高中生物观察植物细胞的质壁分离与复原实验的注意事项及优化思考

王璟珺��

摘 要：在高中生物课程学习中，实验是必不可少的内容，而“观察植物细胞的质壁分离与复原”更是高中生学习生物时必须要掌握的实验内容之一，是学生第一次对探究性实验有所接触。在教学过程中，教师应当注重引导学生善于从生活中发现问题并进行分析，将生活实践与生物实验内容结合起来，对实验过程进行思考优化，这对学生的创新能力、探索能力培养与提升是非常重要的。本文主要介绍”高中生物观察植物细胞的质壁分离与复原“实验所需注意的事项以及相应的优化改进方法，希望能够对高中生学习生物实验有所帮助。

关键词：植物；细胞；质壁分离；复原；实验

一、 前言

对高中生物实验进行探究分析有助于学生更好地学习生物知识，了解生物实验的本质，在大脑中构建起基本的高中生物知识框架，如知识内涵与外延、整体的事物发展网络体系等，但是很多高中生物实验都有着很强的时效性，生物实验所用材料多为动植物、微生物，变数很多，需要我们对生物实验过程不断进行探究创新、优化改进，例如在“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验中，首先提出假设：原生质层作用可视为一层半透膜。那么在假设原生质层是一层半透膜以后，就能进行完全渗透了，因此这一实验内容在设计时，基本的思路是：1. 洋葱鳞片材料选择与处理；2. 在低倍顯微镜下观察，并用蔗糖溶液进行处理；3. 在低倍显微镜下观察，并用清水处理；4. 在低倍显微镜下观察。通过这样的实验流程能够让学生更加直观地感受到实验知识体系，从而就能对实验过程进行优化改进，探究更深层次的内容，这样就更加凸显出实验教学效果，对实验课程推进非常有利。

二、 “观察植物细胞的质壁分离与复原”的实验目的与原理

（一） 实验目的

“观察植物细胞的质壁分离与复原”作为高中生物实验课程的第一个实验，对学生的生物实验兴趣培养非常重要。这一实验的主要教学目的在于：让学生掌握对植物细胞质壁分离与复原进行观察的方法；让学生对植物细胞渗透作用过程及原理有着清晰的认识与掌握。

（二） 实验原理

质壁分离原理主要是当植物细胞液浓度要比外界溶液浓度低的时候，水分便会从高浓度流向低浓度，渗透到细胞外面而失水。由于细胞液中水分是通过原生质层渗透到外界溶液中，所以细胞壁以及原生质层均会有不同程度的收缩情况。因为原生质层会有更加明显的收缩，这样当细胞出现持续失水情况时，原生质层便会和细胞壁相互分离，出现质壁分离现象。

质壁分离复原正好和质壁分离相反，其原理是当植物细胞液浓度要比外界溶液浓度低的时候，水分依然遵循从高浓度流向低浓度的原则，渗透到细胞内而发生吸水。这时水分便会经过原生质层而回到细胞内，使得原生质层逐渐恢复到原始状态，再次紧贴到细胞壁上，出现质壁分离复原现象。

三、 “观察植物细胞的质壁分离与复原”实验的注意事项

（一） 原材料选用方面

要想更好地对植物细胞质壁分离与复原实验过程进行观察，更加深入地掌握只有液泡植物才具有的细胞渗透现象，就需要选用理想的原材料，而材料有着更大的液泡是该实验非常合适的原料。原生质层比较薄，液泡当中有着一定含量的色素，而且液泡大会让水分流失会吸收的更快，运用这样的材料进行实验便于更加清晰地观察实验现象。因此该实验所用原材料最好是紫色洋葱，这是因为：一是紫色洋葱细胞液带有颜色，对实验现象观察有利；二是洋葱液泡大。而如果在实验时找不到紫色洋葱，也可以用葫芦藓、白菜、女贞或紫色茉莉叶片下表皮代替。通常像紫色洋葱、葫芦藓这样的材料，细胞液自身带有颜色，因此做细胞质壁分离与复原实验非常容易观察，而有些材料液泡是没有颜色的，这时可以借助于一些手段对液泡进行着色，如用红墨水染色等。总而言之，进行该实验时，非常关键的决定因素就是选用合适的材料，最好能够看到液泡大小变化，这样也更加能够阐述渗透作用原理。

（二） 质壁分离试剂配制方面

在“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验时，一定要保证试剂浓度合适，不能太高或太低，同时还要保证试剂在短时间内不会对细胞造成损伤。如果试剂浓度过高，那么质壁分离速度过快，细胞活力会受到制约，复原时也不太容易；如果试剂浓度过低，那么质壁分离速度过慢，分离与复原现象不明显。通常所用的试剂为33%的蔗糖溶液或者是1mol/L的KNO3溶液。

（三） 换液技术方面

因为在“观察植物细胞质壁分离与复原实验”中需要用到高倍显微镜进行观察，所以当在盖玻片下进行换液时需要有很高的换液技术水准。学生不但要严格按照实验指示进行操作，同时还要具有足够的耐心，不能滴液太多，防止液体溢到盖玻片外面，对显微镜物镜头造成污染。在滴液时，如果从左侧滴入糖液，那么要用吸水纸从右侧吸引，而清水则应该从右侧滴入，然后从左侧吸引。通过这样的滴液与吸液方式能够加快实验速度。

