再探钼酸钠跨膜运输实验

陈菲菲 虞 驰

（1 宁波李惠利中学 浙江宁波 315041 2 宁波市第四中学 浙江宁波 315016）

2016年，刘海金等［1］在发表的《简单易行的离子跨膜运输实验》一文中阐述利用钼酸钠可跨膜运输的特点，通过洋葱外表皮细胞中花青素的变色规律，呈现钼酸钠跨膜运输的实验现象，为主动运输实验教学提供了很好的案例。该文也提出期望增加运载体阻断剂，验证主动运输需要载体的协助；还可增加呼吸抑制剂或借助降温的方法，验证其主动运输需要消耗能量。笔者由此得到启发，探究呼吸抑制处理是否影响钼酸钠通过紫色洋葱鳞片叶外表皮的跨膜运输的变色效果，以期更加直观地帮助学生理解主动运输的特点及概念。

1 实验准备及摸索过程

在寻找呼吸抑制处理方法的过程中，MCE 试剂公司根据国外文献推荐作为杀虫剂的鱼藤酮亦可抑制植物细胞呼吸。早期的研究表明，鱼藤酮的作用机制是影响昆虫的呼吸作用，主要是与NADH 脱氢酶与辅酶Q 之间的某一成分发生作用，许多生物细胞中的线粒体、NADH 脱氢酶、丁二酸、甘露醇及其他物质对鱼藤酮都存在一定的敏感性。但鱼藤酮几乎不溶于水，仅溶于乙醇、丙酮、四氯化碳、氯仿、乙醚等有机溶剂。笔者尝试将鱼藤酮溶于无水乙醇后进行实验，对钼酸钠的跨膜运输有一定的抑制作用，但因为溶解度非常低无法得出有抑制效果的鱼藤酮溶液浓度，又因呼吸抑制剂在一定程度上对人体有毒害作用，故应该慎重地选择作为中学实验试剂。在查找和尝试了若干种呼吸抑制的方法后，笔者选择了一种较为简单且便于在高中生物学实验课中开展的方法，期望能引导学生更好地理解主动运输的过程及特点。

2 实验材料及方法

植物材料选择大小相等、同时期采购于超市的健康紫色洋葱（Allium cepa）6 个，平均直径约为8 cm，以鳞片叶外表皮细胞为实验对象。实验前先将洋葱随机分成2 组。一组洋葱包裹若干层保鲜膜后放入袋子中密封，另一组洋葱则不做任何处理置于空气中，处理时长为12 h（图1）。

图1 呼吸抑制处理组（左）和未呼吸抑制处理组（右）的洋葱

化学试剂选择钼酸钠（Na2MoO4），为了对比效果更加明显，钼酸钠溶液浓度选择1 mol／L；观察设备为舜宇光学的数字显微镜。

3 实验步骤

1）制片：分别取2 组紫色洋葱的鳞片叶外表皮细胞，按照教材中的步骤制成临时装片。

2）观察：在低倍显微镜下观察液泡的颜色及形态。

3）反应：从盖玻片的一侧滴入钼酸钠溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流，重复几次，使洋葱鳞片叶外表皮细胞浸润在溶液中，记录发生颜色变化所需的时间及5 min 时的细胞变色比例。

4 结果和分析

4.1 钼酸钠水溶液处理洋葱外表皮细胞观察颜色变化规律

分析：根据图2可知从09∶54∶52→09∶57∶41→09∶59∶43 这3 个时刻图的左上角同一区域观察显示：浸润在1 mol／L 的钼酸钠溶液后，紫色洋葱鳞片叶外表皮的液泡颜色变化规律为紫色→藏蓝色→绿色，个别细胞内会出现墨绿色。与刘海金等［1］观察到的“从浅紫色变成深紫色，再变成天蓝色，最后成为深蓝色”的变色规律并不相同，即使延长时间至40 min，绿色及灰绿色并未成为过渡色。可能与实验时的气温（实验日期为7月22日，晴，气温35℃）、紫色洋葱的品种有关。

图2 钼酸钠溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮的实验结果图（未呼吸抑制处理组）

分析：根据图3可知从10∶10∶34→10∶12∶18→10∶15∶30 这3 个时刻的观察显示：反“Z”形空白处的右下角发生由紫色→藏蓝色→墨绿色的变化非常明显，呼吸抑制组紫色洋葱鳞片叶外表皮的液泡颜色变化规律与未进行呼吸抑制处理的组别相同，说明呼吸抑制与否并不会影响液泡内花青素的变色规律。

图3 钼酸钠溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮的实验结果图（呼吸抑制处理组）

4.2 呼吸抑制处理与否的实验结果对比及分析

分析：通过表1可知，本实验呼吸未抑制组的变色时间（23 s）比刘海金等的实验（91 s）有较大缩短，变色比例也有所升高（本实验中5 min 时呼吸未抑制组的平均变色比例为96%，刘海金等的实验中同浓度钼酸钠溶液的变色比例为74%，实验持续时间未知）。变化发生总体呈加速趋势，可能与实验时的气温（7月22日，晴，气温35℃）及洋葱品种有关。同时根据表1实验结果可知，呼吸未抑制组的平均变色时间比呼吸抑制组短，5 min 时的平均变色比例比呼吸抑制组大，图4亦能非常直观地显示呼吸未抑制组的洋葱鳞片叶外表皮细胞中的液泡变色比例明显大于呼吸抑制组，该实验现象能在课堂上给予学生比较明显的视觉冲击。

表1 呼吸抑制处理与否的细胞变色时间及变色细胞比例

图4 5 min 时不同组别的紫色洋葱鳞片叶外表皮的实验结果图

综上所述，该实验能在较短的时间内反映呼吸抑制处理会抑制钼酸钠通过洋葱外表皮的跨膜运输。结合细胞呼吸的知识，可得出钼酸钠通过洋葱外表皮的跨膜运输需要细胞呼吸提供能量这一结论。

5 展望

洋葱鳞片叶外表皮细胞含有大量花青素，可作为天然酸碱指示剂，钼酸钠属于强碱弱酸盐，钼酸钠的跨膜运输可改变液泡内的pH 值。保鲜膜的包被制造了隔绝氧气的实验环境，数据统计及图像的直观比较，均能较好地说明钼酸钠跨膜运输需要能量的事实，该实验能对主动运输这部分内容的实验空缺进行补充，加深学生对生物学概念的理解。且设计简单易行，能在较短的时间内出结果，仪器设备条件的要求较低，学生进行实验操作时还能对之前所学的质壁分离实验的相关操作进行巩固、加深记忆，非常适合在中学推广。