探究“植物细胞的吸水和失水”实验取材及试剂改进

林宏

摘 要：按照教材进行洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离和复原实验操作用时长，结果不明显，笔者从改进实验取材方法和分离试剂入手提高实验的可行性，在节省实验操作时间的同时保证实验质量，促进学生实验能力的提高。

关键词：质壁分离；质壁分离复原；取材；分离试剂

生物学是在大量实验实证基础上建立起来的一门学科，毋庸置疑对实验有一定的要求。新课程标准十分注重实验探究能力的培养，新教材中也把实验置于非常重要、不可或缺的地位。通过高中生物实验教学的一些经验和实践，笔者认为高中教材的某些实验，可以稍加改进或进一步探究，效果可更好。如在指导学生探究“植物细胞的吸水和失水”活动过程中，教材的参考案例为检验“原生质层相当于一层半透膜”，主要的实验现象为洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离和复原的观察。若一味按照教材中提供的实验方法及步骤，笔者发现实验用时长，结果不明显，失败率高。故笔者思考能否通过实验取材及试剂的改进来缩短实验时间，提高实验的可行性。通过实践，发现效果较好。

一、取材方法的改进

教材中选用的材料是洋葱鳞片叶的紫色外表皮，外表皮一般由外到内颜色渐浅，仅有一两层符合选材标准，且表皮细胞紧密连结叶肉细胞，不易分开。若学生操作不当，会将叶肉细胞一起撕取，或将表皮细胞撕破，从而观察不到完整细胞，引起实验失败。为此，笔者做了相应改进：将洋葱鳞片叶剥离，使之不与茎相连，将剥离好的鳞片叶外表皮朝上，放置于通风及适当光照处，每天适时补充少许水分，过2～3天即可获得较多紫色表皮。在操作过程中，教参中提示用刀片在外表皮划-0.5cm见方的“井”字，后用镊子将“井”字中央撕下。但因内层鳞片叶嫩，含水量大，外层鳞片叶韧性较大，往往会撕取不完整。在实践中，操作者可沿叶脉垂直方向由内层向外层掰开，保持紫色外层不断（此时鳞片叶内层已断，但仍附着在外层），再沿叶脉方向轻拉，使鳞片叶内外层逐渐分离，仍保留少许附着，用刀片在分离处两端分别截取一段即可获得完整所需材料。这样既避免了与叶肉细胞相互粘连导致细胞重叠，又方便操作，减少实验时间。

二、分离试剂的改进

细胞发生质壁分离和复原所需时间长，而往往高中实验安排的是一节课，用于器材的准备、实验的讲解等要用十多分钟，真正用以实验操作的时间不多于30分钟，若用教材中的0.3g/mL的蔗糖溶液作为外界溶液进行质壁分离的观察又进行质壁分离复原实验，时间非常紧张，甚至有些组别都不能完成实验。如何能既保证实验质量，又缩短实验用时呢？于是笔者就思考：能否通过提高蔗糖溶液的浓度的方法来实现？但若浓度太高细胞会失活，导致不能进行质壁分离复原。那应选择什么样的浓度为宜呢？通过查阅文献资料，丁家强、韦蓉等发现蔗糖溶液浓度为0.50g/mL时洋葱表皮细胞就会失水死亡，难以进行质壁分离的复原。所以应在0.30g/mL～0.50g/mL之间寻找一个恰当的浓度来进行实验操作。

表1 不同浓度蔗糖溶液洋葱鳞片叶外表皮

细胞质壁分离及复原结果

■

从表1得出第4组和第5组质壁分离用时短，但大部分细胞死亡，已不能再复原，故不予考虑作为实验浓度；1、2、3组中，第1组完全质壁分离时间用时较长，质壁分离复原用时较短，已超过假定的实验总用时；第3组则相反，第2组两种用时居中，但总用时最短，所以0.35g/mL为最适合进行质壁分离及其复原实验的蔗糖溶液浓度。

