洋蔥質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)條件的探究

周金成

(江蘇省無(wú)錫市玉祁高級(jí)中學(xué) 214183)

陳 維

(江蘇省無(wú)錫市西漳中學(xué) 214171)

1 研究背景

質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)是人教版高中生物學(xué)教材必修1《分子與細(xì)胞》中的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，也是高中生物重點(diǎn)考察的實(shí)驗(yàn)之一。在教學(xué)過(guò)程中，通常用質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)效果明顯。但該濃度下，實(shí)驗(yàn)操作用時(shí)較長(zhǎng)，留給學(xué)生實(shí)驗(yàn)后交流的時(shí)間比較短，不能對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種情況充分分析總結(jié)，無(wú)法達(dá)到課前預(yù)設(shè)的效果。因此，本文嘗試以洋蔥為材料，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)探索系列梯度濃度蔗糖溶液處理后細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原情況，以及確定適合教學(xué)實(shí)際需求的蔗糖溶液濃度和操作時(shí)間關(guān)系，確定適合教學(xué)實(shí)際需求的蔗糖溶液濃度，希望實(shí)驗(yàn)結(jié)果能為教學(xué)實(shí)踐提供參考。

2 材料與方法

2.1 材料 紫色洋蔥、數(shù)碼顯微鏡(可以錄像和拍照)、剪刀、鑷子、滴管、刀片、載玻片、蓋玻片、蔗糖、硝酸鉀、蒸餾水等。

2.2 試劑配制 查閱資料得知洋蔥細(xì)胞細(xì)胞液等滲的蔗糖溶液質(zhì)量濃度約為0.19～0.27 g/mL，結(jié)合教學(xué)過(guò)程質(zhì)量濃度0.3 g/mL蔗糖溶液的實(shí)驗(yàn)情況，配制質(zhì)量濃度0.3 g/mL、0.4 g/mL、0.5 g/mL的蔗糖溶液。

2.3 制片與觀察 ①制片觀察：取紫色洋蔥鱗片葉相同位置的外表皮制作臨時(shí)裝片3張，編號(hào)。用顯微鏡選擇理想的視野，觀察細(xì)胞紫色液泡大小，以及原生質(zhì)層的位置，并拍照。②引流觀察：保持裝片和視野不移動(dòng)，對(duì)3張裝片分別用質(zhì)量濃度0.3 g/mL、0.4 g/mL、0.5 g/mL蔗糖溶液進(jìn)行引流操作，同時(shí)開(kāi)始錄像，持續(xù)25 min。再對(duì)上述3張裝片用蒸餾水進(jìn)行引流操作，同時(shí)錄像，持續(xù)15 min。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中拍攝的照片和視頻編號(hào)，按照蔗糖濃度和處理時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同質(zhì)量濃度蔗糖溶液處理15min后，細(xì)胞質(zhì)壁分離比例 從統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)(表1)可以看出，質(zhì)量濃度為0.3 g/mL蔗糖溶液處理15 min后，仍然有部分細(xì)胞沒(méi)有發(fā)生質(zhì)壁分離。質(zhì)量濃度0.4 g/mL和0.5 g/mL蔗糖溶液處理15 min后，視野中的細(xì)胞都發(fā)生了質(zhì)壁分離。從具體實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)看，0.3 g/mL蔗糖溶液組，細(xì)胞原生質(zhì)層和質(zhì)壁分離前比較，體積減小，但在3組中最大，紫色也是最淺。其余兩組細(xì)胞原生質(zhì)層體積相對(duì)較小，紫色較深，但組間差異不大。0.3 g/mL蔗糖溶液組的現(xiàn)象并不明顯的原因可能是在實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備時(shí)，為了讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，會(huì)將洋蔥切片適當(dāng)晾干讓洋蔥的紫色更加明顯。晾干過(guò)程細(xì)胞會(huì)失去部分水分，提高了細(xì)胞內(nèi)溶液的濃度，就導(dǎo)致0.3 g/mL蔗糖溶液組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不太明顯。

表1 三種不同濃度蔗糖溶液處理15 min后細(xì)胞質(zhì)壁分離情況

3.2 濃度—時(shí)間效應(yīng) 表2列出了3個(gè)濃度蔗糖溶液處理后，洋蔥上皮達(dá)到全部質(zhì)壁分離所需時(shí)間。從表2的數(shù)據(jù)可以看出，在相同的時(shí)間內(nèi)隨著蔗糖濃度的增大，洋蔥細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象的比例越高；蔗糖濃度越高，全部細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離所需的時(shí)間也越短。0.5 g/mL蔗糖溶液處理9 min時(shí)，顯微鏡視野下，洋蔥表皮細(xì)胞100%發(fā)生質(zhì)壁分離；同樣的效果，在0.4 g/mL蔗糖溶液處理時(shí)需要12 min；而0.3 g/mL蔗糖溶液處理,15 min時(shí)視野下質(zhì)壁分離細(xì)胞僅占65%。

表2 不同濃度蔗糖溶液處理15 min中細(xì)胞質(zhì)壁分離情況

3.3 不同濃度蔗糖溶液處理對(duì)細(xì)胞質(zhì)壁分離復(fù)原的影響 對(duì)不同濃度蔗糖溶液處理的質(zhì)壁分離細(xì)胞進(jìn)行復(fù)原處理發(fā)現(xiàn)：在一定濃度范圍內(nèi)，復(fù)原所需時(shí)間也與蔗糖濃度呈反比。0.3 g/mL處理的細(xì)胞，全部復(fù)原需12 min；0.4 g/mL處理的細(xì)胞，全部復(fù)原僅需8 min；但是0.5 g/mL處理的細(xì)胞則大部分不能復(fù)原，說(shuō)明此濃度下部分細(xì)胞已死亡。不同濃度蔗糖溶液處理后細(xì)胞質(zhì)壁分離復(fù)原情況見(jiàn)表3。

在教學(xué)過(guò)程中，考慮到多方面的原因，一堂45分鐘的課堂留給質(zhì)壁分離過(guò)程的時(shí)間不可能有15分鐘，這就要求找到一個(gè)短時(shí)間就完成質(zhì)壁分離的蔗糖濃度。若從考慮縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間來(lái)考慮，0.5 g/mL蔗糖溶

表3 不同濃度蔗糖溶液處理后細(xì)胞質(zhì)壁分離復(fù)原情況

液是最適合的。如果綜合表3的數(shù)據(jù)來(lái)看，0.5 g/mL蔗糖溶液組細(xì)胞在進(jìn)行復(fù)原實(shí)驗(yàn)是有部分細(xì)胞因失水過(guò)多死亡不能再?gòu)?fù)原了，因此不宜選擇這個(gè)濃度。剩余的兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，0.4 g/mL蔗糖溶液完成質(zhì)壁分離和復(fù)原整個(gè)過(guò)程所需的時(shí)間相對(duì)較少，發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞也都復(fù)原。