“觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原”實(shí)驗(yàn)探究

李盛文

摘 ?要 將“觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原”實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為“探究不同試劑不同濃度設(shè)置下對植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的影響”，對藥品和具體的操作步驟做出一定的調(diào)整，并在實(shí)驗(yàn)的過程中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更進(jìn)一步的探究，不斷完善細(xì)胞質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中以小見大，能夠從實(shí)驗(yàn)中得到更多的提升。

關(guān)鍵詞 高中生物;探究性實(shí)驗(yàn);植物細(xì)胞;質(zhì)壁分離

中圖分類號：G642.423 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）17-0118-02

1 前言

“觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原”是高中生物“植物對水分的吸收”這一章節(jié)的知識點(diǎn)，該知識點(diǎn)在于引導(dǎo)學(xué)生理解植物細(xì)胞吸水與失水的原理以及原因。在組織實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生有機(jī)會通過個(gè)人實(shí)驗(yàn)操作去感受滲透原理。該實(shí)驗(yàn)是生物課程的第一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，第一次將科學(xué)探究獨(dú)立提出。

關(guān)于植物細(xì)胞質(zhì)壁分離的實(shí)驗(yàn)是采用洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料，并用30%（即0.3 g/mL）蔗糖溶液處理，觀察質(zhì)壁分離現(xiàn)象。該實(shí)驗(yàn)的三個(gè)步驟：提問題、做假設(shè)、根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行歸納總結(jié)。該過程是生物實(shí)驗(yàn)的大致步驟，已經(jīng)在學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)中形成固定的模式，便于學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)流程;同時(shí)存在一些不足之處，如整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程流于形式。針對實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的不足，筆者準(zhǔn)備了多種實(shí)驗(yàn)試劑，分別為蔗糖溶液、醋酸溶液和CaCl2溶液、NaCl溶液和KNO3溶液，以此激發(fā)學(xué)生深入探究的興趣。

2 教學(xué)策略

該實(shí)驗(yàn)采用小組合作探究的形式展開，要求學(xué)生記載實(shí)驗(yàn)階段、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)前一天，實(shí)驗(yàn)教師要求每個(gè)小組從事先準(zhǔn)備好的五種實(shí)驗(yàn)試劑中選擇一種，在實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)試劑的濃度程度將試劑劃分為六個(gè)階段。再針對每位學(xué)生和小組合作能力的不同，將他們分為目標(biāo)組、潛力組、提高組三個(gè)小組進(jìn)行教學(xué)。目標(biāo)組用的是教材所要求的蔗糖溶液做試劑;潛力組用的是醋酸溶液和CaCl2溶液做試

劑;提高組用的是NaCl溶液和KNO3溶液做試劑，要求學(xué)生具有較高的操作技能。各小組要觀察不同試劑不同濃度對植物質(zhì)壁分離的影響和質(zhì)壁分離復(fù)原所用時(shí)間的長短。

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的探索

發(fā)現(xiàn)問題，課前準(zhǔn)備 ?從材料的選擇、溶液的改進(jìn)、濃度的運(yùn)用等方面引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行前置性思考。如在積極引導(dǎo)學(xué)生思考等方面，可以通過變化實(shí)驗(yàn)過程中蔗糖溶液的含量，將此作為實(shí)驗(yàn)變量，引導(dǎo)學(xué)生思考蔗糖溶液濃度的變化會帶來怎樣的變化。常規(guī)情況下采用0.3 g/mL的蔗糖溶液作為試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，該試劑是否能夠使洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的現(xiàn)象？在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生對該結(jié)論已經(jīng)十分熟悉，再以0.3 g/mL的蔗糖溶液作為試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，無法鍛煉實(shí)踐能力，也無法深化對該知識點(diǎn)的理解，變動實(shí)驗(yàn)變量是很好的思路。此外，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中，每個(gè)小組采用的蔗糖溶液濃度存在差異，為了能夠讓大家更加清晰地了解蔗糖溶液的濃度給洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞帶來的變化，每個(gè)小組的成員可以交替進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察，讓大家能夠了解更多的實(shí)驗(yàn)情況。

分組探究 ?各小組以六個(gè)濃度梯度的實(shí)驗(yàn)試劑作為處理液，分別觀察在每一種濃度的溶液處理下植物細(xì)胞產(chǎn)生質(zhì)壁分離和復(fù)原的現(xiàn)象，并記錄植物細(xì)胞出現(xiàn)質(zhì)壁分離所需要的時(shí)間。小組內(nèi)討論交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果，制作表格，比較發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原的最佳濃度范圍。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn) ?通過探究，教師對該實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行了改進(jìn)，效果很好。

