小鼠红细胞膜通透性的实验结果与分析*

赵文静　张晶（贵州医科大学基础医学院，贵州贵阳550025）



小鼠红细胞膜通透性的实验结果与分析*

赵文静张晶*
（贵州医科大学基础医学院，贵州贵阳550025）

摘要：我们统计了本校2015级部分本科生实验《红细胞膜通透性的测定》结果，揭示不同溶质对小鼠红细胞膜的扩散能力和扩散速度，并结合细胞生物学和多个学科的理论知识，分析溶血或不溶血现象的产生原因及速度差异。文章能为红细胞膜通透性的实验教学提供有价值的参考。

关键词：红细胞膜；扩散；溶血；实验教学

致谢：感谢贵州医科大学基础医学院生物学教研室全体教师和研究生的支持。感谢贵州医科大学校级教改项目（0701004）的支持。

细胞生物学实验教学中，常常会选用红细胞膜的通透性实验。实验将红细胞悬液滴入数种等渗溶液中，由于红细胞对各种溶质的通透性不同，有的溶质可以扩散，有的不能。扩散进入细胞的溶质能够提高红细胞的渗透压，从而导致水的渗入，致使红细胞膜膨胀并最终不堪重负而破裂，此时血红蛋白逸出，即发生溶血现象。溶血发生的时间能够体现溶质的扩散速度。因此，实验要求记录红细胞在多种等渗溶液中的溶血能力、溶血速度，并结合细胞生物学及其他学科知识，分析结果。该实验以红细胞膜的通透性为研究主线，考察了多个学科的理论知识和实验技能，能够加深学生对细胞膜功能的认识和理解。

实验结果及分析包含几个方面，其一，解释某溶液能够，或不能够引起溶血的原因。主要结合《细胞生物学》理论课程，尤其是被动运输这一章节的理论知识进行分析［1］。其二，解释溶血时间快慢的原因。马超颖等［2］、程旺元［3］、马云等［4］、宋鹏等［5］就这些问题给予自己的分析，但对于三种铵盐溶液的溶血原因和溶血速度等问题上存在争议。此外，现有文献及多种实验指导书籍中从未给出溶血时间参考。鉴于此，我们统计并分析了本校2015级部分本科生实验《红细胞膜通透性的测定》结果，以期为实验教学提供参考。

一、实验方法

实验方法及试剂的配置参考李虹主编的实验教材［6］。

二、结果与分析

发生溶血的溶液澄清透亮，使用带字的书页作为背景，能够透过溶液看清页面上的文字；发生不溶血的溶液上下分层，上层清液呈淡黄色，下层浊液呈血红色；溶液发生完全溶血之前，有一段半不溶血期，此时溶液浑浊。实验现象见图1，实验结果见表1。

图1　实验现象

表1　鼠红细胞在不同等渗溶液中的溶血情况

实验中溶血现象发生与否体现了物质的扩散能力，溶血时间快慢体现了物质扩散的速度。物质扩散的能力与速度，总的来说，与物质的分子大小、脂溶性和带电荷性相关。小分子、脂溶性强的物质，容易快速扩散。另外，由于带电物质通常同水结合形成一个水合外壳，不仅增加了它们的体积，同时也大大降低了脂溶性，所以细胞膜对于离子是高度不通透的。所以带电荷的分子或离子，不论大小，都不能自由扩散进入细胞。

蒸馏水能够迅速引起溶血。这是因为水分子体积小，尤其是生物膜上的水孔蛋白为水分子的迅速跨膜提供便捷通道，因此水渗入细胞的速度非常快。乙醇分子量为46.07，比水分子的体积大些，但同样属于小分子，且脂溶性很强，因此同样能够引起溶血，只是速度比水慢些。葡萄糖分子量为180.16，分子体积较大，不能通过简单扩散的方式进入细胞。

