小鼠紅細(xì)胞膜通透性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析*

趙文靜　張晶（貴州醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，貴州貴陽550025）

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小鼠紅細(xì)胞膜通透性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析*

趙文靜張晶*
（貴州醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，貴州貴陽550025）

摘要：我們統(tǒng)計(jì)了本校2015級(jí)部分本科生實(shí)驗(yàn)《紅細(xì)胞膜通透性的測定》結(jié)果，揭示不同溶質(zhì)對小鼠紅細(xì)胞膜的擴(kuò)散能力和擴(kuò)散速度，并結(jié)合細(xì)胞生物學(xué)和多個(gè)學(xué)科的理論知識(shí)，分析溶血或不溶血現(xiàn)象的產(chǎn)生原因及速度差異。文章能為紅細(xì)胞膜通透性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：紅細(xì)胞膜；擴(kuò)散；溶血；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

致謝：感謝貴州醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物學(xué)教研室全體教師和研究生的支持。感謝貴州醫(yī)科大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目（0701004）的支持。

細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，常常會(huì)選用紅細(xì)胞膜的通透性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)將紅細(xì)胞懸液滴入數(shù)種等滲溶液中，由于紅細(xì)胞對各種溶質(zhì)的通透性不同，有的溶質(zhì)可以擴(kuò)散，有的不能。擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的溶質(zhì)能夠提高紅細(xì)胞的滲透壓，從而導(dǎo)致水的滲入，致使紅細(xì)胞膜膨脹并最終不堪重負(fù)而破裂，此時(shí)血紅蛋白逸出，即發(fā)生溶血現(xiàn)象。溶血發(fā)生的時(shí)間能夠體現(xiàn)溶質(zhì)的擴(kuò)散速度。因此，實(shí)驗(yàn)要求記錄紅細(xì)胞在多種等滲溶液中的溶血能力、溶血速度，并結(jié)合細(xì)胞生物學(xué)及其他學(xué)科知識(shí)，分析結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)以紅細(xì)胞膜的通透性為研究主線，考察了多個(gè)學(xué)科的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，能夠加深學(xué)生對細(xì)胞膜功能的認(rèn)識(shí)和理解。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析包含幾個(gè)方面，其一，解釋某溶液能夠，或不能夠引起溶血的原因。主要結(jié)合《細(xì)胞生物學(xué)》理論課程，尤其是被動(dòng)運(yùn)輸這一章節(jié)的理論知識(shí)進(jìn)行分析［1］。其二，解釋溶血時(shí)間快慢的原因。馬超穎等［2］、程旺元［3］、馬云等［4］、宋鵬等［5］就這些問題給予自己的分析，但對于三種銨鹽溶液的溶血原因和溶血速度等問題上存在爭議。此外，現(xiàn)有文獻(xiàn)及多種實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書籍中從未給出溶血時(shí)間參考。鑒于此，我們統(tǒng)計(jì)并分析了本校2015級(jí)部分本科生實(shí)驗(yàn)《紅細(xì)胞膜通透性的測定》結(jié)果，以期為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考。

一、實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)方法及試劑的配置參考李虹主編的實(shí)驗(yàn)教材［6］。

二、結(jié)果與分析

發(fā)生溶血的溶液澄清透亮，使用帶字的書頁作為背景，能夠透過溶液看清頁面上的文字；發(fā)生不溶血的溶液上下分層，上層清液呈淡黃色，下層濁液呈血紅色；溶液發(fā)生完全溶血之前，有一段半不溶血期，此時(shí)溶液渾濁。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見圖1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖1　實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

表1　鼠紅細(xì)胞在不同等滲溶液中的溶血情況

實(shí)驗(yàn)中溶血現(xiàn)象發(fā)生與否體現(xiàn)了物質(zhì)的擴(kuò)散能力，溶血時(shí)間快慢體現(xiàn)了物質(zhì)擴(kuò)散的速度。物質(zhì)擴(kuò)散的能力與速度，總的來說，與物質(zhì)的分子大小、脂溶性和帶電荷性相關(guān)。小分子、脂溶性強(qiáng)的物質(zhì)，容易快速擴(kuò)散。另外，由于帶電物質(zhì)通常同水結(jié)合形成一個(gè)水合外殼，不僅增加了它們的體積，同時(shí)也大大降低了脂溶性，所以細(xì)胞膜對于離子是高度不通透的。所以帶電荷的分子或離子，不論大小，都不能自由擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞。

蒸餾水能夠迅速引起溶血。這是因?yàn)樗肿芋w積小，尤其是生物膜上的水孔蛋白為水分子的迅速跨膜提供便捷通道，因此水滲入細(xì)胞的速度非?？臁Ｒ掖挤肿恿繛?6.07，比水分子的體積大些，但同樣屬于小分子，且脂溶性很強(qiáng)，因此同樣能夠引起溶血，只是速度比水慢些。葡萄糖分子量為180.16，分子體積較大，不能通過簡單擴(kuò)散的方式進(jìn)入細(xì)胞。

三種鈉鹽均為強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽，屬于強(qiáng)電解質(zhì)，在溶液中以離子的形式存在，即Na+，Cl-，SO42-和NO3-，因此它們都不能引起溶血。

