“观察植物细胞质壁分离和复原”实验探究
李盛文
摘 ?要 将“观察植物细胞质壁分离和复原”实验转化为“探究不同试剂不同浓度设置下对植物细胞质壁分离和复原的影响”，对药品和具体的操作步骤做出一定的调整，并在实验的过程中引导学生进行更进一步的探究，不断完善细胞质壁分离实验，让学生在实验中以小见大，能够从实验中得到更多的提升。
关键词 高中生物;探究性实验;植物细胞;质壁分离
中图分类号：G642.423 ? ?文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2019）17-0118-02
1 前言
“观察植物细胞质壁分离与复原”是高中生物“植物对水分的吸收”这一章节的知识点，该知识点在于引导学生理解植物细胞吸水与失水的原理以及原因。在组织实验时，学生有机会通过个人实验操作去感受渗透原理。该实验是生物课程的第一个探究实验，第一次将科学探究独立提出。
关于植物细胞质壁分离的实验是采用洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料，并用30%（即0.3 g/mL）蔗糖溶液处理，观察质壁分离现象。该实验的三个步骤：提问题、做假设、根据实验现象进行归纳总结。该过程是生物实验的大致步骤，已经在学生生物实验中形成固定的模式，便于学生熟悉实验流程;同时存在一些不足之处，如整个实验过程流于形式。针对实验过程中出现的不足，笔者准备了多种实验试剂，分别为蔗糖溶液、醋酸溶液和CaCl2溶液、NaCl溶液和KNO3溶液，以此激发学生深入探究的兴趣。
2 教学策略
该实验采用小组合作探究的形式展开，要求学生记载实验阶段、实验现象。实验前一天，实验教师要求每个小组从事先准备好的五种实验试剂中选择一种，在实验过程中根据试剂的浓度程度将试剂划分为六个阶段。再针对每位学生和小组合作能力的不同，将他们分为目标组、潜力组、提高组三个小组进行教学。目标组用的是教材所要求的蔗糖溶液做试剂;潜力组用的是醋酸溶液和CaCl2溶液做试
剂;提高组用的是NaCl溶液和KNO3溶液做试剂，要求学生具有较高的操作技能。各小组要观察不同试剂不同浓度对植物质壁分离的影响和质壁分离复原所用时间的长短。
3 实验改进的探索
发现问题，课前准备 ?从材料的选择、溶液的改进、浓度的运用等方面引导学生进行前置性思考。如在积极引导学生思考等方面，可以通过变化实验过程中蔗糖溶液的含量，将此作为实验变量，引导学生思考蔗糖溶液浓度的变化会带来怎样的变化。常规情况下采用0.3 g/mL的蔗糖溶液作为试剂进行实验研究，该试剂是否能够使洋葱鳞片叶表皮细胞发生质壁分离的现象？在进行实验之前，学生对该结论已经十分熟悉，再以0.3 g/mL的蔗糖溶液作为试剂进行实验，无法锻炼实践能力，也无法深化对该知识点的理解，变动实验变量是很好的思路。此外，在进行实验过程中，每个小组采用的蔗糖溶液浓度存在差异，为了能够让大家更加清晰地了解蔗糖溶液的浓度给洋葱鳞片叶表皮细胞带来的变化，每个小组的成员可以交替进行实验结果观察，让大家能够了解更多的实验情况。
分组探究 ?各小组以六个浓度梯度的实验试剂作为处理液，分别观察在每一种浓度的溶液处理下植物细胞产生质壁分离和复原的现象，并记录植物细胞出现质壁分离所需要的时间。小组内讨论交流实验结果，制作表格，比较发生质壁分离及复原的最佳浓度范围。
实验改进 ?通过探究，教师对该实验操作进行了改进，效果很好。
【改进一】在原本的实验过程中，在处理临时装片时，通常采用盖玻片加盖，但是在实验过程中发现在操作过程中容易产生气泡。经过改进后，不再使用盖玻片进行加盖，标本的气泡大大减少。
【改进二】过去将试剂滴入玻片中，待洋葱表皮吸收试剂后，才用纸巾吸取滴入的液体。装片与液体的接触耗费的时间很长，导致整个实验的进度受到一定的影响。如在选择蔗糖溶液或者清水滴入装片时，在后期吸水时，液体会沿着盖玻片两边移动，加大吸水难度;同时导致进入盖玻片的液体较少，导致很多细胞质壁不能完全分离，或者出现质壁分离后无法复原等现象。针对这些现象，做出相应调整，选择将装片直接浸泡在液体中，让装片与液体充分接触，保持装片的水分，让装片能够快速实现质壁分离和质壁分离复原。
【改进三】过去的实验在获取装片时，直接将洋葱表皮撕下来。在本次实验中，采用切表皮或者刮掉叶肉留下表皮的方式获取装片原料。洋葱鳞茎最外层2～4层鳞片叶外表皮呈现紫色，适合用作实验材料，但获取难度大。学生用刀片反复向前刮除表皮内表面的叶肉细胞，刮除洋葱鳞片叶外表皮内面的叶肉细胞，教师会担心学生这一操作直接破坏洋葱表皮。需要解释的是洋葱表皮紧紧贴合在叶片上，叶肉细胞多汁，容易去除，因此要保证刮出叶肉的方向一致，表皮不会受损。这样做大大提高了实验的速度和成功率。
【改进四】学生提出采用无色洋葱作为实验材料，用带颜色的试剂来观察实验现象，如亚甲基蓝和红墨水;也可对洋葱细胞活体提前染色后（中性红染剂），观察内表皮细胞。