三种钠盐均为强酸强碱盐，属于强电解质，在溶液中以离子的形式存在，即Na+，Cl-，SO42-和NO3-，因此它们都不能引起溶血。

三种铵盐均能够引起溶血现象，其根本原因是铵根离子NH4+在水溶液中能够水解生成一水合氨，水解方程式为：NH4++H2O⇌NH3·H2O+H+，氨水分子体积小，能够透入细胞膜，引起溶血。因此三种铵盐引起溶血的时间，实际上取决于氨水的浓度。氨水的浓度越高，扩散速率就越快，溶血发生的时间就越快。而氨水的浓度与铵盐的水解程度有关。乙酸铵是弱酸弱碱盐，其乙酸根离子和铵根离子均能发生水解，并且酸根离子的水解能够促进铵盐的水解朝正向进行，生成一水合氨。同样草酸铵也能够发生双水解反应，而氯化铵中只有铵离子发生水解，氯酸根主要以离子的形式存在于溶液中，因此，在物质的摩尔浓度相近的情况下，乙酸铵和草酸铵的水解程度大于氯化铵，它们引起溶血的时间也快于氯化铵。再比较乙酸铵和草酸铵的水解程度。乙酸酸性较弱，（从乙酸铵呈中性就可以看出），而草酸虽然属于弱酸，但算得上是有机酸中的强酸，水解程度较乙酸铵要小得多，几乎完全电离［7］因此乙酸铵的水解程度比草酸铵的大。总之，“越弱越水解”，这条俗语也同样适用于解释我们的问题。

三、结束语

盐在水溶液中既能发生电离，也能发生水解。一般来说，强酸强碱盐主要考虑电离，而弱酸弱碱盐主要考虑水解。在教学过程中发现，有些学生认为铵盐引起溶血的原因是NH4+通过离子通道进入细胞。这样的解释显然是疏忽了离子通道开启的条件，例如膜两侧电位的改变，或通道蛋白与配体结合，或机械压力刺激等等，而实验中并没有提供这些外力因素。同样，对于葡萄糖溶液，学生认为葡萄糖可以通过协助扩散进入细胞，但这种载体蛋白数量很少，溶血非常慢，几乎不溶血［4］。还有学生提出草酸铵包含两个铵根，会发生二级水解，水解得到的氨水约为乙酸铵（一个铵根）的2倍。然而，我们看到实验结果并不是这样，因为这种推测必须建立在铵盐完全水解的前提下，但是多元弱酸根以第一步水解为主。

样本标准偏差能够反映一个数据集的离散程度，其值越大说明值这些偏离平均值的程度就越大。水、乙醇和乙酸铵的溶血时间样本标准差分别为2，18和12，较小，说明这三组数据具有较高的精度。而草酸铵和氯化铵的溶血时间样本标准差为37和42，较大。我们认为造成较大偏差的原因可能是，学生在界定“完全溶血”这个时间点上不易把握。铵盐的溶血实质上需要经历一个“不完全溶血”的过程，这段时期的溶液浑浊。不同的学生在判定溶液由浑浊到澄清的时间点上，有不同的理解，故而离散程度较大。不过，虽然溶血时间的精度略有欠缺，但实验结果能够很好地说明草酸铵溶血速度快于氯化铵。

参考文献

［1］杨抚华.医学细胞生物学（第5版）［M］.北京：科学出版社，2007：67-74.

［2］马超颖，石洪凌，陈超.还原思维在“细胞膜的渗透性实验”中的应用［J］.唐山师范学院学报，2006，28（2）：27-28.

［3］程旺元，余光辉，陈雁，等.红细胞膜通透性实验及分析［J］.实验科学与技术，2009，7（5）：39-41.

［4］马云，梁小娟，刘英，等.细胞膜渗透性实验的改进及鸡血液DNA的提取［J］.新乡学院学报，2010，27（6）：43-46.

［5］宋鹏，张雅莉，郭秀璞，等.细胞膜渗透性实验教法改进［J］.中国科教创新导刊，2012（17）：93-93.

［6］李虹.医学生物学与医学细胞生物学实验指导［M］.北京：科学出版社，2007：34-37

［7］江正玲，林海斌，孙银河，等.水溶液中草酸铵的存在形式探讨［J］.中学化学教学参考，2009（12）：34-34.

Abstract:We collected the experiment results of The Hemolysis Capability to Erythrocyte Membrane among our university undergraduates of 2015，to reveal some substances' diffusion capacity and diffusion speed throughout mouse erythrocyte membrane. Then we combined the theories in cell biology and other subjects to analyze the reasons for hemolysis or not，and differences of hemolysis speed. Our paper would provide valuable reference to experimental teaching.

Keywords:erythrocyte membrane；diffusion；hemolysis；experimental teaching

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）11-0106-02

*基金项目：贵州医科大学校级教改项目：关于《细胞膜通透性》实验教学的设计与实施（0701004）

作者简介：赵文静（1982-），讲师，硕士，研究方向：医学昆虫的系统发育。

*通讯作者：张晶（1984-），副教授，博士，研究方向：昆虫的协同进化。