硝酸鉀溶液中質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原機(jī)理的探究

黃江穎

將洋蔥表皮放入一定濃度的硝酸鉀溶液中，洋蔥表皮的細(xì)胞便發(fā)生質(zhì)壁分離，不久這些細(xì)胞又會(huì)逐漸發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。其自動(dòng)復(fù)原的原因是什么？對(duì)此我展開了探究。

一、實(shí)驗(yàn)假設(shè)

K+和NO3-被植物細(xì)胞吸收，進(jìn)入液泡的細(xì)胞液。

二、原理分析

氮、磷、鉀是植物正常生長(zhǎng)發(fā)育必需的三大礦質(zhì)元素，硝酸鉀溶液中的K+和NO3-都能被植物細(xì)胞主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)吸收。主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)所需的能量由細(xì)胞中的直接能源物質(zhì)ATP水解提供，而細(xì)胞呼吸又是ATP的重要產(chǎn)生方式之一，如果細(xì)胞呼吸被抑制，以主動(dòng)運(yùn)輸方式進(jìn)入細(xì)胞的K+和NO3-的運(yùn)輸就會(huì)受到阻礙，表現(xiàn)方式可能是主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)完全停止或主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)速率下降。

將細(xì)胞放在適宜濃度的硝酸鉀溶液中，在初始階段，外界溶液的濃度大于細(xì)胞液的濃度，于是細(xì)胞滲透失水呈現(xiàn)質(zhì)壁分離。而處于質(zhì)壁分離狀態(tài)的細(xì)胞由于質(zhì)壁分離程度不大，還保持著活性，與此同時(shí)，細(xì)胞又能以主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的方式吸收K+和NO3-，從而使細(xì)胞液濃度上升。當(dāng)細(xì)胞液濃度大于外界硝酸鉀溶液濃度時(shí)，細(xì)胞滲透吸水，出現(xiàn)質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。若阻斷細(xì)胞呼吸會(huì)影響細(xì)胞對(duì)K+和NO3-的吸收，使質(zhì)壁分離復(fù)原受阻。

通過查閱資料，我發(fā)現(xiàn)丙二酸鈉能抑制細(xì)胞呼吸，于是用丙二酸鈉溶液作為探究實(shí)驗(yàn)中的細(xì)胞呼吸抑制劑抑制細(xì)胞呼吸，從而探究硝酸鉀溶液中質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原的機(jī)理。

三、實(shí)驗(yàn)過程

1.主要材料

新鮮洋蔥若干，0.1mol/L丙二酸鈉溶液，1mol/L硝酸鉀溶液，蒸餾水。

2.實(shí)驗(yàn)方法

（1）制片

撕取紫色洋蔥外表皮分別置于蒸餾水、0.1mol/L丙二酸鈉溶液中浸泡2min后制作臨時(shí)裝片。

（2）觀察

用顯微鏡觀察細(xì)胞顏色及形態(tài)，確保細(xì)胞自身狀態(tài)不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。

（3）實(shí)驗(yàn)

從蓋玻片的一端滴加1mol/L硝酸鉀溶液，另一端用吸水紙吸引，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.對(duì)照組（蒸餾水處理組）

黑色箭頭所示為細(xì)胞的質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原過程。

8min? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 9min

2.實(shí)驗(yàn)組（0.1mol/L丙二酸鈉處理組）

白色箭頭所示為細(xì)胞的質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原過程。

40min

實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組在前5 min內(nèi)都出現(xiàn)了細(xì)胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象。而對(duì)照組細(xì)胞在質(zhì)壁分離現(xiàn)象穩(wěn)定后5 min開始出現(xiàn)明顯的質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象，到20 min時(shí)細(xì)胞基本復(fù)原。與對(duì)照組相比，經(jīng)丙二酸鈉處理后，細(xì)胞質(zhì)壁分離后的15 min內(nèi)有個(gè)別細(xì)胞開始復(fù)原，沒有出現(xiàn)大面積質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原現(xiàn)象，到實(shí)驗(yàn)進(jìn)行15 min后開始有不明顯的質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象，到實(shí)驗(yàn)進(jìn)行40min時(shí)細(xì)胞仍未復(fù)原。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，抑制細(xì)胞呼吸、阻斷細(xì)胞內(nèi)能量供應(yīng)的確能抑制K+和NO3-的吸收，進(jìn)一步驗(yàn)證了洋蔥表皮細(xì)胞對(duì)K+和NO3-的吸收是消耗能量的主動(dòng)運(yùn)輸。

五、誤差分析

實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組出現(xiàn)的細(xì)胞質(zhì)壁分離程度不同，是由于材料來自不同的洋蔥個(gè)體。（指導(dǎo)老師：邵江樵）

專家點(diǎn)評(píng)

本實(shí)驗(yàn)源于高中生物課本已有實(shí)驗(yàn)的拓展，選題實(shí)用性強(qiáng)。作者利用所學(xué)知識(shí)分析課本實(shí)驗(yàn)的原理，在分析的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)問題，從而提出實(shí)驗(yàn)假設(shè)，然后通過文獻(xiàn)檢索，獲得相關(guān)知識(shí)后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)假設(shè)，達(dá)到學(xué)以致用的目的。文章結(jié)構(gòu)完整，思路清晰;實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象用圖片展示，形象、直觀地展現(xiàn)了細(xì)胞質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原現(xiàn)象的全過程。

然而，本實(shí)驗(yàn)的原理有待商榷：實(shí)驗(yàn)組添加的丙二酸鈉可以引起細(xì)胞質(zhì)壁分離，所以不能排除丙二酸鈉試劑本身對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響。