基于水绵进行质壁分离实验创新教学

王爱东

摘 要 植物细胞的质壁分离及复原在生物教学和实践中均有重要意义，实验证明水绵细胞可以快速且反复多次质壁分离及质壁分离复原。以水绵为实验材料，可使学生在实验课堂上，轻松完成质壁分离的探究实验，使学生充分认识和理解植物细胞吸水和失水现象，并主动获得新知。

关键词 水绵 质壁分离 质壁分离复原 创新教学

1 问题的提出

质壁分离和复原实验是人教版高中生物学《必修1·分子与细胞》教科书中的探究实验之一。教科书推荐利用新鲜洋葱鳞片叶外表皮开展相关实验教学：洋葱鳞片叶外表皮细胞容易被剥离而制成临时装片，细胞较大且细胞液中富含色素，在显微镜下易观察;在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中很容易发生质壁分离，而清水又可使质壁分离得到复原。

实际教学中利用洋葱鳞片叶外表皮细胞观察质壁分离及复原的基本上都能成功，但是利用其开展质壁分离和复原的应用探宄时，效果不太理想，原因可能有：①学生取材时易将表皮撕破。②细胞质壁分离速度慢，在质量浓度为0.30 g/mL的蔗糖溶液处理15 min后，仍然有部分细胞未出现质壁分离。③工作量大，部分教师在开展质壁分离相关探究实验时，均是通过拍照、计数，然后计算质壁分离的细胞的百分比来说明问题，且只适合带领少数学生开展此类探究，不适合普及。可能是由于洋葱鳞片叶表皮细胞往往都是成片的，周围的细胞容易与蔗糖溶液充分接触，失水较快，最先发生质壁分离;而内部的细胞后接触蔗糖溶液，且不充分，失水较慢，质壁分离的速度也慢。

2 筛选新材料改进实验教学

针对利用洋葱表皮细胞开展质壁分离实验教学的诸多问题，笔者一直尝试寻找新的实验材料替代之。选取新材料时，要考虑以下方面：①这种材料学生熟悉;②容易获取;③利用普通的光学显微镜易观察;④植物体由单列细胞组成，方便与外界溶液充分接触，细胞质壁分离速度可能会加快;⑤最好能反复质壁分离，便于实验结果纵向对比。综合上述因素，丝状藻类——水绵被纳入视野。水绵基本上都能满足前两个条件，后三个条件有待验证。

3 可行性验证

3.1 水绵的采集和预培养

本实验的水绵采自北京师范大学珠海校区的池塘，采回的水绵先用清水清洗几遍，放在清水中预培养一天，然后用于实验。

3.2 实验过程

①配制质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。②制片观察：随机挑取水绵制作临时装片，用小号长尾票夹夹住载玻片和盖玻片（适合在载物台中间有缺口的显微镜下观察），可保持材料、视野、装片不移动。用显微镜选择理想的视野，观察细胞、以及原生质层的位置，并拍照。③引流观察：在盖玻片一侧滴加3或4滴质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用滤纸条进行引流，当实验现象稳定后拍照。用纸巾吸去多余的蔗糖溶液，再在盖玻片一侧滴加3或4滴清水，在另一侧进行引流，质壁分离复原后拍照。

3.3 实验结果与分析

观察结果显示，水绵中有带状叶绿体，在显微镜下（400X）清晰可见，有助于观察质壁分离现象。用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液处理时，水绵细胞在1 min内即出现质壁分离现象，质壁分离复原同样迅速;而且一个细胞可以多次反复质壁分离和复原。这一特点为开展质壁分离的应用探究提供了便利。

4 实验教学过程

实验教学时，教师首先要求每位学生利用水绵进行一次质壁分离及复原的实验，使学生熟悉实验基本操作，了解和认识水绵细胞质壁分离及复原的特性。然后采用分组探究、结果分享的模式，开展探究教学：将班级学生分成几个小组，每个小组分配一个质壁分离应用探究的问题，每位组员配发一份相应主题的实验探究学案。探究结束后，学生分享结果、交流经验、提高认识。以“测定水绵细胞液浓度范围”为例。

提出问题：如何利用“质壁分离”来测定细胞液的浓度范围？

做出假设：用一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别处理水绵细胞，水绵细胞的细胞液浓度位于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖浓度范围之间。

设计实验：①分别配制质量浓度为0.10、0.20、0.30、0.40 g/mL的蔗糖溶液;②挑取水绵制作临时装片，用小号长尾票夹夹住载玻片和盖玻片，选取合适的、固定的视野，观察拍照;③在盖玻片一侧滴加质量浓度为0.10 g/mL的蔗糖溶液，待实验结果稳定后，拍照，滴加清水使细胞质壁分离复原，然后依次利用更高浓度梯度的蔗糖溶液，重复上述实验。

实验结果与结论：利用质量浓度为0.10 g/mL的蔗糖溶液处理绿色水绵时，细胞未发生的质壁分离现象。当利用0.20 g/mL的的蔗糖溶液处理时，水绵细胞发生明显质壁分离现象。据此得出结论：水绵细胞的细胞液浓度位于0.10 - 0.20 g/mL蔗糖浓度范围之间。

根据上述结果可知，若要准确判断水绵细胞液浓度范围，需配制更低浓度梯度的蔗糖溶液进一步探究。课后，学生继续探究测得水绵细胞的细胞液浓度位于0.15 - 0.175 g/mL蔗糖浓度范围之间。

在实验过程中，教师收集理想的实验数据，然后利用一定的课堂时间，对每个小组探究的问题予以分析、分享和交流。

5 教学效果及反思

通过实验表明，在进行质壁分离实验时，洋葱鳞片叶表皮细胞所具有的优点，水绵细胞均具备。但水绵细胞质壁分离和复原的速度更快，而且可以反复多次质壁分离及复原，这一优点洋葱鳞片叶外表皮细胞不具备。另外得益于特殊的制片方法，可使水绵细胞始终固定在视野范围之内，实验处理后，可以将结果縱向对比，更直观。

熟练的情况下，在一节课内，每位学生利用水绵可轻松开展1或2个质壁分离应用的探究实验，使原本只能由教师“讲”、学生机械式被动式“受”的问题，得以亲自实践。通过上述系列探究性学习，学生不但可以加深对细胞吸水和失水的认知，灵活运用质壁分离，同时也获得了新知。

参考文献：

[l]周金成，陈维.洋葱质壁分离和复原实验条件的探究[J].生物学教学，2017，42（12）：27.

[2]李可馨，曹宝轩，和渊.探究质壁分离法测定植物表皮细胞液浓度范围的实验[J].生物学通报，2016，51（4）：52.