（四） 其他注意事项

一是实验所用原材料要注意节约使用，可以把植物叶片切成多个小块分给学生；二是在对洋葱表皮进行取样时，要防止洋葱表皮细胞的液泡发生破损，不然会对实验结果造成影响，在辨别液泡是否被损坏时，主要依据为：观察表皮颜色，如果液泡没有损坏，颜色为紫红色，如果液泡发生损坏则变为白色半透明状；三是当在显微镜下进行观察时，要先用低倍镜进行观察，然后再用高倍镜，如果在低倍镜下就能观察得非常仔细，那么就没必要再用高倍镜了；四是进行滴液时，蔗糖溶液或水不得直接滴在载物台上，而是应该在实验桌面上操作，而且要反复操作几次；五是如果所用原材料紫色洋葱没有经过处理，那么取样时一定要取外表皮；六是在整个实验过程中，要保证细胞始终具有活性。

四、 “观察植物细胞的质壁分离与复原实验”优化改进

（一） 洋葱培养方法的优化改进

对洋葱原料进行培养时，需要根据教材指导进行培养，首先将洋葱放置在盛有水的玻璃烧杯中，而且环境温度要适宜，最好是在室温下培养。但是这种培养方法最突出的不足就是需要经常换水，不太方便且需要耗费更多的人力资源、时间，一旦烧杯中的水出现腐败，那么对洋葱出根会造成不良影响，而且也会妨碍原先的跟正常生长。所以在对洋葱进行培养时，可以运用扁平宽大的容器，例如塑料蛋糕盒。可以将空的塑料蛋糕盒用透明胶带固定好，蛋糕盒底部有线格，然后把洋葱放在线格上，再往里面加水，这样就能让洋葱更好地出根，为根留出足够多的空间。通过对洋葱培养方法进行改进，能够极大地优化洋葱出根环境，而且培养容器也易得，能让废物再利用，加入大量的水也能更好地防止水质腐败，换水也更加便捷，大大降低了换水时间与人力成本。因此在高中生物“观察植物细胞质壁分离与复原实验”中可以运用这一方法培养洋葱。

（二） 选材方法的优化改进

在”观察植物细胞质壁分离与复原实验“中，我们通常选用紫色洋葱作为实验用料，其原因主要是紫色洋葱液泡中含有紫色色素，液泡颜色为紫色，容易观察液体流动，实验效果更加明显。但是在实验当中经常会遇到一些问题：由于洋葱最外面一层叶片颜色为深紫色，从外到里，洋葱叶片颜色逐渐由深紫色变浅，最后变为半透明色。要想保证实验成功，只能选用洋葱最外面的一层或两层表皮，这样会造成原料的极大浪費，经济性不合理。此外洋葱内层叶片非常稚嫩，而且叶肉与表皮细胞相互间结合特别紧密，通常很难单独将表皮细胞剥离出去。在实验过程中，学生撕取洋葱表皮细胞时，经常会破损细胞，而且因为洋葱表皮含有很多叶肉细胞，对实验效果观察非常不利。针对这两点问题，我们可以采取有针对性的改进措施，在实验前现将洋葱切成两半，然后再把叶片剥下来，放在蛋糕盒中让叶片上表皮朝外进行培养，这样能够让洋葱表皮颜色加深，而且阳谷照射能够让洋葱叶片失去部分水分，变得软化，这样在叶片剥离时细胞不太容易破损。

（三） 探究过程的优化改进

在实验中正常的操作顺序是先进行第一次观察；然后滴加蔗糖试剂让洋葱细胞充分浸泡后进行第二次观察，并和第一次观察结果加以对比；第三次是用清水清洗洋葱细胞后再进行观察，并和前两次加以对比。为了让学生更加深入地认识质壁分离与复原现象，我们可以设置出不同的对照实验，如不同类型、不同浓度的试剂溶液，分别观察细胞是否能发生质壁分离以及质壁复原现象，学生可以对实验过程与规律进行交流总结，加深实验影响。但是要注意的是设置对照实验时，要保证每次的变量唯一，这样实验结果才有可比性。

五、 结论

总之，“观察植物细胞质壁分离与复原实验”作为高中生物实验课程中的第一个实验，需要我们给予足够的重视。对于整个实验过程，从原材料培养方法到选材，再到探究过程，对其进行优化改进是非常有必要的。通过设置出不同的对照实验组，能够让学生观察的更加深入详细，有效提升学生的实验探究积极性，这对生物实验教学也会起到事半功倍的效果。

参考文献：

[1]陈柃伊.“植物细胞的质壁分离与复原”的教学设计[J].科教文汇（上旬刊），2016，（11）：45-46+49.

[2]徐宏余.观察植物细胞的质壁分离和复原的实验改进[J].中学生数理化（学研版），2014，（12）：14.

作者简介：王璟珺，浙江省台州市，浙江省台州市第一中学。