在课堂教学中，学生操作实践后反应：蔗糖浓度高时较粘稠，在进行质壁分离复原操作时，加清水后在另一侧用吸水纸吸引不易进入材料内部，不能使洋葱鳞片叶表皮浸润于其中，实验误差较大；在有限的实验时间内可能看不到质壁分离复原，增加了实验的失败率。同时，粘稠的蔗糖溶液还会污染物镜，且难以清洗，影响实验器材的使用。由此，笔者就想能否采用其他分离试剂，以期取得更好的实验结果，且不影响器材的后续使用。经过实践，笔者认为用KNO3溶液替代蔗糖溶液效果较好，且KNO3溶液可被洋葱鳞片叶表皮细胞吸收发生质壁分离自动复原，从而省却加清水步骤，操作方便，用时较短。

KNO3溶液作为无机物，渗透势与蔗糖不同，那要选择KNO3溶液浓度应为多大？一般高中生物实验室所用KNO3溶液浓度低于0.25g/mL，故浓度设定在0.25g/mL以下进行研究。

表2 不同浓度KNO3溶液洋葱鳞片叶外表皮细胞

质壁分离及复原结果

■

分析表2数据可知：0.25g/mLKNO3溶液作为分离液滴加清水仍难以复原，原因在于大部分细胞已经失水过量死亡，KNO3溶液为0.19g/mL时，在有效观察期内质壁分离自动复原细胞数量较少，滴加清水就短时间可以复原，但因此使得实验变得繁琐。KNO3溶液为0.01g/mL下，质壁分离时间太长，达不到节省时间的目的。综合分析，0.07g/mL～0.13g/mL为比较适宜的KNO3实验浓度。为便于实验室中溶液配置，可选取中间值0.10g/mLKNO3溶液作为实验操作浓度。这种方法虽然不用添加清水，但不好把握时间，极有可能稍不注意就错过典型质壁分离细胞状态，需观察连续过程，适宜在演示实验或验证实验时采用。如若需保留质壁分离较长时间，如师生边探究边思考问题边操作或教师讲解，则建议采用上述0.35g/mL的蔗糖溶液作为分离试剂。

上述若干改进，既可以保证实验质量，又可以有效节省实验操作时间，大大提高了生物实验课的课堂效率，有利于学生养成良好的探究习惯以及拓展思维空间，从而顺利完成实验教学任务，实现相应的课堂教学目标。

参考文献：

[1]朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书·生物1·分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2]朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书·生物1·分子与细胞·教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2011.

[3]丁家强.对“植物细胞质壁分离与复原”实验的探究[J].中学生物学，2004（6）：41-42.

[4]韦蓉，杨君萍，王永旭.高中生物教学中探究式教学方法的实践和思考[J].民主教学，2013（15）：199-200.

摘 要：按照教材进行洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离和复原实验操作用时长，结果不明显，笔者从改进实验取材方法和分离试剂入手提高实验的可行性，在节省实验操作时间的同时保证实验质量，促进学生实验能力的提高。

关键词：质壁分离；质壁分离复原；取材；分离试剂

生物学是在大量实验实证基础上建立起来的一门学科，毋庸置疑对实验有一定的要求。新课程标准十分注重实验探究能力的培养，新教材中也把实验置于非常重要、不可或缺的地位。通过高中生物实验教学的一些经验和实践，笔者认为高中教材的某些实验，可以稍加改进或进一步探究，效果可更好。如在指导学生探究“植物细胞的吸水和失水”活动过程中，教材的参考案例为检验“原生质层相当于一层半透膜”，主要的实验现象为洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离和复原的观察。若一味按照教材中提供的实验方法及步骤，笔者发现实验用时长，结果不明显，失败率高。故笔者思考能否通过实验取材及试剂的改进来缩短实验时间，提高实验的可行性。通过实践，发现效果较好。

