用合適的材料，最好能夠看到液泡大小變化，這樣也更加能夠闡述滲透作用原理。

（二） 質壁分離試劑配制方面

在“觀察植物細胞的質壁分離與復原”實驗時，一定要保證試劑濃度合適，不能太高或太低，同時還要保證試劑在短時間內不會對細胞造成損傷。如果試劑濃度過高，那么質壁分離速度過快，細胞活力會受到制約，復原時也不太容易；如果試劑濃度過低，那么質壁分離速度過慢，分離與復原現象不明顯。通常所用的試劑為33%的蔗糖溶液或者是1mol/L的KNO3溶液。

（三） 換液技術方面

因為在“觀察植物細胞質壁分離與復原實驗”中需要用到高倍顯微鏡進行觀察，所以當在蓋玻片下進行換液時需要有很高的換液技術水準。學生不但要嚴格按照實驗指示進行操作，同時還要具有足夠的耐心，不能滴液太多，防止液體溢到蓋玻片外面，對顯微鏡物鏡頭造成污染。在滴液時，如果從左側滴入糖液，那么要用吸水紙從右側吸引，而清水則應該從右側滴入，然后從左側吸引。通過這樣的滴液與吸液方式能夠加快實驗速度。

（四） 其他注意事項

一是實驗所用原材料要注意節約使用，可以把植物葉片切成多個小塊分給學生；二是在對洋蔥表皮進行取樣時，要防止洋蔥表皮細胞的液泡發生破損，不然會對實驗結果造成影響，在辨別液泡是否被損壞時，主要依據為：觀察表皮顏色，如果液泡沒有損壞，顏色為紫紅色，如果液泡發生損壞則變為白色半透明狀；三是當在顯微鏡下進行觀察時，要先用低倍鏡進行觀察，然后再用高倍鏡，如果在低倍鏡下就能觀察得非常仔細，那么就沒必要再用高倍鏡了；四是進行滴液時，蔗糖溶液或水不得直接滴在載物臺上，而是應該在實驗桌面上操作，而且要反復操作幾次；五是如果所用原材料紫色洋蔥沒有經過處理，那么取樣時一定要取外表皮；六是在整個實驗過程中，要保證細胞始終具有活性。

四、 “觀察植物細胞的質壁分離與復原實驗”優化改進

（一） 洋蔥培養方法的優化改進

對洋蔥原料進行培養時，需要根據教材指導進行培養，首先將洋蔥放置在盛有水的玻璃燒杯中，而且環境溫度要適宜，最好是在室溫下培養。但是這種培養方法最突出的不足就是需要經常換水，不太方便且需要耗費更多的人力資源、時間，一旦燒杯中的水出現腐敗，那么對洋蔥出根會造成不良影響，而且也會妨礙原先的跟正常生長。所以在對洋蔥進行培養時，可以運用扁平寬大的容器，例如塑料蛋糕盒。可以將空的塑料蛋糕盒用透明膠帶固定好，蛋糕盒底部有線格，然后把洋蔥放在線格上，再往里面加水，這樣就能讓洋蔥更好地出根，為根留出足夠多的空間。通過對洋蔥培養方法進行改進，能夠極大地優化洋蔥出根環境，而且培養容器也易得，能讓廢物再利用，加入大量的水也能更好地防止水質腐敗，換水也更加便捷，大大降低了換水時間與人力成本。因此在高中生物“觀察植物細胞質壁分離與復原實驗”中可以運用這一方法培養洋蔥。

（二） 選材方法的優化改進

在”觀察植物細胞質壁分離與復原實驗“中，我們通常選用紫色洋蔥作為實驗用料，其原因主要是紫色洋蔥液泡中含有紫色色素，液泡顏色為紫色，容易觀察液體流動，實驗效果更加明顯。但是在實驗當中經常會遇到一些問題：由于洋蔥最外面一層葉片顏色為深紫色，從外到里，洋蔥葉片顏色逐漸由深紫色變淺，最后變為半透明色。要想保證實驗成功，只能選用洋蔥最外面的一層或兩層表皮，這樣會造成原料的極大浪費，經濟性不合理。此外洋蔥內層葉片非常稚嫩，而且葉肉與表皮細胞相互間結合特別緊密，通常很難單獨將表皮細胞剝離出去。在實驗過程中，學生撕取洋蔥表皮細胞時，經常會破損細胞，而且因為洋蔥表皮含有很多葉肉細胞，對實驗效果觀察非常不利。針對這兩點問題，我們可以采取有針對性的改進措施，在實驗前現將洋蔥切成兩半，然后再把葉片剝下來，放在蛋糕盒中讓葉片上表皮朝外進行培養，這樣能夠讓洋蔥表皮顏色加深，而且陽谷照射能夠讓洋蔥葉片失去部分水分，變得軟化，這樣在葉片剝離時細胞不太容易破損。

（三） 探究過程的優化改進

在實驗中正常的操作順序是先進行第一次觀察；然后滴加蔗糖試劑讓洋蔥細胞充分浸泡后進行第二次觀察，并和第一次觀察結果加以對比；第三次是用清水清洗洋蔥細胞后再進行觀察，并和前兩次加以對比。為了讓學生更加深入地認識質壁分離與復原現象，我們可以設置出不同的對照實驗，如不同類型、不同濃度的試劑溶液，分別觀察細胞是否能發生質壁分離以及質壁復原現象，學生可以對實驗過程與規律進行交流總結，加深實驗影響。但是要注意的是設置對照實驗時，要保證每次的變量唯一，這樣實驗結果才有可比性。

五、 結論

總之，“觀察植物細胞質壁分離與復原實驗”作為高中生物實驗課程中的第一個實驗，需要我們給予足夠的重視。對于整個實驗過程，從原材料培養方法到選材，再到探究過程，對其進行優化改進是非常有必要的。通過設置出不同的對照實驗組，能夠讓學生觀察的更加深入詳細，有效提升學生的實驗探究積極性，這對生物實驗教學也會起到事半功倍的效果。

參考文獻：

[1]陳柃伊.“植物細胞的質壁分離與復原”的教學設計[J].科教文匯（上旬刊），2016，（11）：45-46+49.

[2]徐宏余.觀察植物細胞的質壁分離和復原的實驗改進[J].中學生數理化（學研版），2014，（12）：14.

作者簡介：王璟珺，浙江省臺州市，浙江省臺州市第一中學。