【改進(jìn)一】在原本的實(shí)驗(yàn)過程中，在處理臨時(shí)裝片時(shí)，通常采用蓋玻片加蓋，但是在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)在操作過程中容易產(chǎn)生氣泡。經(jīng)過改進(jìn)后，不再使用蓋玻片進(jìn)行加蓋，標(biāo)本的氣泡大大減少。

【改進(jìn)二】過去將試劑滴入玻片中，待洋蔥表皮吸收試劑后，才用紙巾吸取滴入的液體。裝片與液體的接觸耗費(fèi)的時(shí)間很長，導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度受到一定的影響。如在選擇蔗糖溶液或者清水滴入裝片時(shí)，在后期吸水時(shí)，液體會沿著蓋玻片兩邊移動，加大吸水難度;同時(shí)導(dǎo)致進(jìn)入蓋玻片的液體較少，導(dǎo)致很多細(xì)胞質(zhì)壁不能完全分離，或者出現(xiàn)質(zhì)壁分離后無法復(fù)原等現(xiàn)象。針對這些現(xiàn)象，做出相應(yīng)調(diào)整，選擇將裝片直接浸泡在液體中，讓裝片與液體充分接觸，保持裝片的水分，讓裝片能夠快速實(shí)現(xiàn)質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原。

【改進(jìn)三】過去的實(shí)驗(yàn)在獲取裝片時(shí)，直接將洋蔥表皮撕下來。在本次實(shí)驗(yàn)中，采用切表皮或者刮掉葉肉留下表皮的方式獲取裝片原料。洋蔥鱗莖最外層2～4層鱗片葉外表皮呈現(xiàn)紫色，適合用作實(shí)驗(yàn)材料，但獲取難度大。學(xué)生用刀片反復(fù)向前刮除表皮內(nèi)表面的葉肉細(xì)胞，刮除洋蔥鱗片葉外表皮內(nèi)面的葉肉細(xì)胞，教師會擔(dān)心學(xué)生這一操作直接破壞洋蔥表皮。需要解釋的是洋蔥表皮緊緊貼合在葉片上，葉肉細(xì)胞多汁，容易去除，因此要保證刮出葉肉的方向一致，表皮不會受損。這樣做大大提高了實(shí)驗(yàn)的速度和成功率。

【改進(jìn)四】學(xué)生提出采用無色洋蔥作為實(shí)驗(yàn)材料，用帶顏色的試劑來觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如亞甲基藍(lán)和紅墨水;也可對洋蔥細(xì)胞活體提前染色后（中性紅染劑），觀察內(nèi)表皮細(xì)胞。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果探討

該實(shí)驗(yàn)的目的是探討有關(guān)植物細(xì)胞產(chǎn)生質(zhì)壁分離的程度與液體濃度之間的關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)得出哪一種試劑最適用于觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離。值得一提的是，該實(shí)驗(yàn)在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上做出一系列的改進(jìn)與完善，在很大程度上推動了學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)的理解，加深了對該知識點(diǎn)的理解。

1）目標(biāo)組。以蔗糖溶液為試劑，濃度分別為10%、20%、

30%、40%、50%、60%。質(zhì)壁分離所用時(shí)間和復(fù)原現(xiàn)象結(jié)果如下：

【結(jié)果一】10%和20%的蔗糖溶液要求時(shí)間很長，至少需要一小時(shí)以上，一節(jié)課下來看不到質(zhì)壁分離現(xiàn)象;

【結(jié)果二】30%的蔗糖溶液實(shí)驗(yàn)時(shí)間約為10分鐘，課堂時(shí)間很倉促;

【結(jié)果三】40%的蔗糖溶液實(shí)驗(yàn)時(shí)間約為五分鐘，學(xué)生有時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，又能較快地觀察到比較明顯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果;

【結(jié)果四】50%的蔗糖溶液使植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的時(shí)間不到一分鐘;60%的蔗糖溶液讓植物發(fā)生質(zhì)壁分離的時(shí)間為一分鐘左右，細(xì)胞在該試劑濃度下存活的難度較大。

通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)30%的蔗糖溶液濃度可以引起細(xì)胞的質(zhì)壁分離，但并不是質(zhì)壁分離的最小濃度，只是用30%的濃度效果比較明顯，而又不引起細(xì)胞失水死亡，是一個(gè)比較恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)濃度而已。

2）潛力組。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

【結(jié)果】將CaCl2溶液作為質(zhì)壁分離試劑，該試劑的特點(diǎn)在于滲透性強(qiáng)，質(zhì)壁分離的現(xiàn)象十分明顯。

3）提高組。以KNO3溶液作為試劑，六個(gè)濃度分別為

0.1 g/mL、0.08 g/mL、0.06 g/mL、0.04 g/mL、0.02 g/mL、0.01 g/mL。學(xué)生觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：

