论文部分内容阅读
“植物细胞的吸水与失水”是高中生物的第一个探究性实验，通过对实验材料、试剂、实验方法及应用性等方面探究，同学们可以体验“提出问题、做出假设、设计实验、实施操作、观察结果、得出结论”的探究历程，培养严谨的科学态度和勇于探索的精神。
1.实验材料的探究。
选取多种材料来做实验，观察不同实验材料植物细胞的吸水和失水的实验效果，结果见表1。
除教材选用的紫洋葱鳞片叶外表皮外，增加紫洋葱鳞片叶内表皮、洋葱根尖、菠菜、马齿苋，使用蔗糖溶液作为分离液，通过实验现象的对比进行观察。紫色洋葱内表皮较外表皮细胞易于撕取，取材容易；外表皮细胞与内表皮细胞质壁分离均较为明显，滴加清水后，都可诱发复原，但由于内表皮细胞颜色浅而不易观察。洋葱鳞片叶内层颜色浅，只有外面的1～2层鳞片叶能获得最佳的实验效果，提高了实验成本，而且撕取外表皮细胞时由于鳞片叶肉细胞与表皮细胞紧密结合难以剥离，常附着大量叶肉细胞影响观察。据此，改进实验，经过小组讨论共提出两种解决方案，并进行验证。第一种方案，将洋葱鳞片叶内表皮细胞置于0.06g·mL-1的胭脂红水溶液中，胭脂红水溶液进入细胞壁和原生质层之间，活的内表皮细胞发生质壁分离，显微镜下可清楚观察到质壁分离现象；第二种方案，对实验材料进行预处理，将洋葱鳞片叶剥离，外表皮朝上，置于光处晾晒两三天，叶肉细胞因蒸发适量水分与表皮细胞分离，表皮细胞撕取成功率增高，且细胞液泡颜色变深易于观察。
洋葱根尖切取分生区部分，不容易分散成单层细胞，取材困难，不出现质壁分离现象，不能复原，不能选用；菠菜叶肉细胞，取材容易，叶肉细胞中含有叶绿体，呈绿色，可清楚观察到质壁分离并可诱导复原，可选用；马齿苋茎部单层细胞取材容易，质壁分离很明显，滴加清水后能诱导复原，可选用。
2.植物细胞吸水与失水的影响因素。
（1）试剂浓度对细胞吸水与失水的影响。
选择紫色洋葱鳞片外表皮细胞为实验材料，观察不同蔗糖浓度对植物细胞吸水与失水的影响，结果见表2。
设置0.10g·mL-1、0.30g·mL-1、0.50g·mL-1、0.70g·mL-1蔗糖溶液浓度梯度，观察实验结果。0.10g·mL-1蔗糖溶液，细胞出现轻度的质壁分离现象，滴入清水后复原的速度缓慢。0.30g·mL-1的蔗糖溶液，质壁分离现象明显，清水滴入后复原速度较快。0.50g·mL-1与0.70g·mL-1的蔗糖溶液，质壁分离现象明显，可是滴入清水后均不能复原，说明这两种浓度蔗糖溶液可使细胞因大量失水而死亡，质壁分离后不能复原。应用0.30g·mL-1蔗糖溶液，细胞质壁分离与清水复原实验效果均较为理想，为合适的浓度。
（2）不同试剂对细胞吸水与失水的影响。
采用紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料，观察蔗糖（有机大分子）、白砂糖（有机大分子）、葡萄糖（有机小分子）和硝酸钾（离子化合物），分别配制成0.30g·mL-1的浓度，结果见表3。
蔗糖与白砂糖溶液均出现清晰的质壁分离现象，滴入清水后，细胞出现质壁分离复原现象；应用葡萄糖与硝酸钾溶液，细胞在2～3min后出现质壁分离现象，但未滴入清水，细胞质壁分离便发生自动复原。分析原因，蔗糖和白砂糖为有机大分子，不能自由出入洋葱表皮细胞，而硝酸钾为离子化合物、葡萄糖为有机小分子物质，能通过主动运输穿过细胞膜进入细胞内部，增加细胞液浓度，发生自动复原。因此，在进行细胞吸水与失水实验时，应选用不能进入细胞的有機大分子溶剂。
3.细胞吸水与失水的应用性拓展。
根据细胞的吸水与失水情况，探讨其在生产、生活中的应用。提出问题：如何应用细胞吸水与失水实验测定细胞液浓度？根据此实验探讨不同植物细胞的细胞液浓度是否相同？同种植物在不同环境中细胞液浓度是否相同？
利用植物细胞吸水与失水原理，设计一系列浓度梯度溶剂，通过观察植物细胞的质壁分离情况来确定细胞液浓度大小。将同种植物置于湿润和干旱处，测定在两种不同环境下植物细胞的浓度，发现细胞液浓度会随环境发生改变，干旱环境下细胞液浓度较湿润环境下浓度高；观察不同植物的细胞液浓度是否相同，取相同生长环境中的不同植物，发现植物的细胞液浓度并不相同。说明植物细胞液的浓度与植物的种类有关，并且细胞液的浓度可随环境改变，说明植物对环境有一定的适应性。
生物“实验创新”可创新实验的材料，选择适合当地地域和环境条件的实验材料；创新实验设计，不拘泥于课本中现成的实验安排，根据已有知识和经验自己设计新的实验方案，不仅锻炼实验操作能力，更能培养创新意识和发散性思维。在实践过程中发现问题、提出课题、设计方法、总结报告，体验科学探究的过程，增强学习的积极性与主动性，培养创新能力。
