“植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原”實驗的疑難剖析

黃萬婷

【摘?要】新課程高考要求學(xué)生必須掌握若干個基礎(chǔ)實驗。其中，“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原”實驗的內(nèi)容以及設(shè)計的原理比較復(fù)雜，與基礎(chǔ)知識的聯(lián)系更為緊密，學(xué)生在此實驗中存在許多疑難。筆者通過大量的資料查證與實驗，對該實驗進(jìn)行相關(guān)方面的探究。

【關(guān)鍵詞】高中生物;實驗原理;應(yīng)用

“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原”是人教版高中生物必修一教材中的一個經(jīng)典實驗，該實驗其實是連續(xù)的兩個實驗，一個是植物細(xì)胞質(zhì)壁分離，一個是植物細(xì)胞質(zhì)壁分離后復(fù)原。這個實驗是在研究細(xì)胞膜的通透性時做的實驗，對于一個活細(xì)胞來說，它的很多結(jié)構(gòu)具有選擇透過性，依賴的主要是細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，該實驗要求學(xué)生理解細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的特性、滲透原理以及基本的實驗技能。

一、相關(guān)概念的界定

首先明確一個基本概念，“質(zhì)壁分離”的“壁”指的就是細(xì)胞壁，那么“質(zhì)”指的是細(xì)胞質(zhì)嗎？答案是否定的，所謂的“質(zhì)”即原生質(zhì)層。原生質(zhì)層通俗來講是三層結(jié)構(gòu)連在一起的一個統(tǒng)一的整體，包含細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和液泡膜，范圍是細(xì)胞膜以內(nèi)液泡膜以外的部分?！百|(zhì)壁分離”研究的是原生質(zhì)層和外面的這一層細(xì)胞壁之間的位置上的變化，它們兩個會分開也會復(fù)原。

二、實驗原理

活細(xì)胞的原生質(zhì)層具有選擇透過性，所謂選擇透過性包含兩層意思：水分子可以自由通過原生質(zhì)層;某些溶質(zhì)分子不能通過原生質(zhì)層。具體來分析，水分子能自由地跨膜運輸就會有方向，它既可以從細(xì)胞外向細(xì)胞內(nèi)流動，也可以從細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞外流動。而水分子運動的方向如何，取決于細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的溶液的濃度，因此可以把水分子的運動方向概括為順濃度梯度。順濃度梯度順的是水分子（溶劑）的相對含量，即從水分子多的往水分子少的方向運動，而括號中注明的這個‘濃度指的是溶質(zhì)的濃度，即從低滲往高滲方向運動。在這樣一個模型的建立下，假如細(xì)胞外是一個高濃度的環(huán)境，而細(xì)胞液的濃度相對較低，這時水分子會從細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞外運動，細(xì)胞失水，細(xì)胞液體積減小，又因為細(xì)胞膜具有流動性，所以它會向內(nèi)收縮，但是細(xì)胞壁的成分是纖維素和果膠，相當(dāng)于一個不變的結(jié)構(gòu)，它不會收縮，這樣就造成細(xì)胞壁和原生質(zhì)層分離開;但如果反過來，當(dāng)細(xì)胞外是一個低濃度的環(huán)境，而里面是一個高濃度的環(huán)境，它的水分子又會從細(xì)胞外向細(xì)胞內(nèi)流動，那么里面吸收了更多的水分子使細(xì)胞液的體積增加，于是原生質(zhì)層就會向外擴(kuò)張，完成一個質(zhì)壁分離后的復(fù)原，這就是一個基本的實驗原理。

三、選材

實驗當(dāng)中，我們選擇成熟的植物細(xì)胞，這樣的細(xì)胞有中央大液泡，并且液泡中必須含有色素，因為這是一個觀察實驗，看的就是細(xì)胞液的體積以及顏色的變化。

首先，需要明確一點，并不是所有的植物細(xì)胞都有中央大液泡，甚至不是所有的植物細(xì)胞都有液泡，比如，幼嫩的組織以及分生組織是沒有液泡的，它構(gòu)不成所謂的滲透系統(tǒng)。因此，能作為實驗材料的植物有很多，比如紫皮大蒜、馬齒莧、紅薯藤、紫鴨跖草、水綿、黑藻、紫玉蘭等，這些材料容易獲得，易撕取表皮，液泡較大，制片容易，實驗現(xiàn)象易觀察。西寧地區(qū)紫色洋蔥容易獲得，所以我們選擇的是紫色洋蔥的鱗片葉外表皮細(xì)胞。

四、實驗觀察

首先制作臨時裝片，把撕下來的洋蔥鱗片葉的外表皮平鋪在沾有蒸餾水的載玻片上，蓋上蓋玻片。原來細(xì)胞液是帶有一定濃度的，現(xiàn)在細(xì)胞外面是純的水，濃度低，這滴水會從細(xì)胞外流向細(xì)胞里，這是一個正常的細(xì)胞，接下來在顯微鏡下操作，往蓋玻片外的一點去滴加高濃度蔗糖溶液，或者選擇無機鹽的溶液，從而出現(xiàn)質(zhì)壁分離?？吹降木唧w現(xiàn)象是原生質(zhì)層內(nèi)縮，與細(xì)胞壁分離，紫顏色的細(xì)胞液面積減小，但顏色會有所加深，原因是水分出去，色素的濃度提高。原來細(xì)胞膜和細(xì)胞壁是貼著的，現(xiàn)在細(xì)胞膜和細(xì)胞壁分開，中間充斥了滴加的高濃度的蔗糖溶液。那么，質(zhì)壁分離后怎么復(fù)原呢？在滴加蔗糖溶液的地方滴加一定量的蒸餾水，而且在蓋玻片的另外一側(cè)用吸水紙引流，這時水就會流向細(xì)胞內(nèi)，原生質(zhì)層又會張開，完成了質(zhì)壁分離的復(fù)原。

五、應(yīng)用

首先，檢驗細(xì)胞的活性，如果能正常完成質(zhì)壁分離及其復(fù)原的過程，證明它是活細(xì)胞。其次，做質(zhì)壁分離的時候一般選擇高濃度的蔗糖溶液，多高才算高？應(yīng)該比細(xì)胞液的濃度高，加蔗糖溶液時從低往高加，加到剛開始質(zhì)壁分離。實驗室用這種辦法檢測細(xì)胞液的濃度，因此50%的植物細(xì)胞出現(xiàn)質(zhì)壁分離的濃度對應(yīng)的就是細(xì)胞液的濃度。

回顧物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的這樣一個模式，以最簡單的水分子為例，植物對于水份的吸收叫作滲透，滲透作用需滿足相關(guān)的條件。第一個條件是有半透膜，所謂半透膜就是選擇透過性膜;第二個條件是膜兩側(cè)有濃度差。在這樣兩個前提下，水總是從溶質(zhì)少的地方流向溶質(zhì)多的地方。第一個條件一般不太容易注意到，假如加的不是蔗糖溶液，而是乙醇溶液，這種溶質(zhì)分子本身也能夠通過半透膜，細(xì)胞的原生質(zhì)層對于這種分子沒有選擇透過性，顯然膜內(nèi)外有沒有濃度差都不會觀察到質(zhì)壁分離。因此，成熟的植物細(xì)胞的原生質(zhì)層具有選擇透過性，主要是兩層膜上的蛋白質(zhì)還有磷脂具有選擇透過性。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅益群.“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原”實驗初探[J].中學(xué)生物學(xué)，2005，21（1）：42～43.