一、取材方法的改进

教材中选用的材料是洋葱鳞片叶的紫色外表皮，外表皮一般由外到内颜色渐浅，仅有一两层符合选材标准，且表皮细胞紧密连结叶肉细胞，不易分开。若学生操作不当，会将叶肉细胞一起撕取，或将表皮细胞撕破，从而观察不到完整细胞，引起实验失败。为此，笔者做了相应改进：将洋葱鳞片叶剥离，使之不与茎相连，将剥离好的鳞片叶外表皮朝上，放置于通风及适当光照处，每天适时补充少许水分，过2～3天即可获得较多紫色表皮。在操作过程中，教参中提示用刀片在外表皮划-0.5cm见方的“井”字，后用镊子将“井”字中央撕下。但因内层鳞片叶嫩，含水量大，外层鳞片叶韧性较大，往往会撕取不完整。在实践中，操作者可沿叶脉垂直方向由内层向外层掰开，保持紫色外层不断（此时鳞片叶内层已断，但仍附着在外层），再沿叶脉方向轻拉，使鳞片叶内外层逐渐分离，仍保留少许附着，用刀片在分离处两端分别截取一段即可获得完整所需材料。这样既避免了与叶肉细胞相互粘连导致细胞重叠，又方便操作，减少实验时间。

二、分离试剂的改进

细胞发生质壁分离和复原所需时间长，而往往高中实验安排的是一节课，用于器材的准备、实验的讲解等要用十多分钟，真正用以实验操作的时间不多于30分钟，若用教材中的0.3g/mL的蔗糖溶液作为外界溶液进行质壁分离的观察又进行质壁分离复原实验，时间非常紧张，甚至有些组别都不能完成实验。如何能既保证实验质量，又缩短实验用时呢？于是笔者就思考：能否通过提高蔗糖溶液的浓度的方法来实现？但若浓度太高细胞会失活，导致不能进行质壁分离复原。那应选择什么样的浓度为宜呢？通过查阅文献资料，丁家强、韦蓉等发现蔗糖溶液浓度为0.50g/mL时洋葱表皮细胞就会失水死亡，难以进行质壁分离的复原。所以应在0.30g/mL～0.50g/mL之间寻找一个恰当的浓度来进行实验操作。

表1 不同浓度蔗糖溶液洋葱鳞片叶外表皮

细胞质壁分离及复原结果

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从表1得出第4组和第5组质壁分离用时短，但大部分细胞死亡，已不能再复原，故不予考虑作为实验浓度；1、2、3组中，第1组完全质壁分离时间用时较长，质壁分离复原用时较短，已超过假定的实验总用时；第3组则相反，第2组两种用时居中，但总用时最短，所以0.35g/mL为最适合进行质壁分离及其复原实验的蔗糖溶液浓度。

在课堂教学中，学生操作实践后反应：蔗糖浓度高时较粘稠，在进行质壁分离复原操作时，加清水后在另一侧用吸水纸吸引不易进入材料内部，不能使洋葱鳞片叶表皮浸润于其中，实验误差较大；在有限的实验时间内可能看不到质壁分离复原，增加了实验的失败率。同时，粘稠的蔗糖溶液还会污染物镜，且难以清洗，影响实验器材的使用。由此，笔者就想能否采用其他分离试剂，以期取得更好的实验结果，且不影响器材的后续使用。经过实践，笔者认为用KNO3溶液替代蔗糖溶液效果较好，且KNO3溶液可被洋葱鳞片叶表皮细胞吸收发生质壁分离自动复原，从而省却加清水步骤，操作方便，用时较短。

KNO3溶液作为无机物，渗透势与蔗糖不同，那要选择KNO3溶液浓度应为多大？一般高中生物实验室所用KNO3溶液浓度低于0.25g/mL，故浓度设定在0.25g/mL以下进行研究。

