刘珠丽

【摘要】 通过物理方法和化学方法相结合的办法，对细胞大小与物质运输的关系进研究，对原教材实验处理进行改进，使新实验流程更适应教学实验课程。

【关键词】 细胞大小 物质运输 真空抽气

【中图分类号】 G633.8 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711（2017）09-073-01

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探究“细胞大小与物质运输的关系”实验是人教版教材高中生物必修一中的一个实验，可以帮助学生理解细胞不能无限长大的原因，并通过实际操作让学生对细胞大小与物质运输的关系有具体的认识。

一、实验原型及不足之处

原教材中实验操作为将含有酚酞的琼脂块放到装有NaOH溶液的烧杯中，酚酞遇碱变红。通过测量琼脂块变红区域的大小，计算变红区域大小与整个琼脂块的体积之比，来比较不同大小琼脂块物质运输的效率。

该方法中制备含酚酞琼脂块的步骤较为复杂，且NaOH溶液具有腐蚀性，学生在操作过程中存在一定的安全隐患。

二、实验创新与改进之处

（一）实验材料的改进

由于制作琼脂块需先将琼脂溶于水加热融化，在其冷却过程中加入酚酞，待其凝固后再切成不同大小的正方体。该过程比较繁琐，为了节约实验时间，一般由实验员老师提前准备好，学生缺少了该环节的参与。有研究者对几种材料已做过相关的实验，取得较好的实验结果。然而，笔者想找到一种可以让学生们在实验室全程参与且无任何安全隐患，又能更形象的体现细胞大小与物质运输的材料，经过反复的尝试，笔者分别用凉粉、豆腐、马铃薯、白萝卜、茄子等作为实验材料，最后发现，用马铃薯代替含酚酞的琼脂块，实验效果明显。而且马铃薯一年四季均可买到，价格便宜，其在翻动时不会像琼脂块那样容易破碎，更省去制备琼脂块的环节，缩短了实验的时间。

其次，琼脂块是一种化学材料，用化学材料来模拟生物细胞，学生不容易理解，用马铃薯块中的细胞团来模拟一个细胞，马铃薯是一種生物材料，学生更容易理解。

再次，用酸性品红和白醋代替NaOH溶液，酸性品红是酸性染料，呈红色粉末状，能溶于水。它是良好的细胞制染色剂，在动物制片上应用很广，在植物制片上用来染皮层、髓部等薄壁细胞和纤维素壁。组织切片在染色前先浸在带酸性的水中，可增强它的染色力。酸性品红和白醋均没有腐蚀性，学生在操作过程中不存在安全隐患。

（二）实验方法的改进

采用真空抽气法，利用医院里常用的一种医疗器械——注射器（200mL）（图1），该材料新颖，容易吸引学生们的注意力，让学生感兴趣并提高学生的实验积极性，且该方法在一定程度上可以缩短实验时间。

本实验也可以用加热法来缩短实验时间，加热法的效果明显，但是高温也存在一定的安全隐患。

三、实验器材

四、实验原理及装置说明

醋酸能够改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞；在相同时间内，物质扩散进细胞的体积与细胞的总体积之比可以反映细胞的物质运输的效率。利用抽气法抽去马铃薯块表层的空气，加速酸性品红进入马铃薯块（图2）。

五、实验过程

用干净的小刀将新鲜马铃薯切成边长分别为2cm，1cm的正方形；将马铃薯块放进玻璃容器瓶内，依次加入食用白醋和适量酸性品红，将马铃薯块淹没，用塑料针筒进行抽气3～5次，并摇动玻璃容器瓶；15-20分钟后，小心倒出塑料瓶内溶液；取出马铃薯块，用小刀将马铃薯块切成两半。观察切面，测量每一块上酸性品红扩散的深度，并记录测量结果（图3）（表1）。

六、讨论

通过模拟实验可以看出，细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输的效率就越低。细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。

本实验中马铃薯作为生物材料相对琼脂块能更直接的展示细胞大小与物质运输的关系；用醋酸溶液处理马铃薯块，可以让学生重温《观察DNA和RNA在细胞中的分布》中“盐酸改变细胞膜的通透性”的知识点；采用酸性品红浸泡经过盐酸处理的马铃薯块，可以让学生深刻体会“扩散现象”的原理；采用真空抽气法，激发学生创新思维能力和积极探讨实验的热情，并节约了实验时间。

[ 参 考 文 献 ]

[1]田永贤，张和平，等.细胞大小和物质运输的关系实验的改进.实验教学与仪器，2012（4）：27-27.

[2]潘建勋.细胞大小与物质运输的关系模拟实验的改进探究.生物学通报，2009，44（7）：38-39.

[3]张丽萍.细胞大小与物质运输的关系模拟实验的改进.中学教学参考，2011（23）：128-128.

[4]隆忠，罗杰霞.再谈细胞大小与物质运输关系模拟实验的改进.生物学通报，2014，49（6）：49-50.

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[6]王壮.真空脱气原理和技术.真空，1999（8）：37-41.