作者单位：河南省郑州市第二中学高三创新1班
1.实验材料的探究。
选取多种材料来做实验，观察不同实验材料植物细胞的吸水和失水的实验效果，结果见表1。
除教材选用的紫洋葱鳞片叶外表皮外，增加紫洋葱鳞片叶内表皮、洋葱根尖、菠菜、马齿苋，使用蔗糖溶液作为分离液，通过实验现象的对比进行观察。紫色洋葱内表皮较外表皮细胞易于撕取，取材容易；外表皮细胞与内表皮细胞质壁分离均较为明显，滴加清水后，都可诱发复原，但由于内表皮细胞颜色浅而不易观察。洋葱鳞片叶内层颜色浅，只有外面的1～2层鳞片叶能获得最佳的实验效果，提高了实验成本，而且撕取外表皮细胞时由于鳞片叶肉细胞与表皮细胞紧密结合难以剥离，常附着大量叶肉细胞影响观察。据此，改进实验，经过小组讨论共提出两种解决方案，并进行验证。第一种方案，将洋葱鳞片叶内表皮细胞置于0.06g·mL-1的胭脂红水溶液中，胭脂红水溶液进入细胞壁和原生质层之间，活的内表皮细胞发生质壁分离，显微镜下可清楚观察到质壁分离现象；第二种方案，对实验材料进行预处理，将洋葱鳞片叶剥离，外表皮朝上，置于光处晾晒两三天，叶肉细胞因蒸发适量水分与表皮细胞分离，表皮细胞撕取成功率增高，且细胞液泡颜色变深易于观察。
洋葱根尖切取分生区部分，不容易分散成单层细胞，取材困难，不出现质壁分离现象，不能复原，不能选用；菠菜叶肉细胞，取材容易，叶肉细胞中含有叶绿体，呈绿色，可清楚观察到质壁分离并可诱导复原，可选用；马齿苋茎部单层细胞取材容易，质壁分离很明显，滴加清水后能诱导复原，可选用。
2.植物细胞吸水与失水的影响因素。
（1）试剂浓度对细胞吸水与失水的影响。
选择紫色洋葱鳞片外表皮细胞为实验材料，观察不同蔗糖浓度对植物细胞吸水与失水的影响，结果见表2。
设置0.10g·mL-1、0.30g·mL-1、0.50g·mL-1、0.70g·mL-1蔗糖溶液浓度梯度，观察实验结果。0.10g·mL-1蔗糖溶液，细胞出现轻度的质壁分离现象，滴入清水后复原的速度缓慢。0.30g·mL-1的蔗糖溶液，质壁分离现象明显，清水滴入后复原速度较快。0.50g·mL-1与0.70g·mL-1的蔗糖溶液，质壁分离现象明显，可是滴入清水后均不能复原，说明这两种浓度蔗糖溶液可使细胞因大量失水而死亡，质壁分离后不能复原。应用0.30g·mL-1蔗糖溶液，细胞质壁分离与清水复原实验效果均较为理想，为合适的浓度。
（2）不同试剂对细胞吸水与失水的影响。
采用紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料，观察蔗糖（有机大分子）、白砂糖（有机大分子）、葡萄糖（有机小分子）和硝酸钾（离子化合物），分别配制成0.30g·mL-1的浓度，结果见表3。
蔗糖与白砂糖溶液均出现清晰的质壁分离现象，滴入清水后，细胞出现质壁分离复原现象；应用葡萄糖与硝酸钾溶液，细胞在2～3min后出现质壁分离现象，但未滴入清水，细胞质壁分离便发生自动复原。分析原因，蔗糖和白砂糖为有机大分子，不能自由出入洋葱表皮细胞，而硝酸钾为离子化合物、葡萄糖为有机小分子物质，能通过主动运输穿过细胞膜进入细胞内部，增加细胞液浓度，发生自动复原。因此，在进行细胞吸水与失水实验时，应选用不能进入细胞的有機大分子溶剂。
3.细胞吸水与失水的应用性拓展。
根据细胞的吸水与失水情况，探讨其在生产、生活中的应用。提出问题：如何应用细胞吸水与失水实验测定细胞液浓度？根据此实验探讨不同植物细胞的细胞液浓度是否相同？同种植物在不同环境中细胞液浓度是否相同？
利用植物细胞吸水与失水原理，设计一系列浓度梯度溶剂，通过观察植物细胞的质壁分离情况来确定细胞液浓度大小。将同种植物置于湿润和干旱处，测定在两种不同环境下植物细胞的浓度，发现细胞液浓度会随环境发生改变，干旱环境下细胞液浓度较湿润环境下浓度高；观察不同植物的细胞液浓度是否相同，取相同生长环境中的不同植物，发现植物的细胞液浓度并不相同。说明植物细胞液的浓度与植物的种类有关，并且细胞液的浓度可随环境改变，说明植物对环境有一定的适应性。
生物“实验创新”可创新实验的材料，选择适合当地地域和环境条件的实验材料；创新实验设计，不拘泥于课本中现成的实验安排，根据已有知识和经验自己设计新的实验方案，不仅锻炼实验操作能力，更能培养创新意识和发散性思维。在实践过程中发现问题、提出课题、设计方法、总结报告，体验科学探究的过程，增强学习的积极性与主动性，培养创新能力。
作者单位：河南省郑州市第二中学高三创新1班