浅谈如何利用洋葱内表皮改进质壁分离实验

崔海强

摘  要 在初中生物教材中，质壁分离与复原是一个经典的实验，教材中的实验是利用洋葱内表皮进行质壁分离实验，但实验效果难以令人满意。结合教学实践，提出改进措施。

关键词 初中生物;质壁分离;实验教学;洋葱;核心素养

中图分类号：G633.91    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）15-0119-03

0  前言

质壁分离作为学生在初中阶段学习的一个比较具有代表性的生物实验，目前不同版本的教材推荐的实验材料大都是使用洋葱鳞片叶外表皮细胞。这样的实验材料选取的确具有其特有的优势，如无须染色;但也有一定的缺陷，如叶肉细胞容易被黏附、撕取困难等。为确保实验顺利进行，今后在进行该实验教学时，教师能够不断对实验作出优化改进十分必要。

1  利用洋葱内表皮改进质壁分离实验介绍

1.1  改进背景

细胞是生物的最小单位，学习认识了解动物细胞和植物细胞是初中生物教学的重要内容。质壁分离是植物细胞液泡失水后产生的原生质层与细胞壁分离的现象。在初中生物教學中，质壁分离实验学习的重要地位是不言而喻的，是帮助学生认识植物细胞本质奥秘的关键。现下各版本教材中对于质壁分离实验大都要求使用洋葱外表皮细胞进行，这是因为洋葱外表皮含有明显的液泡，洋葱外表皮细胞无须染色，可以观看到明显的实验现象。但利用洋葱外表皮进行质壁分离实验的缺陷也是非常明显的，如不易撕取、易黏附叶肉细胞等。对此，有很多教师提出实验改进方案，多是通过选用其他植物替代洋葱，如用黄丝藻、苔藓叶、鸭趾草、苔藓叶、黑藻叶等植物细胞替代洋葱细胞，实践证明，的确可以实现更好的实验效果[1]。然而，洋葱作为一种最常见的实验材料，现下初、高中各版本生物教材实验很多涉及洋葱材料的应用，具有其他植物不具备的普适性。虽然在质壁分离实验中可以使用其他植物替代洋葱，但不能保证这些植物在其他实验中也具有适用性。因此，若是能够在不改变实验材料（洋葱）的基础上，更好地完成质壁分离实验，并以同一植物（洋葱）的不同细胞开展多样的实验探究，最终所能够获得的实验价值是替换材料实验不可比拟的。基于此，笔者对如何利用洋葱内表皮改进质壁分离实验进行深入的探索研究。

1.2  改进思路

各版本初中生物教材中都是推荐用洋葱的外表皮细胞进行质壁分离实验，而本次进行的实验改进研究中，笔者尝试利用洋葱内表皮细胞进行实验。虽然相比洋葱外表皮细胞，洋葱内表皮细胞液泡没有颜色，不易观察到质壁分离现象，但若是能够对洋葱内表皮细胞进行染色处理，就可以解决观察现象不明显的问题。在染色剂的选择方面，笔者阅读参考大量文献资料，最开始运用碘液对材料进行染色，但在实验过程中存在一个问题，即洋葱细胞用碘液染色后，外部和内部都呈现出浅黄色，且对原生质层位置不易分辨。笔者在一筹莫展之时，无意之中观看到江苏省高考试卷中的一道实验题目，该题目在实验过程中对洋葱内表皮细胞使用中性红溶液和胭脂红溶液染色，这给予笔者极大的启示。同时，通过进一步查询资料，笔者发现，作为一种可食用色素，胭脂红的特点是不会渗入细胞膜，且不溶于脂质，用该染料对实验材料进行染色，可以将原生质层与洋葱内表皮细胞壁进行染色，使其成为红色。而作为一种活体常见染料，中性红在微碱性或中性环境中可被植物活细胞大量吸收，并可以进入植物细胞的液泡之中，分离出大量阳离子，从而使植物细胞液泡呈红色，而植物细胞的原生质层及细胞壁却不会着色。

基于此，在实验过程中可以对实验进行改进，在明确了对洋葱内表皮染色后，可以通过中性红溶液和胭脂红溶液的使用来完成，并通过质壁分离实验来改进实验思路。同时，考虑到本次实验使用染色剂的特殊性，若是采用常规的引流法染色（在盖玻片一侧滴加试剂，另一侧用吸水纸吸收试剂），势必会造成整个装片都被染液浸满，而这会对实验观察造成影响，因此，在本次实验中可以将切下的内表皮细胞在盛有染色液的烧杯中进行浸泡染色，即用浸泡实验法代替引流实验法，并在染色完成后在清水烧杯之中洗净。

2  利用洋葱内表皮改进质壁分离实验方法

2.1  实验所需器材

实验所需器材包括显微镜、培养皿、吸水纸、盖玻片、载玻片、烧杯、镊子、刀片、75 mg/ml胭脂红溶液、0.3 mg/

ml中性红溶液、0.3 mg/ml蔗糖溶液、水、洋葱。

2.2  实验过程

1）在预先备好的洋葱鳞片叶内表皮上用刀片进行切割，切出“#”字，并利用镊子沿刀口摘取一片洋葱的内表皮。

2）将切下的洋葱内表皮细胞切片分别浸入盛有胭脂红溶液（75 mg/ml）和中性红溶液（0.3 mg/ml）的烧杯中浸泡染色，浸泡时间5～10 min;完全染色后，将洋葱内表皮细胞切片用镊子取出，并将其放入盛有清水的烧杯中洗去浮色。

3）将染色后的洋葱内表皮细胞在载玻片上放置，然后将4～5滴清水滴入载玻片，用镊子将洋葱内表皮的一端夹住，将其向内卷的一面反扣，并将其缓缓铺在水中，然后用盖玻片盖在上面，使用吸水纸将多余的水吸去。

