探究幾種常見半透膜中滲透作用效果最好的半透膜

張 慧 （高平一中實驗學(xué)校 山西高平 048400）

0 引言

人教版2004年高中生物學(xué)必修1《分子與細(xì)胞》第4 章“細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出”第1 節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶嵗辟Y料分析中利用玻璃紙做的滲透實驗介紹較含糊：1）該實驗只證明水分子可以通過半透膜，但沒有證明大分子物質(zhì)不能通過半透膜；2）長頸漏斗口徑較小，部分濾膜滲透作用現(xiàn)象不明顯；3）由于蔗糖溶液無色，導(dǎo)致水柱液面的上升難以觀察；4）裝置中的長頸漏斗是倒立的，通過漏斗頸向裝置內(nèi)加入溶液也非常困難；5）該實驗僅使用了玻璃紙作為半透膜，學(xué)生不清楚究竟哪種半透膜效果更好。 通過學(xué)習(xí)本探究實驗制備多種半透膜材料的操作過程，培養(yǎng)學(xué)生動手能力、合作精神和探索意識；通過復(fù)雜的多組實驗操作培養(yǎng)學(xué)生單一變量原則和解釋實驗現(xiàn)象的能力，并達(dá)到使學(xué)生能夠?qū)B透作用發(fā)生的原理深刻理解的教學(xué)目的。

1 實驗過程

1.1 實驗原理和設(shè)計思路 實驗原理：滲透作用是指水或其他溶劑分子通過半透膜的一種擴(kuò)散，這時溶質(zhì)不能透過半透膜。 滲透作用的產(chǎn)生必須滿足2 個基本條件：一是具有半透膜，二是膜的兩側(cè)具有濃度差。為了明顯地觀察到滲透現(xiàn)象，長頸漏斗的頸必須很細(xì)，而半透膜扎口端的口徑要大一些。本實驗中因自變量為半透膜的種類，其中蠶豆皮的面積最小，因此根據(jù)實驗需要選取了玻璃滴管或塑料滴管倒置代替了教材實驗中的倒置長頸漏斗。半透膜和滴管用棉線扎口，因棉線可以吸水膨脹是扎口更緊密。

實驗設(shè)計思路： 利用多種半透膜材料作為單一變量做滲透實驗，通過對比滲透現(xiàn)象的結(jié)果得出哪種半透膜滲透作用效果最好的結(jié)論。 實驗過程中對實驗裝置進(jìn)行改裝，使實驗條件更加符合實驗要求，實驗結(jié)果更加客觀。

2.2 實驗材料用具 豬膀胱、雞蛋、豬小腸、魚鰾、蠶豆、濾膜、梧桐樹葉、36%乙酸、清水、蔗糖、鑷子、藥品勺、三腳架、酒精燈、玻璃滴管、塑料滴管、燒杯、玻璃棒、2.5 mL 注射器、棉線、試管夾和鐵架臺等。

2.3 半透膜獲得過程

2.3.1 卵殼膜

方法1：雞蛋卵殼膜選用新鮮較大的雞蛋，在一端敲開一個小孔，使蛋清和蛋黃流出，反復(fù)清洗；將蛋殼浸泡在15%鹽酸和95%酒精的混合溶液中，直至外殼全部被腐蝕掉；取出卵殼膜，放入清水中浸泡備用［1］，如圖1。

方法2：制取卵殼膜外膜、內(nèi)膜：將卵殼膜浸泡在清水中12 h 左右，浸泡過程要使用物體壓著，否則卵殼膜漂浮在水而上。 水由氣室進(jìn)入2層膜之間,用水輕輕將兩層膜分開，分開后的膜隨后仍然浸泡在清水中備用。 同時保留沒有分離卵殼膜備用［2］。

