探究几种常见半透膜中渗透作用效果最好的半透膜

张 慧 （高平一中实验学校 山西高平 048400）

0 引言

人教版2004年高中生物学必修1《分子与细胞》第4 章“细胞的物质输入和输出”第1 节“物质跨膜运输的实例”资料分析中利用玻璃纸做的渗透实验介绍较含糊：1）该实验只证明水分子可以通过半透膜，但没有证明大分子物质不能通过半透膜；2）长颈漏斗口径较小，部分滤膜渗透作用现象不明显；3）由于蔗糖溶液无色，导致水柱液面的上升难以观察；4）装置中的长颈漏斗是倒立的，通过漏斗颈向装置内加入溶液也非常困难；5）该实验仅使用了玻璃纸作为半透膜，学生不清楚究竟哪种半透膜效果更好。 通过学习本探究实验制备多种半透膜材料的操作过程，培养学生动手能力、合作精神和探索意识；通过复杂的多组实验操作培养学生单一变量原则和解释实验现象的能力，并达到使学生能够对渗透作用发生的原理深刻理解的教学目的。

1 实验过程

1.1 实验原理和设计思路 实验原理：渗透作用是指水或其他溶剂分子通过半透膜的一种扩散，这时溶质不能透过半透膜。 渗透作用的产生必须满足2 个基本条件：一是具有半透膜，二是膜的两侧具有浓度差。为了明显地观察到渗透现象，长颈漏斗的颈必须很细，而半透膜扎口端的口径要大一些。本实验中因自变量为半透膜的种类，其中蚕豆皮的面积最小，因此根据实验需要选取了玻璃滴管或塑料滴管倒置代替了教材实验中的倒置长颈漏斗。半透膜和滴管用棉线扎口，因棉线可以吸水膨胀是扎口更紧密。

实验设计思路： 利用多种半透膜材料作为单一变量做渗透实验，通过对比渗透现象的结果得出哪种半透膜渗透作用效果最好的结论。 实验过程中对实验装置进行改装，使实验条件更加符合实验要求，实验结果更加客观。

2.2 实验材料用具 猪膀胱、鸡蛋、猪小肠、鱼鳔、蚕豆、滤膜、梧桐树叶、36%乙酸、清水、蔗糖、镊子、药品勺、三脚架、酒精灯、玻璃滴管、塑料滴管、烧杯、玻璃棒、2.5 mL 注射器、棉线、试管夹和铁架台等。

2.3 半透膜获得过程

2.3.1 卵壳膜

方法1：鸡蛋卵壳膜选用新鲜较大的鸡蛋，在一端敲开一个小孔，使蛋清和蛋黄流出，反复清洗；将蛋壳浸泡在15%盐酸和95%酒精的混合溶液中，直至外壳全部被腐蚀掉；取出卵壳膜，放入清水中浸泡备用［1］，如图1。

方法2：制取卵壳膜外膜、内膜：将卵壳膜浸泡在清水中12 h 左右，浸泡过程要使用物体压着，否则卵壳膜漂浮在水而上。 水由气室进入2层膜之间,用水轻轻将两层膜分开，分开后的膜随后仍然浸泡在清水中备用。 同时保留没有分离卵壳膜备用［2］。

经过实验过程总结出：鸡蛋卵壳膜（双层）可以在一端敲开一个稍大洞，使蛋清和蛋黄流出，然后用手指小心从破口处向内撕，取得较大面积卵壳膜备用;获取鸡蛋卵壳膜内膜，可以在鸡蛋大头一端敲开一个直径1.5 cm 左右的孔，将碎蛋壳和卵壳膜外膜小心去掉，保证内膜没有破损，小头一段敲开一个直径3 cm 左右的孔，使蛋清和蛋黄流出，然后在水龙头下方从大头处缓缓进水，逐渐加大流速，内膜被冲出，即可获得，如图2～图4。

2.3.2 膀胱膜

方法1： 将新鲜猪膀肌置于质量分数为14%的Na2CO3溶液中，从而去除表层的油脂，增大表层的亲水性。 吹气使之体积达到原体积的25 倍，扎紧，置于背阴通风处使之风干。

方法2：将新鲜猪膀肌的外层（即浆膜层）进行剥离，敷在大烧杯上，同样放在通风处风干［1］，如图5～图6。

经过实验过程总结出： 将新鲜猪膀胱至于玻璃缸内，里外清洗干净，浸泡12 h，用手从尿道口对侧在水中进行小心剥离，可以得到完整的膀胱膜。 得到后吹气使之体积达到原体积的25 倍，扎紧，置于背阴通风处使之风干。

2.3.3 鱼鳔 鱼鳔膜以当地常见的卿鱼（或其他鱼）的鱼鳔作为半透膜。 鱼鳔分为2 室，一室为卵形，另一室为圆锥形，都可用于实验把鱼鳔从鱼腹中取出，去掉外侧白色的黏膜，用0.1 mol／L 的盐酸浸湿，再用清水浸泡30 min，然后在鱼鳔交接处剪开，放出气体，轻柔漂洗即可使用［1］。 平时可以将收集到的鱼鳔晒干保存，用时只需浸入清水中待其变软后即可用于实验。