三種銨鹽均能夠引起溶血現(xiàn)象，其根本原因是銨根離子NH4+在水溶液中能夠水解生成一水合氨，水解方程式為：NH4++H2O?NH3·H2O+H+，氨水分子體積小，能夠透入細(xì)胞膜，引起溶血。因此三種銨鹽引起溶血的時(shí)間，實(shí)際上取決于氨水的濃度。氨水的濃度越高，擴(kuò)散速率就越快，溶血發(fā)生的時(shí)間就越快。而氨水的濃度與銨鹽的水解程度有關(guān)。乙酸銨是弱酸弱堿鹽，其乙酸根離子和銨根離子均能發(fā)生水解，并且酸根離子的水解能夠促進(jìn)銨鹽的水解朝正向進(jìn)行，生成一水合氨。同樣草酸銨也能夠發(fā)生雙水解反應(yīng)，而氯化銨中只有銨離子發(fā)生水解，氯酸根主要以離子的形式存在于溶液中，因此，在物質(zhì)的摩爾濃度相近的情況下，乙酸銨和草酸銨的水解程度大于氯化銨，它們引起溶血的時(shí)間也快于氯化銨。再比較乙酸銨和草酸銨的水解程度。乙酸酸性較弱，（從乙酸銨呈中性就可以看出），而草酸雖然屬于弱酸，但算得上是有機(jī)酸中的強(qiáng)酸，水解程度較乙酸銨要小得多，幾乎完全電離［7］因此乙酸銨的水解程度比草酸銨的大?？傊?，“越弱越水解”，這條俗語也同樣適用于解釋我們的問題。

三、結(jié)束語

鹽在水溶液中既能發(fā)生電離，也能發(fā)生水解。一般來說，強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽主要考慮電離，而弱酸弱堿鹽主要考慮水解。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，有些學(xué)生認(rèn)為銨鹽引起溶血的原因是NH4+通過離子通道進(jìn)入細(xì)胞。這樣的解釋顯然是疏忽了離子通道開啟的條件，例如膜兩側(cè)電位的改變，或通道蛋白與配體結(jié)合，或機(jī)械壓力刺激等等，而實(shí)驗(yàn)中并沒有提供這些外力因素。同樣，對于葡萄糖溶液，學(xué)生認(rèn)為葡萄糖可以通過協(xié)助擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞，但這種載體蛋白數(shù)量很少，溶血非常慢，幾乎不溶血［4］。還有學(xué)生提出草酸銨包含兩個(gè)銨根，會(huì)發(fā)生二級(jí)水解，水解得到的氨水約為乙酸銨（一個(gè)銨根）的2倍。然而，我們看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不是這樣，因?yàn)檫@種推測必須建立在銨鹽完全水解的前提下，但是多元弱酸根以第一步水解為主。

樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差能夠反映一個(gè)數(shù)據(jù)集的離散程度，其值越大說明值這些偏離平均值的程度就越大。水、乙醇和乙酸銨的溶血時(shí)間樣本標(biāo)準(zhǔn)差分別為2，18和12，較小，說明這三組數(shù)據(jù)具有較高的精度。而草酸銨和氯化銨的溶血時(shí)間樣本標(biāo)準(zhǔn)差為37和42，較大。我們認(rèn)為造成較大偏差的原因可能是，學(xué)生在界定“完全溶血”這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上不易把握。銨鹽的溶血實(shí)質(zhì)上需要經(jīng)歷一個(gè)“不完全溶血”的過程，這段時(shí)期的溶液渾濁。不同的學(xué)生在判定溶液由渾濁到澄清的時(shí)間點(diǎn)上，有不同的理解，故而離散程度較大。不過，雖然溶血時(shí)間的精度略有欠缺，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠很好地說明草酸銨溶血速度快于氯化銨。

參考文獻(xiàn)

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［2］馬超穎，石洪凌，陳超.還原思維在“細(xì)胞膜的滲透性實(shí)驗(yàn)”中的應(yīng)用［J］.唐山師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，28（2）：27-28.

［3］程旺元，余光輝，陳雁，等.紅細(xì)胞膜通透性實(shí)驗(yàn)及分析［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009，7（5）：39-41.

［4］馬云，梁小娟，劉英，等.細(xì)胞膜滲透性實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)及雞血液DNA的提?。跩］.新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，27（6）：43-46.

［5］宋鵬，張雅莉，郭秀璞，等.細(xì)胞膜滲透性實(shí)驗(yàn)教法改進(jìn)［J］.中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012（17）：93-93.

［6］李虹.醫(yī)學(xué)生物學(xué)與醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］.北京：科學(xué)出版社，2007：34-37

［7］江正玲，林海斌，孫銀河，等.水溶液中草酸銨的存在形式探討［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2009（12）：34-34.

Abstract:We collected the experiment results of The Hemolysis Capability to Erythrocyte Membrane among our university undergraduates of 2015，to reveal some substances' diffusion capacity and diffusion speed throughout mouse erythrocyte membrane. Then we combined the theories in cell biology and other subjects to analyze the reasons for hemolysis or not，and differences of hemolysis speed. Our paper would provide valuable reference to experimental teaching.

Keywords:erythrocyte membrane；diffusion；hemolysis；experimental teaching

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-000X（2016）11-0106-02

*基金項(xiàng)目：貴州醫(yī)科大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目：關(guān)于《細(xì)胞膜通透性》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施（0701004）

作者簡介：趙文靜（1982-），講師，碩士，研究方向：醫(yī)學(xué)昆蟲的系統(tǒng)發(fā)育。

*通訊作者：張晶（1984-），副教授，博士，研究方向：昆蟲的協(xié)同進(jìn)化。