探究幾種常見(jiàn)半透膜中滲透作用效果最好的半透膜

張 慧 （高平一中實(shí)驗(yàn)學(xué)校 山西高平 048400）

0 引言

人教版2004年高中生物學(xué)必修1《分子與細(xì)胞》第4 章“細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出”第1 節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”資料分析中利用玻璃紙做的滲透實(shí)驗(yàn)介紹較含糊：1）該實(shí)驗(yàn)只證明水分子可以通過(guò)半透膜，但沒(méi)有證明大分子物質(zhì)不能通過(guò)半透膜；2）長(zhǎng)頸漏斗口徑較小，部分濾膜滲透作用現(xiàn)象不明顯；3）由于蔗糖溶液無(wú)色，導(dǎo)致水柱液面的上升難以觀察；4）裝置中的長(zhǎng)頸漏斗是倒立的，通過(guò)漏斗頸向裝置內(nèi)加入溶液也非常困難；5）該實(shí)驗(yàn)僅使用了玻璃紙作為半透膜，學(xué)生不清楚究竟哪種半透膜效果更好。 通過(guò)學(xué)習(xí)本探究實(shí)驗(yàn)制備多種半透膜材料的操作過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、合作精神和探索意識(shí)；通過(guò)復(fù)雜的多組實(shí)驗(yàn)操作培養(yǎng)學(xué)生單一變量原則和解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力，并達(dá)到使學(xué)生能夠?qū)B透作用發(fā)生的原理深刻理解的教學(xué)目的。

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1 實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)計(jì)思路 實(shí)驗(yàn)原理：滲透作用是指水或其他溶劑分子通過(guò)半透膜的一種擴(kuò)散，這時(shí)溶質(zhì)不能透過(guò)半透膜。 滲透作用的產(chǎn)生必須滿足2 個(gè)基本條件：一是具有半透膜，二是膜的兩側(cè)具有濃度差。為了明顯地觀察到滲透現(xiàn)象，長(zhǎng)頸漏斗的頸必須很細(xì)，而半透膜扎口端的口徑要大一些。本實(shí)驗(yàn)中因自變量為半透膜的種類，其中蠶豆皮的面積最小，因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選取了玻璃滴管或塑料滴管倒置代替了教材實(shí)驗(yàn)中的倒置長(zhǎng)頸漏斗。半透膜和滴管用棉線扎口，因棉線可以吸水膨脹是扎口更緊密。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路： 利用多種半透膜材料作為單一變量做滲透實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比滲透現(xiàn)象的結(jié)果得出哪種半透膜滲透作用效果最好的結(jié)論。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改裝，使實(shí)驗(yàn)條件更加符合實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加客觀。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料用具 豬膀胱、雞蛋、豬小腸、魚(yú)鰾、蠶豆、濾膜、梧桐樹(shù)葉、36%乙酸、清水、蔗糖、鑷子、藥品勺、三腳架、酒精燈、玻璃滴管、塑料滴管、燒杯、玻璃棒、2.5 mL 注射器、棉線、試管夾和鐵架臺(tái)等。

2.3 半透膜獲得過(guò)程

2.3.1 卵殼膜

方法1：雞蛋卵殼膜選用新鮮較大的雞蛋，在一端敲開(kāi)一個(gè)小孔，使蛋清和蛋黃流出，反復(fù)清洗；將蛋殼浸泡在15%鹽酸和95%酒精的混合溶液中，直至外殼全部被腐蝕掉；取出卵殼膜，放入清水中浸泡備用［1］，如圖1。

方法2：制取卵殼膜外膜、內(nèi)膜：將卵殼膜浸泡在清水中12 h 左右，浸泡過(guò)程要使用物體壓著，否則卵殼膜漂浮在水而上。 水由氣室進(jìn)入2層膜之間,用水輕輕將兩層膜分開(kāi)，分開(kāi)后的膜隨后仍然浸泡在清水中備用。 同時(shí)保留沒(méi)有分離卵殼膜備用［2］。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程總結(jié)出：雞蛋卵殼膜（雙層）可以在一端敲開(kāi)一個(gè)稍大洞，使蛋清和蛋黃流出，然后用手指小心從破口處向內(nèi)撕，取得較大面積卵殼膜備用;獲取雞蛋卵殼膜內(nèi)膜，可以在雞蛋大頭一端敲開(kāi)一個(gè)直徑1.5 cm 左右的孔，將碎蛋殼和卵殼膜外膜小心去掉，保證內(nèi)膜沒(méi)有破損，小頭一段敲開(kāi)一個(gè)直徑3 cm 左右的孔，使蛋清和蛋黃流出，然后在水龍頭下方從大頭處緩緩進(jìn)水，逐漸加大流速，內(nèi)膜被沖出，即可獲得，如圖2～圖4。