表2 不同浓度KNO3溶液洋葱鳞片叶外表皮细胞

质壁分离及复原结果

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分析表2数据可知：0.25g/mLKNO3溶液作为分离液滴加清水仍难以复原，原因在于大部分细胞已经失水过量死亡，KNO3溶液为0.19g/mL时，在有效观察期内质壁分离自动复原细胞数量较少，滴加清水就短时间可以复原，但因此使得实验变得繁琐。KNO3溶液为0.01g/mL下，质壁分离时间太长，达不到节省时间的目的。综合分析，0.07g/mL～0.13g/mL为比较适宜的KNO3实验浓度。为便于实验室中溶液配置，可选取中间值0.10g/mLKNO3溶液作为实验操作浓度。这种方法虽然不用添加清水，但不好把握时间，极有可能稍不注意就错过典型质壁分离细胞状态，需观察连续过程，适宜在演示实验或验证实验时采用。如若需保留质壁分离较长时间，如师生边探究边思考问题边操作或教师讲解，则建议采用上述0.35g/mL的蔗糖溶液作为分离试剂。

上述若干改进，既可以保证实验质量，又可以有效节省实验操作时间，大大提高了生物实验课的课堂效率，有利于学生养成良好的探究习惯以及拓展思维空间，从而顺利完成实验教学任务，实现相应的课堂教学目标。

参考文献：

[1]朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书·生物1·分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2]朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书·生物1·分子与细胞·教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2011.

[3]丁家强.对“植物细胞质壁分离与复原”实验的探究[J].中学生物学，2004（6）：41-42.

[4]韦蓉，杨君萍，王永旭.高中生物教学中探究式教学方法的实践和思考[J].民主教学，2013（15）：199-200.

摘 要：按照教材进行洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离和复原实验操作用时长，结果不明显，笔者从改进实验取材方法和分离试剂入手提高实验的可行性，在节省实验操作时间的同时保证实验质量，促进学生实验能力的提高。

关键词：质壁分离；质壁分离复原；取材；分离试剂

生物学是在大量实验实证基础上建立起来的一门学科，毋庸置疑对实验有一定的要求。新课程标准十分注重实验探究能力的培养，新教材中也把实验置于非常重要、不可或缺的地位。通过高中生物实验教学的一些经验和实践，笔者认为高中教材的某些实验，可以稍加改进或进一步探究，效果可更好。如在指导学生探究“植物细胞的吸水和失水”活动过程中，教材的参考案例为检验“原生质层相当于一层半透膜”，主要的实验现象为洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离和复原的观察。若一味按照教材中提供的实验方法及步骤，笔者发现实验用时长，结果不明显，失败率高。故笔者思考能否通过实验取材及试剂的改进来缩短实验时间，提高实验的可行性。通过实践，发现效果较好。

一、取材方法的改进

教材中选用的材料是洋葱鳞片叶的紫色外表皮，外表皮一般由外到内颜色渐浅，仅有一两层符合选材标准，且表皮细胞紧密连结叶肉细胞，不易分开。若学生操作不当，会将叶肉细胞一起撕取，或将表皮细胞撕破，从而观察不到完整细胞，引起实验失败。为此，笔者做了相应改进：将洋葱鳞片叶剥离，使之不与茎相连，将剥离好的鳞片叶外表皮朝上，放置于通风及适当光照处，每天适时补充少许水分，过2～3天即可获得较多紫色表皮。在操作过程中，教参中提示用刀片在外表皮划-0.5cm见方的“井”字，后用镊子将“井”字中央撕下。但因内层鳞片叶嫩，含水量大，外层鳞片叶韧性较大，往往会撕取不完整。在实践中，操作者可沿叶脉垂直方向由内层向外层掰开，保持紫色外层不断（此时鳞片叶内层已断，但仍附着在外层），再沿叶脉方向轻拉，使鳞片叶内外层逐渐分离，仍保留少许附着，用刀片在分离处两端分别截取一段即可获得完整所需材料。这样既避免了与叶肉细胞相互粘连导致细胞重叠，又方便操作，减少实验时间。

