洋葱质壁分离和复原实验条件的探究

周金成

(江苏省无锡市玉祁高级中学 214183)

陈 维

(江苏省无锡市西漳中学 214171)

1 研究背景

质壁分离和复原实验是人教版高中生物学教材必修1《分子与细胞》中的一个探究实验，也是高中生物重点考察的实验之一。在教学过程中，通常用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液进行，实验效果明显。但该浓度下，实验操作用时较长，留给学生实验后交流的时间比较短，不能对实验过程中出现的各种情况充分分析总结，无法达到课前预设的效果。因此，本文尝试以洋葱为材料，通过对比实验探索系列梯度浓度蔗糖溶液处理后细胞质壁分离和复原情况，以及确定适合教学实际需求的蔗糖溶液浓度和操作时间关系，确定适合教学实际需求的蔗糖溶液浓度，希望实验结果能为教学实践提供参考。

2 材料与方法

2.1 材料 紫色洋葱、数码显微镜(可以录像和拍照)、剪刀、镊子、滴管、刀片、载玻片、盖玻片、蔗糖、硝酸钾、蒸馏水等。

2.2 试剂配制 查阅资料得知洋葱细胞细胞液等渗的蔗糖溶液质量浓度约为0.19～0.27 g/mL，结合教学过程质量浓度0.3 g/mL蔗糖溶液的实验情况，配制质量浓度0.3 g/mL、0.4 g/mL、0.5 g/mL的蔗糖溶液。

2.3 制片与观察 ①制片观察：取紫色洋葱鳞片叶相同位置的外表皮制作临时装片3张，编号。用显微镜选择理想的视野，观察细胞紫色液泡大小，以及原生质层的位置，并拍照。②引流观察：保持装片和视野不移动，对3张装片分别用质量浓度0.3 g/mL、0.4 g/mL、0.5 g/mL蔗糖溶液进行引流操作，同时开始录像，持续25 min。再对上述3张装片用蒸馏水进行引流操作，同时录像，持续15 min。

2.4 数据统计 将实验过程中拍摄的照片和视频编号，按照蔗糖浓度和处理时间进行数据统计。

3 结果与分析

3.1 不同质量浓度蔗糖溶液处理15min后，细胞质壁分离比例 从统计的数据(表1)可以看出，质量浓度为0.3 g/mL蔗糖溶液处理15 min后，仍然有部分细胞没有发生质壁分离。质量浓度0.4 g/mL和0.5 g/mL蔗糖溶液处理15 min后，视野中的细胞都发生了质壁分离。从具体实验现象来看，0.3 g/mL蔗糖溶液组，细胞原生质层和质壁分离前比较，体积减小，但在3组中最大，紫色也是最浅。其余两组细胞原生质层体积相对较小，紫色较深，但组间差异不大。0.3 g/mL蔗糖溶液组的现象并不明显的原因可能是在实验材料准备时，为了让实验现象更加明显，会将洋葱切片适当晾干让洋葱的紫色更加明显。晾干过程细胞会失去部分水分，提高了细胞内溶液的浓度，就导致0.3 g/mL蔗糖溶液组实验现象不太明显。

表1 三种不同浓度蔗糖溶液处理15 min后细胞质壁分离情况

3.2 浓度—时间效应 表2列出了3个浓度蔗糖溶液处理后，洋葱上皮达到全部质壁分离所需时间。从表2的数据可以看出，在相同的时间内随着蔗糖浓度的增大，洋葱细胞发生质壁分离现象的比例越高；蔗糖浓度越高，全部细胞发生质壁分离所需的时间也越短。0.5 g/mL蔗糖溶液处理9 min时，显微镜视野下，洋葱表皮细胞100%发生质壁分离；同样的效果，在0.4 g/mL蔗糖溶液处理时需要12 min；而0.3 g/mL蔗糖溶液处理,15 min时视野下质壁分离细胞仅占65%。

表2 不同浓度蔗糖溶液处理15 min中细胞质壁分离情况

3.3 不同浓度蔗糖溶液处理对细胞质壁分离复原的影响 对不同浓度蔗糖溶液处理的质壁分离细胞进行复原处理发现：在一定浓度范围内，复原所需时间也与蔗糖浓度呈反比。0.3 g/mL处理的细胞，全部复原需12 min；0.4 g/mL处理的细胞，全部复原仅需8 min；但是0.5 g/mL处理的细胞则大部分不能复原，说明此浓度下部分细胞已死亡。不同浓度蔗糖溶液处理后细胞质壁分离复原情况见表3。

在教学过程中，考虑到多方面的原因，一堂45分钟的课堂留给质壁分离过程的时间不可能有15分钟，这就要求找到一个短时间就完成质壁分离的蔗糖浓度。若从考虑缩短实验时间来考虑，0.5 g/mL蔗糖溶

表3 不同浓度蔗糖溶液处理后细胞质壁分离复原情况

液是最适合的。如果综合表3的数据来看，0.5 g/mL蔗糖溶液组细胞在进行复原实验是有部分细胞因失水过多死亡不能再复原了，因此不宜选择这个浓度。剩余的两组实验数据进行比较，0.4 g/mL蔗糖溶液完成质壁分离和复原整个过程所需的时间相对较少，发生质壁分离的细胞也都复原。