由一道高考題引發(fā)的對質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)材料選擇的思考

付小沫 鄧過房

(廣東省中山紀(jì)念中學(xué) 528400)

1 一道高考題引發(fā)的思考

例題 (2014年全國高考題)下列關(guān)于植物細(xì)胞質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的敘述，錯誤的是 (B)

A. 與白色花瓣相比，采用紅色花瓣有利于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察

B. 用黑藻葉片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，葉綠體的存在會干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察

C. 用紫色洋蔥鱗片葉外表皮不同部位觀察到的質(zhì)壁分離程度可能不同

D. 紫色洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞的液泡中有色素，有利于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察

植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原實(shí)驗(yàn)是高中生物學(xué)教學(xué)中非常經(jīng)典的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)原理是植物細(xì)胞發(fā)生滲透作用。滲透作用的產(chǎn)生必須具備2個條件：一是具有一層半透膜，二是半透膜兩側(cè)的溶液具有濃度差。成熟植物細(xì)胞的原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜，當(dāng)原生質(zhì)層內(nèi)側(cè)細(xì)胞液的濃度小于外側(cè)外界溶液濃度時，滲透失水，就會發(fā)生質(zhì)壁分離；當(dāng)原生質(zhì)層內(nèi)側(cè)細(xì)胞液濃度大于外側(cè)外界溶液濃度時，滲透吸水，可發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。教材中給的實(shí)驗(yàn)材料是紫色的洋蔥，選用紫色的洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞和質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液。當(dāng)紫色洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞滲透失水時，會明顯地觀察到原生質(zhì)層慢慢地和細(xì)胞壁分離，液泡在變小，液泡中的紫色在慢慢加深。一般來說，植物細(xì)胞中央液泡的色澤越鮮明，所觀察到的質(zhì)壁分離現(xiàn)象越明顯。因此，目前各版本高中生物學(xué)教材中質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的選材幾乎都是紫色洋蔥鱗片葉外表皮。

基于以上分析，此題中A、D兩選項(xiàng)正確。洋蔥鱗片葉外表皮不同部位細(xì)胞的細(xì)胞液濃度可能有差異，因此不同部位觀察到的質(zhì)壁分離程度可能不同，C正確。B項(xiàng)中所提到的黑藻是質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)中不曾提到的實(shí)驗(yàn)材料，但在教材的葉綠體觀察實(shí)驗(yàn)中是作為實(shí)驗(yàn)材料之一，學(xué)生們在顯微鏡下已經(jīng)觀察過。其細(xì)胞液是無色的，原生質(zhì)層中含有綠色的葉綠體。此高考題給的答案是B選項(xiàng)，即黑藻葉片中葉綠體的存在不會干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。這就給我們指明了探究的問題和方向：質(zhì)壁分離的實(shí)驗(yàn)中為了看到比較明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，其選材原則是什么？為什么黑藻葉片中葉綠體的存在不會干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察？

2 質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的選材原則及黑藻葉片適用性分析

生物科學(xué)是一門自然科學(xué)，是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在每一個實(shí)驗(yàn)的過程中，從實(shí)驗(yàn)意念的產(chǎn)生到實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、材料選擇，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析到實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成，每一步都有思維活動，每一步都是理性思維的結(jié)果，所以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)分析有利于把學(xué)生帶入發(fā)現(xiàn)問題的情景，使學(xué)生在分析問題和解決問題中鍛煉、提升其科學(xué)探究能力及理性思維素養(yǎng)。

對于前文中提出的兩個問題，其核心問題是質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的選材原則。結(jié)合質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的原理，筆者認(rèn)為，為保障實(shí)驗(yàn)成功，同時觀察到比較明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，選擇具有以下特點(diǎn)的植物材料能取得較好的實(shí)驗(yàn)效果：①必須是活細(xì)胞組織；②必須是成熟植物細(xì)胞，具有中央大液泡；③植物組織要易于撕取，以便獲得單層細(xì)胞；④所選材料在顯微鏡下要容易區(qū)分原生質(zhì)層(體)和細(xì)胞壁。因此，高中教材中一般選用紫色洋蔥鱗片葉外表皮，其液泡具有色澤鮮艷的天然色素，這樣可清楚觀察到有顏色的液泡大小的變化。

黑藻葉片可以作為觀察質(zhì)壁分離的實(shí)驗(yàn)材料，原因有三：①黑藻的葉片很薄，制片容易；②細(xì)胞中有大液泡，能發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象；③在顯微鏡下容易區(qū)分黑藻的原生質(zhì)層和細(xì)胞壁。黑藻細(xì)胞中葉綠體分布在細(xì)胞質(zhì)中使其呈現(xiàn)綠色，細(xì)胞的液泡中不含色素，沒有顏色。因此，有色的原生質(zhì)層能夠與外界無色溶液及內(nèi)側(cè)液泡中的無色細(xì)胞液形成對比，非常容易觀察到質(zhì)壁分離現(xiàn)象，同時可以觀察到液泡體積的變化。因此最佳材料是細(xì)胞液中含有可溶性色素或原生質(zhì)層中含有色物質(zhì)。若細(xì)胞液和原生質(zhì)層均無色，還可在外界溶液中添加大分子染料，如加入紅墨水或藍(lán)墨水等，創(chuàng)造顏色反差。

3 總結(jié)

綜合以上分析，此高考題旨在考查學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時對材料選擇原則的理解。習(xí)慣思維是利用液泡中色素的顏色作為參照，觀察質(zhì)壁分離。

此題打破常規(guī)思維，以葉綠體作為參照來觀察和判斷，較為新穎。此題直觀上來看，是在考察學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)材料選擇原理的理解，實(shí)則是在考察學(xué)生的理性思維、科學(xué)探究能力，檢測學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)水平。