【結(jié)果一】濃度為0.1 g/mL，細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離特別明顯，但加水與不加水，質(zhì)壁分離后都不會復(fù)原;

【結(jié)果二】濃度在0.06～0.1 g/mL這個(gè)范圍時(shí)，細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的現(xiàn)象明顯，在這個(gè)過程中如果分離時(shí)間過長，加水稀釋細(xì)胞，也無法讓細(xì)胞質(zhì)壁分離復(fù)原;

【結(jié)果三】濃度為0.06 g/mL時(shí)，效果較好;

【結(jié)果四】試劑濃度在0.02 g/mL以下時(shí)，細(xì)胞難以發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，主要的原因在于試劑濃度過低，導(dǎo)致植物細(xì)胞并未對該試劑及時(shí)做出反饋。

從這份數(shù)據(jù)信息可以得出，植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的臨界點(diǎn)是試劑濃度為0.02 g/mL時(shí)。

通過數(shù)據(jù)的整合與分析，學(xué)生得出結(jié)論：試劑的不同或者試劑的濃度存在差異，在不同的試劑作用下，植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離所需時(shí)間不同，如硝酸鉀溶液僅需1～2分鐘即可，但維持時(shí)間短，會發(fā)生質(zhì)壁分離自動復(fù)原現(xiàn)象。

以NaCl溶液為例，濃度分別為2%、3%、4%、5%、8%、10%。采用濃度在2%～5%的NaCl溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得的現(xiàn)象比教材中介紹的3O%（0.3 g/mL）的蔗糖溶液帶來的質(zhì)壁分離現(xiàn)象更加明顯，其中濃度3%和4%的NaCl溶液效果最好。

各小組記錄發(fā)生質(zhì)壁分離和復(fù)原時(shí)間發(fā)現(xiàn)：以CaCl2溶液作為試劑，植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的時(shí)間短，且效果十分明顯。得出結(jié)論：有些溶液處理的發(fā)生質(zhì)壁分離的植物細(xì)胞能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞質(zhì)壁分離復(fù)原。由于不同的試劑帶來的實(shí)驗(yàn)效果存在差異，因此在實(shí)驗(yàn)過程中需要將各項(xiàng)數(shù)據(jù)記載完善，以免造成數(shù)據(jù)紊亂以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果作廢。在引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)過程中，針對學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的操作失誤等問題，如學(xué)生實(shí)驗(yàn)缺乏耐心、實(shí)驗(yàn)操作馬虎等，需要耐心引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，鍛煉學(xué)生的耐心。耐心的培養(yǎng)與鍛煉有助于提升學(xué)生的實(shí)踐能力。

5 知識拓展

在組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中，筆者為學(xué)生準(zhǔn)備的是紫色洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞。在實(shí)驗(yàn)過程中，筆者先將該材料呈現(xiàn)給學(xué)生，然后向?qū)W生提問采用紫色洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞的原因。最開始學(xué)生對該問題不是特別了解，筆者陳列出多個(gè)選擇紫色洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞的原因選項(xiàng)，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識進(jìn)行猜測，并且先保留學(xué)生的意見。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，筆者再次讓學(xué)生發(fā)表自己的看法，對比實(shí)驗(yàn)前后學(xué)生的意見是否發(fā)生改變，再引導(dǎo)學(xué)生找到正確的答案。此外，為了培養(yǎng)學(xué)生的探究意識，筆者鼓勵學(xué)生將所學(xué)知識運(yùn)用于生活實(shí)踐中，用實(shí)踐去檢測對課本知識的理解程度。

探究性實(shí)驗(yàn)是探究性學(xué)習(xí)的一種非常重要的形式，在探究中思考問題，提出改進(jìn)措施，以及發(fā)現(xiàn)新的問題并進(jìn)一步探究，有利于增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。另外，通過本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的潛能是很大的。因此，在未來的教學(xué)中要充分發(fā)揮教學(xué)實(shí)驗(yàn)課題的功能，將教學(xué)實(shí)驗(yàn)課題與書本知識點(diǎn)相結(jié)合，不斷完善實(shí)驗(yàn)操作，不斷鞏固學(xué)生的知識，通過教學(xué)實(shí)驗(yàn)推動學(xué)生深化對知識點(diǎn)的理解。筆者相信，在未來教學(xué)過程中，在與學(xué)生共同努力下，師生之間的配合會越來越好，教學(xué)效果也會越來越好。

參考文獻(xiàn)

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