硝酸钾溶液中质壁分离自动复原机理的探究

黄江颖

将洋葱表皮放入一定浓度的硝酸钾溶液中，洋葱表皮的细胞便发生质壁分离，不久这些细胞又会逐渐发生质壁分离复原。其自动复原的原因是什么？对此我展开了探究。

一、实验假设

K+和NO3-被植物细胞吸收，进入液泡的细胞液。

二、原理分析

氮、磷、钾是植物正常生长发育必需的三大矿质元素，硝酸钾溶液中的K+和NO3-都能被植物细胞主动转运吸收。主动转运所需的能量由细胞中的直接能源物质ATP水解提供，而细胞呼吸又是ATP的重要产生方式之一，如果细胞呼吸被抑制，以主动运输方式进入细胞的K+和NO3-的运输就会受到阻碍，表现方式可能是主动转运完全停止或主动转运速率下降。

将细胞放在适宜浓度的硝酸钾溶液中，在初始阶段，外界溶液的浓度大于细胞液的浓度，于是细胞渗透失水呈现质壁分离。而处于质壁分离状态的细胞由于质壁分离程度不大，还保持着活性，与此同时，细胞又能以主动转运的方式吸收K+和NO3-，从而使细胞液浓度上升。当细胞液浓度大于外界硝酸钾溶液浓度时，细胞渗透吸水，出现质壁分离复原现象。若阻断细胞呼吸会影响细胞对K+和NO3-的吸收，使质壁分离复原受阻。

通过查阅资料，我发现丙二酸钠能抑制细胞呼吸，于是用丙二酸钠溶液作为探究实验中的细胞呼吸抑制剂抑制细胞呼吸，从而探究硝酸钾溶液中质壁分离自动复原的机理。

三、实验过程

1.主要材料

新鲜洋葱若干，0.1mol/L丙二酸钠溶液，1mol/L硝酸鉀溶液，蒸馏水。

2.实验方法

（1）制片

撕取紫色洋葱外表皮分别置于蒸馏水、0.1mol/L丙二酸钠溶液中浸泡2min后制作临时装片。

（2）观察

用显微镜观察细胞颜色及形态，确保细胞自身状态不会影响实验的进行。

（3）实验

从盖玻片的一端滴加1mol/L硝酸钾溶液，另一端用吸水纸吸引，观察并记录实验现象。

四、实验结果

1.对照组（蒸馏水处理组）

黑色箭头所示为细胞的质壁分离自动复原过程。

8min                            9min

2.实验组（0.1mol/L丙二酸钠处理组）

白色箭头所示为细胞的质壁分离自动复原过程。

40min

实验组和对照组在前5 min内都出现了细胞质壁分离现象。而对照组细胞在质壁分离现象稳定后5 min开始出现明显的质壁分离复原现象，到20 min时细胞基本复原。与对照组相比，经丙二酸钠处理后，细胞质壁分离后的15 min内有个别细胞开始复原，没有出现大面积质壁分离自动复原现象，到实验进行15 min后开始有不明显的质壁分离复原现象，到实验进行40min时细胞仍未复原。

本实验结果说明，抑制细胞呼吸、阻断细胞内能量供应的确能抑制K+和NO3-的吸收，进一步验证了洋葱表皮细胞对K+和NO3-的吸收是消耗能量的主动运输。

五、误差分析

实验组和对照组出现的细胞质壁分离程度不同，是由于材料来自不同的洋葱个体。（指导老师：邵江樵）

专家点评

本实验源于高中生物课本已有实验的拓展，选题实用性强。作者利用所学知识分析课本实验的原理，在分析的基础上发现问题，从而提出实验假设，然后通过文献检索，获得相关知识后设计实验，验证实验假设，达到学以致用的目的。文章结构完整，思路清晰;实验现象用图片展示，形象、直观地展现了细胞质壁分离自动复原现象的全过程。

然而，本实验的原理有待商榷：实验组添加的丙二酸钠可以引起细胞质壁分离，所以不能排除丙二酸钠试剂本身对实验结果有影响。