“植物细胞吸水和失水”实验的探究

　　“植物细胞吸水和失水”实验是人教版高中生物教材第四章第1节“物质跨膜运输的实例”中的探究实验[1]，是在初中科学“根对水分吸收”的基础上的延伸，是对高中生物“细胞中的无机物”的深化，是通过细胞的质壁分离和质壁分离复原实验对渗透作用原理的强化，也是对物质跨膜运输方式这部分内容的升华。同时，它还是高中阶段的第一个探究实验[2]，通过该实验有利于学生掌握科学探究的一般步骤，从而为后面的学习打下基础[3]。

　　一、探究过程

　　教材和一些文献以及很多命题者认为应该选择液泡有颜色的细胞作为实验材料[4]，如紫色洋葱的鳞片叶外表皮细胞，那么是不是液泡没有颜色的细胞就不能用于该实验呢？除紫色洋葱外其他有颜色的植物材料可以吗？采用蔗糖溶液作为实验试剂，使细胞发生吸水和失水的最佳浓度是多少？为此，笔者在教学过程中引导学生围绕这些问题对实验作了探究，以期培养学生的创造性思维和生物学素养。

　　（一）探究1：能否采用洋葱鳞片叶内表皮细胞作为实验材料

　　（1）材料。洋葱、刀片、镊子、载玻片、盖玻片、吸水纸、显微镜、质量浓度约为0.3 g/mL的蔗糖溶液（滴加3滴红墨水），清水。

　　（2）步骤。①制备洋葱内表皮临时装片。②在低倍显微镜下观察洋葱内表皮细胞。③在盖玻片的一侧滴加蔗糖红墨水溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引，重复几次，使洋葱内表皮细胞浸润在蔗糖红墨水溶液中。④约10min后，用显微镜观察。⑤在盖玻片的一侧滴入清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。重复几次，使洋葱内表皮细胞浸润在清水中。⑥用显微镜观察内表皮细胞是否发生质壁分离复原。

　　（二）探究2：能否采用其他有颜色的植物细胞作为实验材料

　　根据紫色洋葱材料的特点，用金边黄杨、小叶女贞、吊竹梅、紫背万年青、马齿苋、鸭趾草、底部外表皮是紫色的大蒜苗、黑藻叶等植物表皮细胞作为材料。

　　实验操作按教材上的步骤进行，分别观察植物失水和吸水的情况。

　　（三）探究3：采用蔗糖溶液作为实验试剂的最佳浓度

　　分别配制如表1所示的不同浓度的蔗糖溶液，然后分别处理洋葱鳞片叶的外表皮细胞，其他步骤相同。

　　

　　二、结果分析

　　探究1打破常规，采用反其道而行之的方法：选用洋葱内表皮细胞作为实验材料，在滴加质量浓度约为0.3g/mL的蔗糖红墨水溶液后，液泡体积逐渐开始缩小，原生质层与细胞壁角隅处慢慢分开并发生质壁分离（图1）；当滴加清水时，液泡体积逐渐增大，原生质层与细胞壁之间的红色溶液慢慢消失并发生质壁分离复原；在实验过程中液泡始终是无色的，说明蔗糖红墨水能进入细胞壁但不能进入原生质层，因此可以证明原生质层具有选择透过性。同时说明可以用无色的洋葱内表皮细胞作为观察植物细胞吸水和失水的实验材料，且观察效果不逊于使用外表皮细胞。另外，撕去内表皮细胞比外表皮细胞要容易，更易于学生操作。

　　

　　探究2通过多次实验发现，吊竹梅、马齿苋、苔藓叶、鸭趾草、底部外表皮是紫色的大蒜苗、苔藓叶、黑藻叶等植物的表皮细胞，都可用作观察质壁分离与复原的材料，且效果较好，个别实验结果如图2、图3所示。

　　

　　探究3结果：一是当蔗糖浓度为0.1g/mL时，洋葱鳞片叶外表皮细胞不能发生质壁分离。二是当蔗糖浓度为0.2g/mL时，逐渐开始发生质壁分离，但主要集中在角隅处，滴加清水时复原较慢。三是当蔗糖浓度为0.3 g/mL时，质壁分离明显，且能较快复原。四是当蔗糖浓度为0.4g/mL时，质壁分离较快，在滴加清水后，有一部分细胞不能复原。五是当蔗糖浓度为0.5 g/mL时，质壁分离很快，很多细胞的细胞壁与原生质层已完全分离，当再滴加清水时，不能复原。通过该实验同时可证明，很多资料上选择0.3 g/mL浓度蔗糖溶液作为实验试剂的原因和植物细胞发生质壁分离后的图像不一定像教材上的图片那样有规则。

　　三、实验反思

　　该探究实验严格遵循教材理论，但又不拘泥于教材，在原教材的基础上增加了对洋葱鳞片叶内表皮细胞作为实验材料的可行性、实验试剂的浓度的探究，增强了实验的探究性。尊重学生的自主选择，通过自愿的原则自行选择实验材料，展开实验探究，实验结束时让学生汇报实验结果，展开组内和组间交流，在相互讨论、质疑和辩护过程中，既培养了学生的语言表达能力，又培养了学生实事求是、学会分享研究成果的精神。重视学生思维能力的培养，引领学生充分进行探究，因为这是必修课中的第一个探究实验，学生在如何提出问题、作出假设和设计实验等环节上还存在很多问题，所以通过该实验有利于激发学生学习生物的兴趣，培养探究精神，提高设计实验的能力、思维能力及创新能力。