本实验中的鱼鳔从鱼腹中取出后，去除外侧白色的黏膜，没有使用盐酸处理，而是直接用清水洗净晒干备用。

2.3.4 猪肠衣 猪肠衣干制品制作方法：

方法1：1）将新鲜猪小肠用剪子剪成66 cm 左右的节段，在清水中洗净内外表面。 2）把每段小肠外表面（即浆膜层）一侧肠系膜的残余组织纵向撕下来。 3）拿起一段小肠平放在平滑的木板上或桌面上，左手用力捏紧小肠一端，右手持一竹块或木尺块将边缘（平直的）顺着小肠另一端用力刮下浆膜以外的其他组织，直至整段小肠全部刮净为止。 4）刮好的小肠一端用线缚紧，另一端从肠腔插入一长玻璃管，捏紧肠口的肠衣和玻璃管，用口向玻璃管内不断吹气，使肠衣胀大，待气吹足后，另一端也用细线缚紧。 5）将制作好的肠衣，一端悬挂在室内通风的绳下，让其自然干燥。干燥后收下，保存备用［3］。

方法2：新鲜猪肠衣制作方法：将一段新鲜猪小肠从切口处开始，将最外层（浆膜）向下拉,便像脱袜子一样很容易地剥离下来，得到猪肠衣［4］，如图7。

2.3.5 蚕豆皮 取蚕豆种子，浸泡8 h，小心取下种皮备用。

2.3.6 梧桐树叶 取法国梧桐放在沸水中煮1 min，破坏植物叶片表皮中不易透水的角质层，用清水冲洗干净备用［1］。

经过实验过程总结出： 取法国梧桐放在沸水中煮的时间需要延长一些，煮至5 min 左右。

2.3.7 滤膜 实验药品商店购买。

2.4 渗透实验操作过程

1）实验时间为每天上午9∶00 开始。

2）各小组的半透膜不同，其他条件相同。每一组进行至少2 次重复实验，例如：A11为A1 第2次操作。

3）观察实验现象记录结果。

①实验条件为使用5 mL 加长塑料滴管，加入6.5 mL 饱和蔗糖溶液。

表1 玻璃管中一定时间液面上升的高度

分析：A1 和A11的实验结果说明A1 组猪膀胱膜为双层，A11组为猪膀胱膜的单层膜（在初次制取获得猪膀胱膜时，不够熟练，得到的膜没有悬空晾干，而是铺在桌子上晾干，可能有的区域是双层，有的区域是单层）；A3 和A31实验结果说明A3 组的鱼鳔没有扎紧或者已经破碎。 A4 和A41滤膜的实验结果说明滤膜对蔗糖溶液不具有半透性。 由于发现塑料滴管头部剪开一平整切口后太软不易扎紧的现象，所以只做了8 组实验，结果说明猪肠衣和猪肠衣的渗透作用效果最好，购买滤膜失败。

接下来的实验用不带胶头的玻璃滴管倒置代替教材实验中的长颈漏斗倒置。②实验条件为使用15 cm 长玻璃滴管，加入1.5 mL 饱和蔗糖溶液。

表2 玻璃管中一定时间液面上升的高度

表3 玻璃管中一定时间液面上升的高度

分析：第1，通过9 组数据分析得出鸡蛋卵壳膜的渗透作用最好，且鸡蛋卵壳膜的内膜作用更好，鸡蛋常见，容易获得，适合做学生课堂实验材料。 第2，通过A8 组的数据和其他组的数据对比可以得出滤膜对蔗糖溶液是全透的。 第3，通过各组24 h 的最终渗透结果，得出除了A8 组的滤膜对蔗糖溶液是全透外，其他膜都能体现半透膜现象。 第4，相同材料不同实验结果，说明在手工将膜扎到滴管上的过程中将膜弄破，或扎的不紧，使蔗糖溶液从滴管内流入烧杯，最终滴管中的液面没有上升。 第5，不同膜的渗透速率不同的原因是由于各种膜的组成不同和厚薄不同。 第6，通过不同滴管相同其他实验条件的渗透结果不同，得出选用大头滴管可以使实验效果更明显。

3 总结

3.1 实验结论 通过实验操作和数据分析得出鸡蛋卵壳膜的渗透作用最好，并且鸡蛋卵壳膜的内膜作用更好，鸡蛋易获得，适合做学生课堂实验材料；其次是猪膀胱膜，再次是猪肠衣，最后是鱼鳔，这3 种膜的获取方便程度鱼鳔最好，因此实验课上也推荐使用鱼鳔做渗透实验。

3.2 实验不足 因为取用半透膜种类较多，所以实验材料的获得过程太长，实验拖得太久；各组实验烧杯中清水的液面高度有一定的差异； 没有在烧杯中加一些染色剂，使结果观察效果下降；没有选择有刻度的滴管，使结果观察测量后易出现误差；塑料滴管选用不恰当，在使用过程中使半透膜不容易扎紧，从而导致部分小组实验失败。

4 拓展讨论问题

通过本实验使学生在动手实践过程中得到启迪，启发学生的探究意识和创新意识。将进一步把教材中的实验改编成探究课堂，培养学生长远的生物学科学素养。