4）制片完毕后即可进行质壁分离及复原实验，即将

0.3 mg/ml的蔗糖溶液在盖玻片的一侧滴入，并用吸水纸在另一侧进行引流，直到盖玻片下有蔗糖溶液慢慢融入，再经过3～4 min就可以将装片放到显微镜下进行观察[2]。

5）让学生使用手中的显微镜对装有染色洋葱内表皮细胞的装片进行观察，并将观看到的实验现象记录下来;观看完毕，再将清水在装片的一侧滴入，用吸水纸吸出蔗糖溶液，直到清水完全渗透细胞;等待3～4 min，再让学生用手中的显微镜进行观察，对比两次实验现象的变化。

2.3  实验结果

滴加蔗糖溶液3～4 min后，通过显微镜可以明显发现洋葱内表皮细胞发生质壁分离的现象，其中图1所示为胭脂红染色细胞观看到的质壁分离现象，图2所示为中性红染色细胞观看到的质壁分离现象。而在洋葱内表皮细胞发生质壁分离后，在重新引入清水3～4 min后，可观察到发生质壁分离的洋葱内表皮细胞会再次复原。

2.4  注意事项

在本次利用洋葱内表皮改进质壁分离实验中，若想实现理想的实验效果，有三个方面的操作事项需要注意。

一是利用洋葱内表皮细胞进行质壁分离实验，制片是十分重要的一个实验环节。为确保制片顺利，在对洋葱内表皮用刀片进行切取的过程中应确保面积不要过大，最好在1 cm2左右，这样的取片大小可为后续的制片工作创造很大的便利。

二是在使用浸泡法对洋葱内表皮细胞进行染色时，由于浸润后处理的洋葱内表皮细胞经常会出现卷曲，因此在制片过程中一定要在载玻片上滴加几滴清水，并使用镊子将洋葱内表皮细胞按入水滴中，这样再将洋葱内表皮细胞铺开后，就可以清晰看到实验现象。

三是本次实验时间不宜过长，无论是质壁分离实验现象观察，还是质壁复原实验现象观察，都应该在3～4 min内完成。若是时间过长，就无法观测到有效的实验现象。

3  利用洋葱内表皮改进质壁分离实验教学原理方法的应用

本次利用洋葱内表皮细胞改进质壁分离实验的原理方法，不仅可以在初中“植物细胞”课程教学中应用，还可以在其他用洋葱作为实验器材的实验中应用。下面列举几个例子作出说明。

3.1  在植物细胞吸水失水实验中应用

在苏教版初中生物教材“植物生长需要水和无机盐”一课中，涉及植物细胞失水吸水实验，这是一个很重要的实验。通过对该实验的学习，让学生了解原生质层与细胞壁分离，细胞溶液浓度与外界溶液浓度之间的关系，从而解释植物生长中需要水和无机盐这一自然现象。而在这一实验中，洋葱就是主要的实验材料。很显然，相比较传统教材中介绍的实验方式，本文提出的利用洋葱内表皮细胞染色的实验方案，便于学生对外界环境中植物细胞吸水和失水的状态过程进行观察，学生可观察到更加清晰的实验现象，进而对外界溶液浓度对植物细胞失水吸水的影响产生更加深入的理解与认识。

3.2  在质壁分离及复原实验中应用

质壁分离实验不仅是初中生物教学中的重要内容，在高中阶段学生还会进一步深入学习质壁分离复原这一生物知识。笔者通过查询各版本高中教材，发现洋葱外表皮细胞依然是该实验的主要实验材料，若能够将本次实验改进原理方法应用到高中相关生物知识中的教学中，并启发学生对比两种实验方案，学生会在这个过程中更好地认识细胞膜选择透过性知识，从不同层面对细胞内部和外部均被染色的成因进行分析，以此激发知识探索意识，提高生物核心素养。

3.3  在探究性学习中应用

笔者认为，本文提出的利用洋葱内表皮改进质壁分离实验的原理方法，不仅在现有的教材实验中具有一定的应用价值，还可以将其广泛地应用于校本课程及相关研究性学习课程之中。例如：教师可以组织学生开展研究性学习，为学生提供多种染色剂，并告知学生差异化的制片方式和染色方式，引导学生思考不同的质壁分离现象与不同染色剂的关系，然后让学生自主对染色剂的选用原因、原理作出说明。这样的探究实验对提升学生探究能力是很有帮助的。显然，在该实验探究中需要制备大量临时的玻片标本，而相比利用洋葱外表皮细胞制作玻片，利用洋葱内表皮制作玻片具有更易撕取的特点，在短时间内就可以完成大量的细胞装片制作，这样就为学生的实验探究节省了时间，同时可以有效避免使用不同植物鳞片材料所带来的研究误差。因此，在探究性学习中，本次实验提出的实验改进研究方法也是非常适用的。

4  总结

以往教材中推荐的质壁分離实验方法主要是利用洋葱外表皮细胞进行实验，但实验存在撕取困难、易黏附叶肉细胞等问题。本次实验改进中尝试利用洋葱内表面细胞通过浸泡法使用胭脂红溶液和中性红溶液进行染色，实验结果证明，观测效果非常清晰。因此，笔者建议将此种改进实验原理方法在今后的初中生物教学中广泛应用。

参考文献

[1]邱俊杰，张璇.利用洋葱内表皮改进质壁分离实验[J].实验教学与仪器，2020，37（Z1）：58-59.

[2]陈潇潇，梁世仰.“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”的实验改进[J].中学生物学，2020，36（4）：39-40.