黄万婷

【摘 要】新课程高考要求学生必须掌握若干个基础实验。其中，“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验的内容以及设计的原理比较复杂，与基础知识的联系更为紧密，学生在此实验中存在许多疑难。笔者通过大量的资料查证与实验，对该实验进行相关方面的探究。

【关键词】高中生物;实验原理;应用

“观察植物细胞的质壁分离与复原”是人教版高中生物必修一教材中的一个经典实验，该实验其实是连续的两个实验，一个是植物细胞质壁分离，一个是植物细胞质壁分离后复原。这个实验是在研究细胞膜的通透性时做的实验，对于一个活细胞来说，它的很多结构具有选择透过性，依赖的主要是细胞膜的结构，该实验要求学生理解细胞膜结构的特性、渗透原理以及基本的实验技能。

一、相关概念的界定

首先明确一个基本概念，“质壁分离”的“壁”指的就是细胞壁，那么“质”指的是细胞质吗？答案是否定的，所谓的“质”即原生质层。原生质层通俗来讲是三层结构连在一起的一个统一的整体，包含细胞膜、细胞质和液泡膜，范围是细胞膜以内液泡膜以外的部分。“质壁分离”研究的是原生质层和外面的这一层细胞壁之间的位置上的变化，它们两个会分开也会复原。

二、实验原理

活细胞的原生质层具有选择透过性，所谓选择透过性包含两層意思：水分子可以自由通过原生质层;某些溶质分子不能通过原生质层。具体来分析，水分子能自由地跨膜运输就会有方向，它既可以从细胞外向细胞内流动，也可以从细胞内向细胞外流动。而水分子运动的方向如何，取决于细胞内和细胞外的溶液的浓度，因此可以把水分子的运动方向概括为顺浓度梯度。顺浓度梯度顺的是水分子（溶剂）的相对含量，即从水分子多的往水分子少的方向运动，而括号中注明的这个‘浓度指的是溶质的浓度，即从低渗往高渗方向运动。在这样一个模型的建立下，假如细胞外是一个高浓度的环境，而细胞液的浓度相对较低，这时水分子会从细胞内向细胞外运动，细胞失水，细胞液体积减小，又因为细胞膜具有流动性，所以它会向内收缩，但是细胞壁的成分是纤维素和果胶，相当于一个不变的结构，它不会收缩，这样就造成细胞壁和原生质层分离开;但如果反过来，当细胞外是一个低浓度的环境，而里面是一个高浓度的环境，它的水分子又会从细胞外向细胞内流动，那么里面吸收了更多的水分子使细胞液的体积增加，于是原生质层就会向外扩张，完成一个质壁分离后的复原，这就是一个基本的实验原理。

三、选材

实验当中，我们选择成熟的植物细胞，这样的细胞有中央大液泡，并且液泡中必须含有色素，因为这是一个观察实验，看的就是细胞液的体积以及颜色的变化。

首先，需要明确一点，并不是所有的植物细胞都有中央大液泡，甚至不是所有的植物细胞都有液泡，比如，幼嫩的组织以及分生组织是没有液泡的，它构不成所谓的渗透系统。因此，能作为实验材料的植物有很多，比如紫皮大蒜、马齿苋、红薯藤、紫鸭跖草、水绵、黑藻、紫玉兰等，这些材料容易获得，易撕取表皮，液泡较大，制片容易，实验现象易观察。西宁地区紫色洋葱容易获得，所以我们选择的是紫色洋葱的鳞片叶外表皮细胞。

四、实验观察

首先制作临时装片，把撕下来的洋葱鳞片叶的外表皮平铺在沾有蒸馏水的载玻片上，盖上盖玻片。原来细胞液是带有一定浓度的，现在细胞外面是纯的水，浓度低，这滴水会从细胞外流向细胞里，这是一个正常的细胞，接下来在显微镜下操作，往盖玻片外的一点去滴加高浓度蔗糖溶液，或者选择无机盐的溶液，从而出现质壁分离。看到的具体现象是原生质层内缩，与细胞壁分离，紫颜色的细胞液面积减小，但颜色会有所加深，原因是水分出去，色素的浓度提高。原来细胞膜和细胞壁是贴着的，现在细胞膜和细胞壁分开，中间充斥了滴加的高浓度的蔗糖溶液。那么，质壁分离后怎么复原呢？在滴加蔗糖溶液的地方滴加一定量的蒸馏水，而且在盖玻片的另外一侧用吸水纸引流，这时水就会流向细胞内，原生质层又会张开，完成了质壁分离的复原。

五、应用

首先，检验细胞的活性，如果能正常完成质壁分离及其复原的过程，证明它是活细胞。其次，做质壁分离的时候一般选择高浓度的蔗糖溶液，多高才算高？应该比细胞液的浓度高，加蔗糖溶液时从低往高加，加到刚开始质壁分离。实验室用这种办法检测细胞液的浓度，因此50%的植物细胞出现质壁分离的浓度对应的就是细胞液的浓度。

回顾物质进出细胞的这样一个模式，以最简单的水分子为例，植物对于水份的吸收叫作渗透，渗透作用需满足相关的条件。第一个条件是有半透膜，所谓半透膜就是选择透过性膜;第二个条件是膜两侧有浓度差。在这样两个前提下，水总是从溶质少的地方流向溶质多的地方。第一个条件一般不太容易注意到，假如加的不是蔗糖溶液，而是乙醇溶液，这种溶质分子本身也能够通过半透膜，细胞的原生质层对于这种分子没有选择透过性，显然膜内外有没有浓度差都不会观察到质壁分离。因此，成熟的植物细胞的原生质层具有选择透过性，主要是两层膜上的蛋白质还有磷脂具有选择透过性。

参考文献：

[1]罗益群.“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验初探[J].中学生物学，2005，21（1）：42～43.