經(jīng)過實驗過程總結(jié)出：雞蛋卵殼膜（雙層）可以在一端敲開一個稍大洞，使蛋清和蛋黃流出，然后用手指小心從破口處向內(nèi)撕，取得較大面積卵殼膜備用;獲取雞蛋卵殼膜內(nèi)膜，可以在雞蛋大頭一端敲開一個直徑1.5 cm 左右的孔，將碎蛋殼和卵殼膜外膜小心去掉，保證內(nèi)膜沒有破損，小頭一段敲開一個直徑3 cm 左右的孔，使蛋清和蛋黃流出，然后在水龍頭下方從大頭處緩緩進(jìn)水，逐漸加大流速，內(nèi)膜被沖出，即可獲得，如圖2～圖4。

2.3.2 膀胱膜

方法1： 將新鮮豬膀肌置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的Na2CO3溶液中，從而去除表層的油脂，增大表層的親水性。 吹氣使之體積達(dá)到原體積的25 倍，扎緊，置于背陰通風(fēng)處使之風(fēng)干。

方法2：將新鮮豬膀肌的外層（即漿膜層）進(jìn)行剝離，敷在大燒杯上，同樣放在通風(fēng)處風(fēng)干［1］，如圖5～圖6。

經(jīng)過實驗過程總結(jié)出： 將新鮮豬膀胱至于玻璃缸內(nèi)，里外清洗干凈，浸泡12 h，用手從尿道口對側(cè)在水中進(jìn)行小心剝離，可以得到完整的膀胱膜。 得到后吹氣使之體積達(dá)到原體積的25 倍，扎緊，置于背陰通風(fēng)處使之風(fēng)干。

2.3.3 魚鰾 魚鰾膜以當(dāng)?shù)爻Ｒ姷那漪~（或其他魚）的魚鰾作為半透膜。 魚鰾分為2 室，一室為卵形，另一室為圓錐形，都可用于實驗把魚鰾從魚腹中取出，去掉外側(cè)白色的黏膜，用0.1 mol／L 的鹽酸浸濕，再用清水浸泡30 min，然后在魚鰾交接處剪開，放出氣體，輕柔漂洗即可使用［1］。 平時可以將收集到的魚鰾曬干保存，用時只需浸入清水中待其變軟后即可用于實驗。

本實驗中的魚鰾從魚腹中取出后，去除外側(cè)白色的黏膜，沒有使用鹽酸處理，而是直接用清水洗凈曬干備用。

2.3.4 豬腸衣 豬腸衣干制品制作方法：

方法1：1）將新鮮豬小腸用剪子剪成66 cm 左右的節(jié)段，在清水中洗凈內(nèi)外表面。 2）把每段小腸外表面（即漿膜層）一側(cè)腸系膜的殘余組織縱向撕下來。 3）拿起一段小腸平放在平滑的木板上或桌面上，左手用力捏緊小腸一端，右手持一竹塊或木尺塊將邊緣（平直的）順著小腸另一端用力刮下漿膜以外的其他組織，直至整段小腸全部刮凈為止。 4）刮好的小腸一端用線縛緊，另一端從腸腔插入一長玻璃管，捏緊腸口的腸衣和玻璃管，用口向玻璃管內(nèi)不斷吹氣，使腸衣脹大，待氣吹足后，另一端也用細(xì)線縛緊。 5）將制作好的腸衣，一端懸掛在室內(nèi)通風(fēng)的繩下，讓其自然干燥。干燥后收下，保存?zhèn)溆茫?］。