2.3.2 膀胱膜

方法1： 將新鮮豬膀肌置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的Na2CO3溶液中，從而去除表層的油脂，增大表層的親水性。 吹氣使之體積達(dá)到原體積的25 倍，扎緊，置于背陰通風(fēng)處使之風(fēng)干。

方法2：將新鮮豬膀肌的外層（即漿膜層）進(jìn)行剝離，敷在大燒杯上，同樣放在通風(fēng)處風(fēng)干［1］，如圖5～圖6。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程總結(jié)出： 將新鮮豬膀胱至于玻璃缸內(nèi)，里外清洗干凈，浸泡12 h，用手從尿道口對(duì)側(cè)在水中進(jìn)行小心剝離，可以得到完整的膀胱膜。 得到后吹氣使之體積達(dá)到原體積的25 倍，扎緊，置于背陰通風(fēng)處使之風(fēng)干。

2.3.3 魚(yú)鰾 魚(yú)鰾膜以當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)的卿魚(yú)（或其他魚(yú)）的魚(yú)鰾作為半透膜。 魚(yú)鰾分為2 室，一室為卵形，另一室為圓錐形，都可用于實(shí)驗(yàn)把魚(yú)鰾從魚(yú)腹中取出，去掉外側(cè)白色的黏膜，用0.1 mol／L 的鹽酸浸濕，再用清水浸泡30 min，然后在魚(yú)鰾交接處剪開(kāi)，放出氣體，輕柔漂洗即可使用［1］。 平時(shí)可以將收集到的魚(yú)鰾曬干保存，用時(shí)只需浸入清水中待其變軟后即可用于實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)驗(yàn)中的魚(yú)鰾從魚(yú)腹中取出后，去除外側(cè)白色的黏膜，沒(méi)有使用鹽酸處理，而是直接用清水洗凈曬干備用。

2.3.4 豬腸衣 豬腸衣干制品制作方法：

方法1：1）將新鮮豬小腸用剪子剪成66 cm 左右的節(jié)段，在清水中洗凈內(nèi)外表面。 2）把每段小腸外表面（即漿膜層）一側(cè)腸系膜的殘余組織縱向撕下來(lái)。 3）拿起一段小腸平放在平滑的木板上或桌面上，左手用力捏緊小腸一端，右手持一竹塊或木尺塊將邊緣（平直的）順著小腸另一端用力刮下漿膜以外的其他組織，直至整段小腸全部刮凈為止。 4）刮好的小腸一端用線縛緊，另一端從腸腔插入一長(zhǎng)玻璃管，捏緊腸口的腸衣和玻璃管，用口向玻璃管內(nèi)不斷吹氣，使腸衣脹大，待氣吹足后，另一端也用細(xì)線縛緊。 5）將制作好的腸衣，一端懸掛在室內(nèi)通風(fēng)的繩下，讓其自然干燥。干燥后收下，保存?zhèn)溆茫?］。

方法2：新鮮豬腸衣制作方法：將一段新鮮豬小腸從切口處開(kāi)始，將最外層（漿膜）向下拉,便像脫襪子一樣很容易地剝離下來(lái)，得到豬腸衣［4］，如圖7。

2.3.5 蠶豆皮 取蠶豆種子，浸泡8 h，小心取下種皮備用。

2.3.6 梧桐樹(shù)葉 取法國(guó)梧桐放在沸水中煮1 min，破壞植物葉片表皮中不易透水的角質(zhì)層，用清水沖洗干凈備用［1］。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程總結(jié)出： 取法國(guó)梧桐放在沸水中煮的時(shí)間需要延長(zhǎng)一些，煮至5 min 左右。

2.3.7 濾膜 實(shí)驗(yàn)藥品商店購(gòu)買。

2.4 滲透實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程

1）實(shí)驗(yàn)時(shí)間為每天上午9∶00 開(kāi)始。

2）各小組的半透膜不同，其他條件相同。每一組進(jìn)行至少2 次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，例如：A11為A1 第2次操作。

