由一道高考题引发的对质壁分离实验材料选择的思考

付小沫 邓过房

(广东省中山纪念中学 528400)

1 一道高考题引发的思考

例题 (2014年全国高考题)下列关于植物细胞质壁分离实验的叙述，错误的是 (B)

A. 与白色花瓣相比，采用红色花瓣有利于实验现象的观察

B. 用黑藻叶片进行实验时，叶绿体的存在会干扰实验现象的观察

C. 用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度可能不同

D. 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中有色素，有利于实验现象的观察

植物细胞质壁分离与复原实验是高中生物学教学中非常经典的基础实验，其实验原理是植物细胞发生渗透作用。渗透作用的产生必须具备2个条件：一是具有一层半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。成熟植物细胞的原生质层相当于半透膜，当原生质层内侧细胞液的浓度小于外侧外界溶液浓度时，渗透失水，就会发生质壁分离；当原生质层内侧细胞液浓度大于外侧外界溶液浓度时，渗透吸水，可发生质壁分离复原。教材中给的实验材料是紫色的洋葱，选用紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞和质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。当紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞渗透失水时，会明显地观察到原生质层慢慢地和细胞壁分离，液泡在变小，液泡中的紫色在慢慢加深。一般来说，植物细胞中央液泡的色泽越鲜明，所观察到的质壁分离现象越明显。因此，目前各版本高中生物学教材中质壁分离实验的选材几乎都是紫色洋葱鳞片叶外表皮。

基于以上分析，此题中A、D两选项正确。洋葱鳞片叶外表皮不同部位细胞的细胞液浓度可能有差异，因此不同部位观察到的质壁分离程度可能不同，C正确。B项中所提到的黑藻是质壁分离实验中不曾提到的实验材料，但在教材的叶绿体观察实验中是作为实验材料之一，学生们在显微镜下已经观察过。其细胞液是无色的，原生质层中含有绿色的叶绿体。此高考题给的答案是B选项，即黑藻叶片中叶绿体的存在不会干扰实验现象的观察。这就给我们指明了探究的问题和方向：质壁分离的实验中为了看到比较明显的实验现象，其选材原则是什么？为什么黑藻叶片中叶绿体的存在不会干扰实验现象的观察？

2 质壁分离实验的选材原则及黑藻叶片适用性分析

生物科学是一门自然科学，是以实验为基础的学科，在每一个实验的过程中，从实验意念的产生到实验方案的设计、材料选择，从实验结果的分析到实验报告的完成，每一步都有思维活动，每一步都是理性思维的结果，所以实验设计、实验分析有利于把学生带入发现问题的情景，使学生在分析问题和解决问题中锻炼、提升其科学探究能力及理性思维素养。

对于前文中提出的两个问题，其核心问题是质壁分离实验的选材原则。结合质壁分离实验的原理，笔者认为，为保障实验成功，同时观察到比较明显的实验现象，选择具有以下特点的植物材料能取得较好的实验效果：①必须是活细胞组织；②必须是成熟植物细胞，具有中央大液泡；③植物组织要易于撕取，以便获得单层细胞；④所选材料在显微镜下要容易区分原生质层(体)和细胞壁。因此，高中教材中一般选用紫色洋葱鳞片叶外表皮，其液泡具有色泽鲜艳的天然色素，这样可清楚观察到有颜色的液泡大小的变化。

黑藻叶片可以作为观察质壁分离的实验材料，原因有三：①黑藻的叶片很薄，制片容易；②细胞中有大液泡，能发生质壁分离现象；③在显微镜下容易区分黑藻的原生质层和细胞壁。黑藻细胞中叶绿体分布在细胞质中使其呈现绿色，细胞的液泡中不含色素，没有颜色。因此，有色的原生质层能够与外界无色溶液及内侧液泡中的无色细胞液形成对比，非常容易观察到质壁分离现象，同时可以观察到液泡体积的变化。因此最佳材料是细胞液中含有可溶性色素或原生质层中含有色物质。若细胞液和原生质层均无色，还可在外界溶液中添加大分子染料，如加入红墨水或蓝墨水等，创造颜色反差。

3 总结

综合以上分析，此高考题旨在考查学生进行实验时对材料选择原则的理解。习惯思维是利用液泡中色素的颜色作为参照，观察质壁分离。

此题打破常规思维，以叶绿体作为参照来观察和判断，较为新颖。此题直观上来看，是在考察学生对于实验材料选择原理的理解，实则是在考察学生的理性思维、科学探究能力，检测学生的生物学核心素养水平。