再探鉬酸鈉跨膜運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)

陳菲菲 虞 馳

（1 寧波李惠利中學(xué) 浙江寧波 315041 2 寧波市第四中學(xué) 浙江寧波 315016）

2016年，劉海金等［1］在發(fā)表的《簡(jiǎn)單易行的離子跨膜運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)》一文中闡述利用鉬酸鈉可跨膜運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，通過(guò)洋蔥外表皮細(xì)胞中花青素的變色規(guī)律，呈現(xiàn)鉬酸鈉跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為主動(dòng)運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了很好的案例。該文也提出期望增加運(yùn)載體阻斷劑，驗(yàn)證主動(dòng)運(yùn)輸需要載體的協(xié)助；還可增加呼吸抑制劑或借助降溫的方法，驗(yàn)證其主動(dòng)運(yùn)輸需要消耗能量。筆者由此得到啟發(fā)，探究呼吸抑制處理是否影響鉬酸鈉通過(guò)紫色洋蔥鱗片葉外表皮的跨膜運(yùn)輸?shù)淖兩Ч?，以期更加直觀(guān)地幫助學(xué)生理解主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)及概念。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及摸索過(guò)程

在尋找呼吸抑制處理方法的過(guò)程中，MCE 試劑公司根據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)推薦作為殺蟲(chóng)劑的魚(yú)藤酮亦可抑制植物細(xì)胞呼吸。早期的研究表明，魚(yú)藤酮的作用機(jī)制是影響昆蟲(chóng)的呼吸作用，主要是與NADH 脫氫酶與輔酶Q 之間的某一成分發(fā)生作用，許多生物細(xì)胞中的線(xiàn)粒體、NADH 脫氫酶、丁二酸、甘露醇及其他物質(zhì)對(duì)魚(yú)藤酮都存在一定的敏感性。但魚(yú)藤酮幾乎不溶于水，僅溶于乙醇、丙酮、四氯化碳、氯仿、乙醚等有機(jī)溶劑。筆者嘗試將魚(yú)藤酮溶于無(wú)水乙醇后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)鉬酸鈉的跨膜運(yùn)輸有一定的抑制作用，但因?yàn)槿芙舛确浅５蜔o(wú)法得出有抑制效果的魚(yú)藤酮溶液濃度，又因呼吸抑制劑在一定程度上對(duì)人體有毒害作用，故應(yīng)該慎重地選擇作為中學(xué)實(shí)驗(yàn)試劑。在查找和嘗試了若干種呼吸抑制的方法后，筆者選擇了一種較為簡(jiǎn)單且便于在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課中開(kāi)展的方法，期望能引導(dǎo)學(xué)生更好地理解主動(dòng)運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程及特點(diǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)材料及方法

植物材料選擇大小相等、同時(shí)期采購(gòu)于超市的健康紫色洋蔥（Allium cepa）6 個(gè)，平均直徑約為8 cm，以鱗片葉外表皮細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。實(shí)驗(yàn)前先將洋蔥隨機(jī)分成2 組。一組洋蔥包裹若干層保鮮膜后放入袋子中密封，另一組洋蔥則不做任何處理置于空氣中，處理時(shí)長(zhǎng)為12 h（圖1）。

圖1 呼吸抑制處理組（左）和未呼吸抑制處理組（右）的洋蔥

化學(xué)試劑選擇鉬酸鈉（Na2MoO4），為了對(duì)比效果更加明顯，鉬酸鈉溶液濃度選擇1 mol／L；觀(guān)察設(shè)備為舜宇光學(xué)的數(shù)字顯微鏡。

3 實(shí)驗(yàn)步驟

1）制片：分別取2 組紫色洋蔥的鱗片葉外表皮細(xì)胞，按照教材中的步驟制成臨時(shí)裝片。

2）觀(guān)察：在低倍顯微鏡下觀(guān)察液泡的顏色及形態(tài)。

3）反應(yīng)：從蓋玻片的一側(cè)滴入鉬酸鈉溶液，在蓋玻片的另一側(cè)用吸水紙引流，重復(fù)幾次，使洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞浸潤(rùn)在溶液中，記錄發(fā)生顏色變化所需的時(shí)間及5 min 時(shí)的細(xì)胞變色比例。