二、分离试剂的改进

细胞发生质壁分离和复原所需时间长，而往往高中实验安排的是一节课，用于器材的准备、实验的讲解等要用十多分钟，真正用以实验操作的时间不多于30分钟，若用教材中的0.3g/mL的蔗糖溶液作为外界溶液进行质壁分离的观察又进行质壁分离复原实验，时间非常紧张，甚至有些组别都不能完成实验。如何能既保证实验质量，又缩短实验用时呢？于是笔者就思考：能否通过提高蔗糖溶液的浓度的方法来实现？但若浓度太高细胞会失活，导致不能进行质壁分离复原。那应选择什么样的浓度为宜呢？通过查阅文献资料，丁家强、韦蓉等发现蔗糖溶液浓度为0.50g/mL时洋葱表皮细胞就会失水死亡，难以进行质壁分离的复原。所以应在0.30g/mL～0.50g/mL之间寻找一个恰当的浓度来进行实验操作。

表1 不同浓度蔗糖溶液洋葱鳞片叶外表皮

细胞质壁分离及复原结果

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从表1得出第4组和第5组质壁分离用时短，但大部分细胞死亡，已不能再复原，故不予考虑作为实验浓度；1、2、3组中，第1组完全质壁分离时间用时较长，质壁分离复原用时较短，已超过假定的实验总用时；第3组则相反，第2组两种用时居中，但总用时最短，所以0.35g/mL为最适合进行质壁分离及其复原实验的蔗糖溶液浓度。

在课堂教学中，学生操作实践后反应：蔗糖浓度高时较粘稠，在进行质壁分离复原操作时，加清水后在另一侧用吸水纸吸引不易进入材料内部，不能使洋葱鳞片叶表皮浸润于其中，实验误差较大；在有限的实验时间内可能看不到质壁分离复原，增加了实验的失败率。同时，粘稠的蔗糖溶液还会污染物镜，且难以清洗，影响实验器材的使用。由此，笔者就想能否采用其他分离试剂，以期取得更好的实验结果，且不影响器材的后续使用。经过实践，笔者认为用KNO3溶液替代蔗糖溶液效果较好，且KNO3溶液可被洋葱鳞片叶表皮细胞吸收发生质壁分离自动复原，从而省却加清水步骤，操作方便，用时较短。

KNO3溶液作为无机物，渗透势与蔗糖不同，那要选择KNO3溶液浓度应为多大？一般高中生物实验室所用KNO3溶液浓度低于0.25g/mL，故浓度设定在0.25g/mL以下进行研究。

表2 不同浓度KNO3溶液洋葱鳞片叶外表皮细胞

质壁分离及复原结果

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分析表2数据可知：0.25g/mLKNO3溶液作为分离液滴加清水仍难以复原，原因在于大部分细胞已经失水过量死亡，KNO3溶液为0.19g/mL时，在有效观察期内质壁分离自动复原细胞数量较少，滴加清水就短时间可以复原，但因此使得实验变得繁琐。KNO3溶液为0.01g/mL下，质壁分离时间太长，达不到节省时间的目的。综合分析，0.07g/mL～0.13g/mL为比较适宜的KNO3实验浓度。为便于实验室中溶液配置，可选取中间值0.10g/mLKNO3溶液作为实验操作浓度。这种方法虽然不用添加清水，但不好把握时间，极有可能稍不注意就错过典型质壁分离细胞状态，需观察连续过程，适宜在演示实验或验证实验时采用。如若需保留质壁分离较长时间，如师生边探究边思考问题边操作或教师讲解，则建议采用上述0.35g/mL的蔗糖溶液作为分离试剂。

上述若干改进，既可以保证实验质量，又可以有效节省实验操作时间，大大提高了生物实验课的课堂效率，有利于学生养成良好的探究习惯以及拓展思维空间，从而顺利完成实验教学任务，实现相应的课堂教学目标。

参考文献：

[1]朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书·生物1·分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2]朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书·生物1·分子与细胞·教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2011.

[3]丁家强.对“植物细胞质壁分离与复原”实验的探究[J].中学生物学，2004（6）：41-42.

[4]韦蓉，杨君萍，王永旭.高中生物教学中探究式教学方法的实践和思考[J].民主教学，2013（15）：199-200.