植物細胞質壁分離與復原實驗的改進

梁 毅 龐婕妤

(1.廣西賀州第一高級中學 廣西賀州 542899)

(2.廣西賀州第二高級中學 廣西賀州 542899)

植物細胞質壁分離與復原是高中生物人教版《必修1·分子與細胞》第四章中“探究植物細胞的吸水和失水”實驗的一部分,是常考的實驗之一。教材常用實驗材料是洋蔥,洋蔥具有細胞個體大,顏色鮮艷的優點,但有刺激氣味,易辣眼致流淚。下文探究新材料、新方法的使用,以便歸納出更加適合本實驗的材料與方法。

1 材料選取

1.1 實驗原理

植物細胞發生質壁分離的條件有兩個:(1)植物細胞是鮮活的,具有半透膜;(2)細胞外液濃度高于細胞內液。

1.2 實驗材料

植物細胞質壁分離與復原實驗的材料選擇原則包括:(1)植物細胞是活的,具有細胞壁以及中央大液泡等結構;(2)液泡中含有色素,便于實驗觀察。另一個關鍵因素是植物材料易撕取并獲得單層細胞。教師可以選擇紫色洋蔥作為對照材料,羊蹄甲花、山茶花、紫竹梅作為新材料。

1.3 實驗步驟

(1)制作臨時裝片:在載玻片上滴一滴清水,傳統方法在材料上劃“井”字,并在“井”字上撕取單層細胞,現采用“小方格法”撕取單層表皮細胞,即用解剖刀在材料表面劃幾個小方格,用鑷子撕取其中一個小方格,如果第一個方格表皮撕得不好,可以再撕取第二個方格的表皮;撕好的表皮放在載玻片上,蓋上蓋玻片,制成臨時裝片;

(2)顯微鏡觀察:將臨時裝片置于光學顯微鏡下觀察,在視野中找到清晰的表皮細胞,再換成高倍鏡進行觀察;

(3)質壁分離:采用多面滲透法。傳統方法是在蓋玻片的一端滴加0.3 g/mL 蔗糖溶液,在另一端放吸水紙引流,在顯微鏡下觀察現象。改進后的方法是在蓋玻片的三面滴加0.3 g/mL 蔗糖溶液,在一面放吸水紙引流,這樣的效果更佳,縮短實驗時間。

(4)分離后復原:在蓋玻片三面滴加清水,觀察現象。

1.4 結果分析

與洋蔥相比,新材料羊蹄甲花和山茶花的優點是花瓣片顏色鮮艷、無刺激氣味,撕取單層表皮細胞時不易卷縮;而紫竹梅葉片屬于肉質葉片,表皮細胞個體大,容易撕取,顏色鮮艷,無刺激氣味。觀察質壁分離時,羊蹄甲花和山茶花花瓣細胞個體小,要在10×40 倍下才看得清楚,紫竹梅葉片表皮細胞個體大,在10×10 倍即可見,發生質壁分離后在10 分鐘內可以完成復原,實驗結果較明顯。

2 實驗設計

2.1 實驗1:探究新材料在實驗中的使用

材料準備:選擇課本材料洋蔥(變態葉)作對照,學生自行準備新材料,如羊蹄甲花、山茶花、紫竹梅、圣女果、黃花夾竹桃、葉子花等,要求學生使用現有的材料,通過小組合作形式,完成質壁分離與復原實驗。

小組合作:每組8 人,全班分成7 個組,每組選擇一種材料完成實驗,完成結果分析,最后進行交流。

結果與結論:實驗結果見表1,新材料羊蹄甲花瓣、山茶花花瓣,紫竹梅葉片均可在0.3 g/mL 蔗糖濃度下發生質壁分離,并在清水中復原。而葉子花葉片有角質層,圣女果果皮較厚并與果肉相連,夾竹桃花瓣較薄,這些材料不易制成臨時裝片,無法完成實驗。

因此,可以得出肉質葉片、肥大花瓣,薄層果皮等有色材料,更適合作為植物細胞質壁分離與復原的實驗材料這一結論。

2.2 實驗2:探究新試劑在實驗中的使用

材料準備:選擇課本材料洋蔥(變態葉)作對照,新材料羊蹄甲花、山茶花、紫竹梅;試劑選擇:蔗糖濃度選擇0.3 g/mL,NaCl 溶液選擇質量濃度為4%。小組合作,每組7 人,全班分成8 個組,每組選擇一種材料和一種試劑完成實驗,記錄質壁分離時間,是否發生復原,分析實驗結果,最后進行交流,實驗結果見表2。

從表2 數據可知,使用質量濃度為4%NaCl 溶液作為試劑進行植物細胞質壁分離實驗,分離時間大大縮短;低濃度的NaCl 溶液中發生的質壁分離在幾分鐘后是可以發生復原的。若換成高濃度如10%的NaCl 溶液,質壁分離不會復原。傳統的蔗糖溶液具有粘性大,阻礙載玻片移動,易污染物鏡鏡頭,也易滋生細菌等缺點。與蔗糖相比,NaCl 溶液具幾個優點:(1)無粘性,不會阻礙載玻片移動;(2)具有一定的消毒作用,不會滋生細菌;(3)質壁分離時間短(約為2 分鐘),效果顯著;(4)容易購買,價格優惠。缺點在于較高濃度的NaCl 溶液(質量分數10%),植物細胞發生質壁分離后不會復原。因此,NaCl 溶液為完成植物細胞發生質壁分離實驗提供了較好的條件。

3 討論與結論

本實驗選擇新材料羊蹄甲花、山茶花、紫竹梅葉片作為觀察植物細胞質壁分離與復原的新材料,經濟、易得、無刺激氣味,其中紫竹梅不受季節影響,一年四季都可以做實驗,相比洋蔥,是質壁分離實驗比較適合的材料。制作臨時裝片時,采用“小方格法”操作,比傳統的“井”字法更勝一籌。用4%NaCl 溶液代替0.3 g/mL 蔗糖溶液,可以保護好顯微鏡物鏡不被污染,也能解決粘性強無法移動載玻片的問題,更不容易滋生細菌。采用“多面滲透法”滴加試劑,引流效率快,為植物細胞發生質壁分離縮短時間,是不錯的創新方式方法。