4 結(jié)果和分析

4.1 鉬酸鈉水溶液處理洋蔥外表皮細(xì)胞觀(guān)察顏色變化規(guī)律

分析：根據(jù)圖2可知從09∶54∶52→09∶57∶41→09∶59∶43 這3 個(gè)時(shí)刻圖的左上角同一區(qū)域觀(guān)察顯示：浸潤(rùn)在1 mol／L 的鉬酸鈉溶液后，紫色洋蔥鱗片葉外表皮的液泡顏色變化規(guī)律為紫色→藏藍(lán)色→綠色，個(gè)別細(xì)胞內(nèi)會(huì)出現(xiàn)墨綠色。與劉海金等［1］觀(guān)察到的“從淺紫色變成深紫色，再變成天藍(lán)色，最后成為深藍(lán)色”的變色規(guī)律并不相同，即使延長(zhǎng)時(shí)間至40 min，綠色及灰綠色并未成為過(guò)渡色。可能與實(shí)驗(yàn)時(shí)的氣溫（實(shí)驗(yàn)日期為7月22日，晴，氣溫35℃）、紫色洋蔥的品種有關(guān)。

圖2 鉬酸鈉溶液處理紫色洋蔥鱗片葉外表皮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖（未呼吸抑制處理組）

分析：根據(jù)圖3可知從10∶10∶34→10∶12∶18→10∶15∶30 這3 個(gè)時(shí)刻的觀(guān)察顯示：反“Z”形空白處的右下角發(fā)生由紫色→藏藍(lán)色→墨綠色的變化非常明顯，呼吸抑制組紫色洋蔥鱗片葉外表皮的液泡顏色變化規(guī)律與未進(jìn)行呼吸抑制處理的組別相同，說(shuō)明呼吸抑制與否并不會(huì)影響液泡內(nèi)花青素的變色規(guī)律。

圖3 鉬酸鈉溶液處理紫色洋蔥鱗片葉外表皮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖（呼吸抑制處理組）

4.2 呼吸抑制處理與否的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比及分析

分析：通過(guò)表1可知，本實(shí)驗(yàn)呼吸未抑制組的變色時(shí)間（23 s）比劉海金等的實(shí)驗(yàn)（91 s）有較大縮短，變色比例也有所升高（本實(shí)驗(yàn)中5 min 時(shí)呼吸未抑制組的平均變色比例為96%，劉海金等的實(shí)驗(yàn)中同濃度鉬酸鈉溶液的變色比例為74%，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間未知）。變化發(fā)生總體呈加速趨勢(shì)，可能與實(shí)驗(yàn)時(shí)的氣溫（7月22日，晴，氣溫35℃）及洋蔥品種有關(guān)。同時(shí)根據(jù)表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，呼吸未抑制組的平均變色時(shí)間比呼吸抑制組短，5 min 時(shí)的平均變色比例比呼吸抑制組大，圖4亦能非常直觀(guān)地顯示呼吸未抑制組的洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞中的液泡變色比例明顯大于呼吸抑制組，該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能在課堂上給予學(xué)生比較明顯的視覺(jué)沖擊。

表1 呼吸抑制處理與否的細(xì)胞變色時(shí)間及變色細(xì)胞比例

圖4 5 min 時(shí)不同組別的紫色洋蔥鱗片葉外表皮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

綜上所述，該實(shí)驗(yàn)?zāi)茉谳^短的時(shí)間內(nèi)反映呼吸抑制處理會(huì)抑制鉬酸鈉通過(guò)洋蔥外表皮的跨膜運(yùn)輸。結(jié)合細(xì)胞呼吸的知識(shí)，可得出鉬酸鈉通過(guò)洋蔥外表皮的跨膜運(yùn)輸需要細(xì)胞呼吸提供能量這一結(jié)論。

5 展望

洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞含有大量花青素，可作為天然酸堿指示劑，鉬酸鈉屬于強(qiáng)堿弱酸鹽，鉬酸鈉的跨膜運(yùn)輸可改變液泡內(nèi)的pH 值。保鮮膜的包被制造了隔絕氧氣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及圖像的直觀(guān)比較，均能較好地說(shuō)明鉬酸鈉跨膜運(yùn)輸需要能量的事實(shí)，該實(shí)驗(yàn)?zāi)軐?duì)主動(dòng)運(yùn)輸這部分內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)空缺進(jìn)行補(bǔ)充，加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的理解。且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行，能在較短的時(shí)間內(nèi)出結(jié)果，儀器設(shè)備條件的要求較低，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)還能對(duì)之前所學(xué)的質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的相關(guān)操作進(jìn)行鞏固、加深記憶，非常適合在中學(xué)推廣。