4 实验结果探讨
该实验的目的是探讨有关植物细胞产生质壁分离的程度与液体浓度之间的关系，通过实验总结得出哪一种试剂最适用于观察植物细胞质壁分离。值得一提的是，该实验在原有实验的基础上做出一系列的改进与完善，在很大程度上推动了学生对该实验的理解，加深了对该知识点的理解。
1）目标组。以蔗糖溶液为试剂，浓度分别为10%、20%、
30%、40%、50%、60%。质壁分离所用时间和复原现象结果如下：
【結果一】10%和20%的蔗糖溶液要求时间很长，至少需要一小时以上，一节课下来看不到质壁分离现象;
【结果二】30%的蔗糖溶液实验时间约为10分钟，课堂时间很仓促;
【结果三】40%的蔗糖溶液实验时间约为五分钟，学生有时间进行实验，又能较快地观察到比较明显的实验结果;
【结果四】50%的蔗糖溶液使植物细胞发生质壁分离的时间不到一分钟;60%的蔗糖溶液让植物发生质壁分离的时间为一分钟左右，细胞在该试剂浓度下存活的难度较大。
通过实验，学生发现30%的蔗糖溶液浓度可以引起细胞的质壁分离，但并不是质壁分离的最小浓度，只是用30%的浓度效果比较明显，而又不引起细胞失水死亡，是一个比较恰当的实验浓度而已。
2）潜力组。实验结果如下：
【结果】将CaCl2溶液作为质壁分离试剂，该试剂的特点在于渗透性强，质壁分离的现象十分明显。
3）提高组。以KNO3溶液作为试剂，六个浓度分别为
0.1 g/mL、0.08 g/mL、0.06 g/mL、0.04 g/mL、0.02 g/mL、0.01 g/mL。学生观察到的实验结果为：
【结果一】浓度为0.1 g/mL，细胞发生质壁分离特别明显，但加水与不加水，质壁分离后都不会复原;
【结果二】浓度在0.06～0.1 g/mL这个范围时，细胞发生质壁分离的现象明显，在这个过程中如果分离时间过长，加水稀释细胞，也无法让细胞质壁分离复原;
【结果三】浓度为0.06 g/mL时，效果较好;
【結果四】试剂浓度在0.02 g/mL以下时，细胞难以发生质壁分离现象，主要的原因在于试剂浓度过低，导致植物细胞并未对该试剂及时做出反馈。
从这份数据信息可以得出，植物细胞发生质壁分离的临界点是试剂浓度为0.02 g/mL时。
通过数据的整合与分析，学生得出结论：试剂的不同或者试剂的浓度存在差异，在不同的试剂作用下，植物细胞发生质壁分离所需时间不同，如硝酸钾溶液仅需1～2分钟即可，但维持时间短，会发生质壁分离自动复原现象。
以NaCl溶液为例，浓度分别为2%、3%、4%、5%、8%、10%。采用浓度在2%～5%的NaCl溶液进行实验，获得的现象比教材中介绍的3O%（0.3 g/mL）的蔗糖溶液带来的质壁分离现象更加明显，其中浓度3%和4%的NaCl溶液效果最好。
各小组记录发生质壁分离和复原时间发现：以CaCl2溶液作为试剂，植物细胞发生质壁分离的时间短，且效果十分明显。得出结论：有些溶液处理的发生质壁分离的植物细胞能够实现细胞质壁分离复原。由于不同的试剂带来的实验效果存在差异，因此在实验过程中需要将各项数据记载完善，以免造成数据紊乱以及实验结果作废。在引导实验过程中，针对学生实验过程中出现的操作失误等问题，如学生实验缺乏耐心、实验操作马虎等，需要耐心引导学生独立完成实验操作，锻炼学生的耐心。耐心的培养与锻炼有助于提升学生的实践能力。
5 知识拓展
在组织学生进行实验过程中，笔者为学生准备的是紫色洋葱鳞片叶表皮细胞。在实验过程中，笔者先将该材料呈现给学生，然后向学生提问采用紫色洋葱鳞片叶表皮细胞的原因。最开始学生对该问题不是特别了解，笔者陈列出多个选择紫色洋葱鳞片叶表皮细胞的原因选项，让学生根据所学知识进行猜测，并且先保留学生的意见。在实验结束后，笔者再次让学生发表自己的看法，对比实验前后学生的意见是否发生改变，再引导学生找到正确的答案。此外，为了培养学生的探究意识，笔者鼓励学生将所学知识运用于生活实践中，用实践去检测对课本知识的理解程度。
探究性实验是探究性学习的一种非常重要的形式，在探究中思考问题，提出改进措施，以及发现新的问题并进一步探究，有利于增强学生的实验探究能力。另外，通过本次实验教学，发现学生的潜能是很大的。因此，在未来的教学中要充分发挥教学实验课题的功能，将教学实验课题与书本知识点相结合，不断完善实验操作，不断巩固学生的知识，通过教学实验推动学生深化对知识点的理解。笔者相信，在未来教学过程中，在与学生共同努力下，师生之间的配合会越来越好，教学效果也会越来越好。
参考文献
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[2]杨枝华.“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验改进[J].实验教学与仪器，2003（6）：21.
[3]朱凤云.“观察植物细胞质壁分离与复原”实验教学设计与拓展[J].中学生物学，2014（5）：38-40.