方法2：新鮮豬腸衣制作方法：將一段新鮮豬小腸從切口處開始，將最外層（漿膜）向下拉,便像脫襪子一樣很容易地剝離下來，得到豬腸衣［4］，如圖7。

2.3.5 蠶豆皮 取蠶豆種子，浸泡8 h，小心取下種皮備用。

2.3.6 梧桐樹葉 取法國梧桐放在沸水中煮1 min，破壞植物葉片表皮中不易透水的角質(zhì)層，用清水沖洗干凈備用［1］。

經(jīng)過實驗過程總結(jié)出： 取法國梧桐放在沸水中煮的時間需要延長一些，煮至5 min 左右。

2.3.7 濾膜 實驗藥品商店購買。

2.4 滲透實驗操作過程

1）實驗時間為每天上午9∶00 開始。

2）各小組的半透膜不同，其他條件相同。每一組進(jìn)行至少2 次重復(fù)實驗，例如：A11為A1 第2次操作。

3）觀察實驗現(xiàn)象記錄結(jié)果。

①實驗條件為使用5 mL 加長塑料滴管，加入6.5 mL 飽和蔗糖溶液。

表1 玻璃管中一定時間液面上升的高度

分析：A1 和A11的實驗結(jié)果說明A1 組豬膀胱膜為雙層，A11組為豬膀胱膜的單層膜（在初次制取獲得豬膀胱膜時，不夠熟練，得到的膜沒有懸空晾干，而是鋪在桌子上晾干，可能有的區(qū)域是雙層，有的區(qū)域是單層）；A3 和A31實驗結(jié)果說明A3 組的魚鰾沒有扎緊或者已經(jīng)破碎。 A4 和A41濾膜的實驗結(jié)果說明濾膜對蔗糖溶液不具有半透性。 由于發(fā)現(xiàn)塑料滴管頭部剪開一平整切口后太軟不易扎緊的現(xiàn)象，所以只做了8 組實驗，結(jié)果說明豬腸衣和豬腸衣的滲透作用效果最好，購買濾膜失敗。

接下來的實驗用不帶膠頭的玻璃滴管倒置代替教材實驗中的長頸漏斗倒置。②實驗條件為使用15 cm 長玻璃滴管，加入1.5 mL 飽和蔗糖溶液。

表2 玻璃管中一定時間液面上升的高度

表3 玻璃管中一定時間液面上升的高度

分析：第1，通過9 組數(shù)據(jù)分析得出雞蛋卵殼膜的滲透作用最好，且雞蛋卵殼膜的內(nèi)膜作用更好，雞蛋常見，容易獲得，適合做學(xué)生課堂實驗材料。 第2，通過A8 組的數(shù)據(jù)和其他組的數(shù)據(jù)對比可以得出濾膜對蔗糖溶液是全透的。 第3，通過各組24 h 的最終滲透結(jié)果，得出除了A8 組的濾膜對蔗糖溶液是全透外，其他膜都能體現(xiàn)半透膜現(xiàn)象。 第4，相同材料不同實驗結(jié)果，說明在手工將膜扎到滴管上的過程中將膜弄破，或扎的不緊，使蔗糖溶液從滴管內(nèi)流入燒杯，最終滴管中的液面沒有上升。 第5，不同膜的滲透速率不同的原因是由于各種膜的組成不同和厚薄不同。 第6，通過不同滴管相同其他實驗條件的滲透結(jié)果不同，得出選用大頭滴管可以使實驗效果更明顯。

3 總結(jié)

3.1 實驗結(jié)論 通過實驗操作和數(shù)據(jù)分析得出雞蛋卵殼膜的滲透作用最好，并且雞蛋卵殼膜的內(nèi)膜作用更好，雞蛋易獲得，適合做學(xué)生課堂實驗材料；其次是豬膀胱膜，再次是豬腸衣，最后是魚鰾，這3 種膜的獲取方便程度魚鰾最好，因此實驗課上也推薦使用魚鰾做滲透實驗。

3.2 實驗不足 因為取用半透膜種類較多，所以實驗材料的獲得過程太長，實驗拖得太久；各組實驗燒杯中清水的液面高度有一定的差異； 沒有在燒杯中加一些染色劑，使結(jié)果觀察效果下降；沒有選擇有刻度的滴管，使結(jié)果觀察測量后易出現(xiàn)誤差；塑料滴管選用不恰當(dāng)，在使用過程中使半透膜不容易扎緊，從而導(dǎo)致部分小組實驗失敗。

4 拓展討論問題

通過本實驗使學(xué)生在動手實踐過程中得到啟迪，啟發(fā)學(xué)生的探究意識和創(chuàng)新意識。將進(jìn)一步把教材中的實驗改編成探究課堂，培養(yǎng)學(xué)生長遠(yuǎn)的生物學(xué)科學(xué)素養(yǎng)。