利用中性红观察黑藻活细胞的物质进出*

孙 娟 尹思源 柳忠烈

（1 北京市第五十七中学 北京 100038 2 首都师范大学附属回龙观育新学校 北京 102208 3 北京市海淀区教师进修学校 北京 100195）

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》指出：“生物学课程要求学生主动地参与学习，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中习得生物学知识，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习及创新实践能力”。生物学课程应“高度关注学生学习过程中的实践经历，强调学生学习的过程是主动参与的过程，让学生积极参与动手和动脑的活动，通过探究性学习活动或完成工程学任务，加深对生物学概念的理解，提升应用知识的能力，培养创新精神，进而能用科学的观点、知识、思路和方法，探讨或解决现实生活中的某些问题”。基于课程标准的教学应当更关注创设真实的问题情境，创设学生动手实践活动空间。

高中教材实验中，通常利用洋葱表皮细胞观察植物细胞的质壁分离和复原［1］。依据洋葱紫色表皮细胞颜色变深的现象，在显微镜下可明显观察到植物细胞在高浓度蔗糖溶液中发生了质壁分离。但用清水促使植物细胞发生质壁分离复原时，只能看到紫色的范围逐渐恢复，却无法看到外界有物质进入细胞。如何让学生进一步探究，从而深刻体会“活细胞”才具有控制物质进出的功能？

笔者尝试选用黑藻作为实验材料［2-3］，在观察活细胞胞质环流的同时，观察细胞质壁分离现象。之后，利用活细胞染料中性红，可观察植物细胞发生质壁分离复原时，与外界环境发生了物质交换。以中性红进入细胞作为指示，有利于将“活细胞”能控制“物质进出”这一抽象问题直观化，以更好的形式呈现知识。

1 实验原理

质壁分离与复原现象是由渗透作用导致的。当植物细胞的细胞液浓度比外界溶液浓度低时，液泡中的水分就会透过原生质层进入外界溶液，由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁逐渐分离，出现质壁分离现象；当细胞液的浓度比外界溶液的浓度高时，外界溶液中的水分就透过原生质层进入液泡中，促使原生质层恢复成原来的状态，出现质壁分离复原现象。

中性红是一种常见的细胞活体染料，在水中的溶解度约为4.0%，其水溶液呈红色。植物活细胞能吸收中性红并向液泡中排泌，使液泡呈现出红色，而原生质和细胞壁一般不着色。死细胞的细胞液无法维持在液泡内，因此，使用中性红染色后，死细胞不产生着色现象。

2 材料和器具

实验材料：新鲜黑藻、0.1%中性红水溶液（避光保存）、15%的蔗糖溶液等。

实验器具：光学显微镜、镊子、烧杯、滴管、载玻片、盖玻片等。

3 实验过程

3.1 黑藻细胞的质壁分离 将幼嫩的黑藻叶片制成临时装片，按照人教版必修1《分子与细胞》中介绍的方法，利用浓度为15%的蔗糖溶液对黑藻叶片进行质壁分离实验，并利用显微镜拍摄质壁分离的完整过程。

3.2 利用中性红观察质壁分离复原中的物质交换 0.1%中性红溶液的浓度低于黑藻叶片细胞的细胞液浓度，因此，该浓度下的细胞能发生质壁分离复原，同时中性红也可顺利进入细胞，将细胞染色。在显微镜下拍摄质壁分离复原的完整过程，观察黑藻细胞质壁分离复原过程和染色结果。

4 结果与讨论

按照实验步骤完成黑藻细胞的质壁分离实验和质壁分离复原实验。质壁分离前，叶绿体均匀分布在细胞质基质中（图1左，本文附图见封四）；质壁分离过程中，叶绿体逐渐地聚集到一起（图1中），胞质环流速率下降；质壁分离复原过程中，胞质环流速率逐渐增大，且可观察到细胞逐渐变成了红色，说明中性红进入了细胞（图1右），从而更加明显地展示了，在质壁分离复原过程中，细胞和外界发生了物质交换。由实验结果可知，黑藻细胞在质壁分离与复原过程中，全程都维持着胞质环流现象，因此可知细胞一直处于活性状态；质壁分离复原过程中，活细胞染料中性红对细胞染色的结果证明了此观点。

质壁分离复原过程中，细胞会吸收外界的水分等物质，使得原生质体的形态和胞质环流都恢复至最初状态，以中性红作为指示剂，可明显观察到物质进入细胞，操作简单，现象明显。

在教学过程中，可向学生介绍中性红染料染色的基本原理，创设“如何利用中性红染料验证活细胞才能发生质壁分离及复原现象”这一问题情境，引导学生进行动手实践、探索，从而促进学生的学科核心素养发展。

5 结论

本文通过实验证实，植物细胞在进行质壁分离和复原时始终保持活性状态，且复原时会将周围环境中的物质吸入细胞中。利用中性红对黑藻细胞染色，在观察质壁分离复原现象的过程中，更直观地展示细胞从外界吸收了物质。同时，改进的实验还强化了只有活细胞才能进行质壁分离及质壁分离复原的基本原理，有助于促进学生加深对知识的理解，提升学生的学科素养。