3）觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄結(jié)果。

①實(shí)驗(yàn)條件為使用5 mL 加長(zhǎng)塑料滴管，加入6.5 mL 飽和蔗糖溶液。

表1 玻璃管中一定時(shí)間液面上升的高度

分析：A1 和A11的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明A1 組豬膀胱膜為雙層，A11組為豬膀胱膜的單層膜（在初次制取獲得豬膀胱膜時(shí)，不夠熟練，得到的膜沒(méi)有懸空晾干，而是鋪在桌子上晾干，可能有的區(qū)域是雙層，有的區(qū)域是單層）；A3 和A31實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明A3 組的魚(yú)鰾沒(méi)有扎緊或者已經(jīng)破碎。 A4 和A41濾膜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明濾膜對(duì)蔗糖溶液不具有半透性。 由于發(fā)現(xiàn)塑料滴管頭部剪開(kāi)一平整切口后太軟不易扎緊的現(xiàn)象，所以只做了8 組實(shí)驗(yàn)，結(jié)果說(shuō)明豬腸衣和豬腸衣的滲透作用效果最好，購(gòu)買濾膜失敗。

接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)用不帶膠頭的玻璃滴管倒置代替教材實(shí)驗(yàn)中的長(zhǎng)頸漏斗倒置。②實(shí)驗(yàn)條件為使用15 cm 長(zhǎng)玻璃滴管，加入1.5 mL 飽和蔗糖溶液。

表2 玻璃管中一定時(shí)間液面上升的高度

表3 玻璃管中一定時(shí)間液面上升的高度

分析：第1，通過(guò)9 組數(shù)據(jù)分析得出雞蛋卵殼膜的滲透作用最好，且雞蛋卵殼膜的內(nèi)膜作用更好，雞蛋常見(jiàn)，容易獲得，適合做學(xué)生課堂實(shí)驗(yàn)材料。 第2，通過(guò)A8 組的數(shù)據(jù)和其他組的數(shù)據(jù)對(duì)比可以得出濾膜對(duì)蔗糖溶液是全透的。 第3，通過(guò)各組24 h 的最終滲透結(jié)果，得出除了A8 組的濾膜對(duì)蔗糖溶液是全透外，其他膜都能體現(xiàn)半透膜現(xiàn)象。 第4，相同材料不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明在手工將膜扎到滴管上的過(guò)程中將膜弄破，或扎的不緊，使蔗糖溶液從滴管內(nèi)流入燒杯，最終滴管中的液面沒(méi)有上升。 第5，不同膜的滲透速率不同的原因是由于各種膜的組成不同和厚薄不同。 第6，通過(guò)不同滴管相同其他實(shí)驗(yàn)條件的滲透結(jié)果不同，得出選用大頭滴管可以使實(shí)驗(yàn)效果更明顯。

3 總結(jié)

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析得出雞蛋卵殼膜的滲透作用最好，并且雞蛋卵殼膜的內(nèi)膜作用更好，雞蛋易獲得，適合做學(xué)生課堂實(shí)驗(yàn)材料；其次是豬膀胱膜，再次是豬腸衣，最后是魚(yú)鰾，這3 種膜的獲取方便程度魚(yú)鰾最好，因此實(shí)驗(yàn)課上也推薦使用魚(yú)鰾做滲透實(shí)驗(yàn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)不足 因?yàn)槿∮冒胪改しN類較多，所以實(shí)驗(yàn)材料的獲得過(guò)程太長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)拖得太久；各組實(shí)驗(yàn)燒杯中清水的液面高度有一定的差異； 沒(méi)有在燒杯中加一些染色劑，使結(jié)果觀察效果下降；沒(méi)有選擇有刻度的滴管，使結(jié)果觀察測(cè)量后易出現(xiàn)誤差；塑料滴管選用不恰當(dāng)，在使用過(guò)程中使半透膜不容易扎緊，從而導(dǎo)致部分小組實(shí)驗(yàn)失敗。

4 拓展討論問(wèn)題

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)使學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐過(guò)程中得到啟迪，啟發(fā)學(xué)生的探究意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。將進(jìn)一步把教材中的實(shí)驗(yàn)改編成探究課堂，培養(yǎng)學(xué)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的生物學(xué)科學(xué)素養(yǎng)。