利用中性紅觀察黑藻活細(xì)胞的物質(zhì)進(jìn)出*

孫 娟 尹思源 柳忠烈

（1 北京市第五十七中學(xué) 北京 100038 2 首都師范大學(xué)附屬回龍觀育新學(xué)校 北京 102208 3 北京市海淀區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校 北京 100195）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：“生物學(xué)課程要求學(xué)生主動地參與學(xué)習(xí)，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習(xí)得生物學(xué)知識，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實踐能力”。生物學(xué)課程應(yīng)“高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實踐經(jīng)歷，強調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程是主動參與的過程，讓學(xué)生積極參與動手和動腦的活動，通過探究性學(xué)習(xí)活動或完成工程學(xué)任務(wù)，加深對生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，進(jìn)而能用科學(xué)的觀點、知識、思路和方法，探討或解決現(xiàn)實生活中的某些問題”?；谡n程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)應(yīng)當(dāng)更關(guān)注創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，創(chuàng)設(shè)學(xué)生動手實踐活動空間。

高中教材實驗中，通常利用洋蔥表皮細(xì)胞觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原［1］。依據(jù)洋蔥紫色表皮細(xì)胞顏色變深的現(xiàn)象，在顯微鏡下可明顯觀察到植物細(xì)胞在高濃度蔗糖溶液中發(fā)生了質(zhì)壁分離。但用清水促使植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原時，只能看到紫色的范圍逐漸恢復(fù)，卻無法看到外界有物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞。如何讓學(xué)生進(jìn)一步探究，從而深刻體會“活細(xì)胞”才具有控制物質(zhì)進(jìn)出的功能？

筆者嘗試選用黑藻作為實驗材料［2-3］，在觀察活細(xì)胞胞質(zhì)環(huán)流的同時，觀察細(xì)胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象。之后，利用活細(xì)胞染料中性紅，可觀察植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原時，與外界環(huán)境發(fā)生了物質(zhì)交換。以中性紅進(jìn)入細(xì)胞作為指示，有利于將“活細(xì)胞”能控制“物質(zhì)進(jìn)出”這一抽象問題直觀化，以更好的形式呈現(xiàn)知識。

1 實驗原理

質(zhì)壁分離與復(fù)原現(xiàn)象是由滲透作用導(dǎo)致的。當(dāng)植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度比外界溶液濃度低時，液泡中的水分就會透過原生質(zhì)層進(jìn)入外界溶液，由于原生質(zhì)層比細(xì)胞壁的伸縮性大，當(dāng)細(xì)胞不斷失水時，原生質(zhì)層就會與細(xì)胞壁逐漸分離，出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象；當(dāng)細(xì)胞液的濃度比外界溶液的濃度高時，外界溶液中的水分就透過原生質(zhì)層進(jìn)入液泡中，促使原生質(zhì)層恢復(fù)成原來的狀態(tài)，出現(xiàn)質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。

中性紅是一種常見的細(xì)胞活體染料，在水中的溶解度約為4.0%，其水溶液呈紅色。植物活細(xì)胞能吸收中性紅并向液泡中排泌，使液泡呈現(xiàn)出紅色，而原生質(zhì)和細(xì)胞壁一般不著色。死細(xì)胞的細(xì)胞液無法維持在液泡內(nèi)，因此，使用中性紅染色后，死細(xì)胞不產(chǎn)生著色現(xiàn)象。

2 材料和器具

實驗材料：新鮮黑藻、0.1%中性紅水溶液（避光保存）、15%的蔗糖溶液等。

實驗器具：光學(xué)顯微鏡、鑷子、燒杯、滴管、載玻片、蓋玻片等。

3 實驗過程

3.1 黑藻細(xì)胞的質(zhì)壁分離 將幼嫩的黑藻葉片制成臨時裝片，按照人教版必修1《分子與細(xì)胞》中介紹的方法，利用濃度為15%的蔗糖溶液對黑藻葉片進(jìn)行質(zhì)壁分離實驗，并利用顯微鏡拍攝質(zhì)壁分離的完整過程。

3.2 利用中性紅觀察質(zhì)壁分離復(fù)原中的物質(zhì)交換 0.1%中性紅溶液的濃度低于黑藻葉片細(xì)胞的細(xì)胞液濃度，因此，該濃度下的細(xì)胞能發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原，同時中性紅也可順利進(jìn)入細(xì)胞，將細(xì)胞染色。在顯微鏡下拍攝質(zhì)壁分離復(fù)原的完整過程，觀察黑藻細(xì)胞質(zhì)壁分離復(fù)原過程和染色結(jié)果。

4 結(jié)果與討論

按照實驗步驟完成黑藻細(xì)胞的質(zhì)壁分離實驗和質(zhì)壁分離復(fù)原實驗。質(zhì)壁分離前，葉綠體均勻分布在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中（圖1左，本文附圖見封四）；質(zhì)壁分離過程中，葉綠體逐漸地聚集到一起（圖1中），胞質(zhì)環(huán)流速率下降；質(zhì)壁分離復(fù)原過程中，胞質(zhì)環(huán)流速率逐漸增大，且可觀察到細(xì)胞逐漸變成了紅色，說明中性紅進(jìn)入了細(xì)胞（圖1右），從而更加明顯地展示了，在質(zhì)壁分離復(fù)原過程中，細(xì)胞和外界發(fā)生了物質(zhì)交換。由實驗結(jié)果可知，黑藻細(xì)胞在質(zhì)壁分離與復(fù)原過程中，全程都維持著胞質(zhì)環(huán)流現(xiàn)象，因此可知細(xì)胞一直處于活性狀態(tài)；質(zhì)壁分離復(fù)原過程中，活細(xì)胞染料中性紅對細(xì)胞染色的結(jié)果證明了此觀點。

質(zhì)壁分離復(fù)原過程中，細(xì)胞會吸收外界的水分等物質(zhì)，使得原生質(zhì)體的形態(tài)和胞質(zhì)環(huán)流都恢復(fù)至最初狀態(tài)，以中性紅作為指示劑，可明顯觀察到物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞，操作簡單，現(xiàn)象明顯。

在教學(xué)過程中，可向?qū)W生介紹中性紅染料染色的基本原理，創(chuàng)設(shè)“如何利用中性紅染料驗證活細(xì)胞才能發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象”這一問題情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行動手實踐、探索，從而促進(jìn)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展。

5 結(jié)論

本文通過實驗證實，植物細(xì)胞在進(jìn)行質(zhì)壁分離和復(fù)原時始終保持活性狀態(tài)，且復(fù)原時會將周圍環(huán)境中的物質(zhì)吸入細(xì)胞中。利用中性紅對黑藻細(xì)胞染色，在觀察質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象的過程中，更直觀地展示細(xì)胞從外界吸收了物質(zhì)。同時，改進(jìn)的實驗還強化了只有活細(xì)胞才能進(jìn)行質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原的基本原理，有助于促進(jìn)學(xué)生加深對知識的理解，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。