《探究植物细胞的吸水和失水》实验

潘丽君

生物学是一门以实验为基础的自然学科，生物学实验是学生获取生物知识的最有效手段之一，因此对于学生的实验操作则有一定的要求。《探究植物细胞的吸水和失水》属新课标人教版必修1第四章第一节的内容，在课本61页，它在教材中具有承上启下的作用，既与第三章“细胞膜的结构功能”有一定的联系，同时又为学生理解物质跨膜运输的特点和后面两节的学习起到铺垫作用。该实验是高中生物课程的第一个探究实验，第一次将科学探究独立提出，也是高考考纲中的一个重要考点。学生在尝试提出问题、作出假设、设计实验等教学环节里体验科学探究的一般过程，掌握科学探究的思维方法，从而为完成后面各章节的探究活动打下基础。

本人根据教材实验要求进行了实验，发现实验效果不是很理想，主要问题有，洋葱鳞片叶外表皮不易撕取，很难撕取到单层的细胞，细胞重叠，影响观察；实验试剂蔗糖溶液浓度高时黏性比较高，如果在实验过程中沾到物镜上，不易擦拭。虽然本实验课本定义为探究性实验，但是实验原理学生已经很清楚，所以整个探究过程实质是以验证实验进行的。故本人根据实验出现的缺陷对本实验进行了改进。

一、实验材料的选择

在高考中，学生在实验试题的得分率均比较低，事实上与我们实验教学有关，《探究植物细胞的吸水和失水》实验教材中用到的实验材料是洋葱，每年学生做该实验也是提供洋葱做，但是近几年高考题中涉及到该实验时，实验材料已经不再是紫色洋葱鳞片叶外表皮了，比如2014年全国卷Ⅰ选择题第4题关于植物质壁分离的叙述，选项里面除了有紫色洋葱鳞片叶外表皮外，还出现了黑藻，和白色花瓣、红色花瓣。因此，对本实验的材料选择进行改进已经是时代要求。

紫色洋葱呈紫色的部分仅仅是鱗片叶的外表皮，并且仅有几层，学生在操作过程中比较浪费，另外洋葱鳞片叶外表皮不易撕取，很难撕取到单层的细胞，细胞重叠，影响观察。因此在此基础上，我做了以下改进。

一是考虑用紫色洋葱鳞片叶内表皮，内表皮易于撕取，虽然液泡中无紫色，但是可以用添加了红墨水的实验试剂来进行实验 [1]。

二是增加实验材料，不仅仅只用洋葱鳞片叶，在此基础上还增加了黑藻和水绵。黑藻和水绵是高中实验教学中常见的实验材料，同时也是高考实验题中高频考点。虽然黑藻叶细胞没有紫色液泡，但并不影响观察质壁分离及质壁分离复原现象，因为其细胞质充满叶绿体，除了液泡外，几乎整个细胞就是绿色的，因此，也能够与外界无色溶液形成对比，分散的叶绿体被挤压在一起，非常容易观察到质壁分离及质壁分离复原现象，同时可以观察到液泡体积的变化，只是无法观察液泡颜色变化。水绵也是高中生物实验一个主要的材料，教材中对水绵的应用只有恩格尔曼探究光合作用场所时用到，在该实验中用水绵做实验，体现了实验的创新性。水绵细胞是单列细胞，可直接制作装片，制作简单，效果显著。水绵细胞质基质中含有大量叶绿体，几乎整个细胞就是绿色的，因此，和黑藻细胞一样，非常容易观察到质壁分离及质壁分离复原现象。

二、实验试剂的改进

根据教材中用到0.3g/ml蔗糖溶液进行实验，细胞发生质壁分离和复原时间过长，一节课时间学生观察时间有限，不能起到很好的观察效果，并且还会因为学生操作过程中操作不当，容易将蔗糖溶液洒在载物台上，粘稠的蔗糖溶液不易擦拭干净。因此在实验试剂的选择上要遵循质壁分离和复原时间短的原理，同时操作也要简单易进行。通过查阅文献，发现用NaCl溶液[3]代替蔗糖溶液有较好的效果。配置浓度2%-5%的NaCl溶液细胞发生质壁分离和复原的效果优于30%蔗糖溶液发生质壁分离的效果，其中3%的NaCl溶液效果最好。另外，即使有少量NaCl溶液不慎洒在载物台上或者粘在物镜上，直接用吸水纸擦干即可，对显微镜不会造成影响

对于用无色的洋葱鳞片叶内表皮进行实验，不便观察，故将配置的NaCl溶液中滴加红墨水。通过洋葱鳞片叶内表皮实验，让学生观察色素能否进入细胞，感受细胞膜控制物质进出的功能，并能直观地体现选择透过性这一特点。 用加入红墨水的NaCl溶液作试剂（红墨水和NaCl溶液的比例是1∶3）进行实验，颜色对比鲜明。当发生质壁分离时可以观察到无色液泡的体积呈不同程度的缩小，但始终是无色的，也就说明红色溶液进入细胞壁但不能进入原生质层，从而证明细胞壁具有全透性，而原生质层具有选择透过性。

教材中提供蔗糖溶液和清水作为试剂进行实验，先滴加蔗糖溶液让植物细胞发生质壁分离，之后再滴加清水，让植物细胞质壁分离复原，可以考虑配置一定浓度的KNo3溶液来进行质壁分离和自动复原的实验。KNo3溶液可以被植物细胞吸收发生质壁分离复原，从而省却清水步骤，操作方便，用时较短。KNo3溶液的最适分离浓度为0.10g/mol，此浓度下植物细胞质壁分离时间较短，同时自动复原时间也较短。但是用KNo3溶液做实验试剂时间则比较难控制，要求学生要连续观察，对学生实验操作能力要求比较高。

上述的实验材料和实验试剂的改进，不仅可以节约观察时间，又可以实验质量，大大提高了生物实验课堂的效率。另外，在该节实验课中，一个学生不可能完成全部的实验操作，因此可以分组进行，通过不同实验材料和实验试剂的对比，可以扩大学生的研究范围，通过改进实验，学生已经初步具有了设计并进行相关实验的能力。在实验中，学生们通过直接观察色素不能进入细胞，深刻感受到了细胞膜的控制物质进出的功能，为后续的物质跨膜运输的学习打下了坚实的基础。同时通过自己设计并进行实验，大大提升了学生设计实验以及实验操作的能力。

在本节实验课中，学生自己动手，自己选材，自己设计实验，对学生生物科学素养及实验操作能力都有很大提升，真正做到了探究实验中的探究。同时改进后的实验与教材有出入，无章可循，学生必须自己探究实验过程，在此过程中发现问题解决问题，这些对学生都是一个学习的过程，同时也是提高生物学实验操作能力的过程。