细胞大小与物质运输的关系实验设计

《细胞大小与物质运输的关系》

实验方案设计

一、实验介绍

人教版高中生物学教材“分子与细胞”模块第六章第1节细胞的增殖中,为了说明“细胞为什么不能无限长大”的原因之一就是细胞表面积与体积关系的限制,设计了一个模拟实验。本模拟实验中以含有酚酞的琼脂块模拟细胞; 以NaOH溶液模拟被细胞吸收的物质。由于酚酞遇NaOH显粉红色, 学生可通过观察琼脂块“细胞”由无色变成粉红色的过程, 了解NaOH 分子扩散进入“细胞”的过程; 再通过测量NaOH 扩散进入琼脂块“细胞”的深度, 获得相应数据。学生经计算、比较不同体积琼脂块“细胞”吸收物质的速率, 可预测细胞表面积、体积之比与细胞代谢、物质运输的关系, 进而理解细胞不能无限长大的原因。

二、实验目的

1、知识目标

①通过探究细胞表面积与体积的关系,来了解细胞大小与物质进出的关系;

②了解细胞越小,其表面积与体积之比就越大、物质运输的效率越高这一知识理论;

③通过实验帮助其明白细胞不能无限长大的原因。

2、能力目标

学会建立数据模型,并运用数据及表格分析问题。

3、情感态度与价值观

①培养学生团队合作精神;

②培养学生实事求就是的科学态度与严谨认真的治学精神。

三、实验解析

(一)实验原理

1.用琼脂块模拟细胞,琼脂块越小,其相对表面积越大,则其与外界物质进行交换的表面积越大,经交换进来的物质在琼脂块中扩散的速度越快。

2.含有酚酞的琼脂块遇到NaOH,酚酞变红色。主要利用酚酞遇碱性溶液变红的特性。(酚酞就是一种弱有机酸,在pH＜8、2的溶液里为无色的内酯式结构,当8、2

3.NaOH在琼脂块中扩散的速度相同,在相同时间内,NaOH扩散的深度(或琼脂块变红的体积)与琼脂块的总体积的比值可以反映NaOH在琼脂块中扩散的效率。此过程可模拟细胞大小与物质运输效率的关系。如图所示

(二)实验材料及用具

1.材料:3c m×3cm×6cm的含有酚酞的琼脂块。

2、用具:

①酚酞琼脂块制备:

电炉一个、电子天平一个、玻璃棒一根、温度计一个、1L量筒一个、20ml 量筒一个、水浴锅一个、250ml牛奶盒2个、一次性手套4双

②具体实验:10cm直尺一块、小刀一把、塑料勺一个、餐巾纸一卷、小塑

料盆一个,废旧报纸2张

3.药品:酚酞粉末0、1g,NaOH固体0、16g,琼脂粉18g,自来水若干

(三)方法与步骤

1.0、02%的NaOH溶液:800ml水中加入0、16gNaOH,混匀,装入细口瓶,贴上标签,备用。

2.酚酞试剂:将0、1g酚酞粉末与20ml体积分数为95%的乙醇混合,用玻璃棒搅拌,让酚酞粉末充分溶解后备用。

3、酚酞琼脂块的制备:在水浴锅中加500mLH2O,快煮沸时加入琼脂粉18g,用玻璃棒不断搅拌,将其煮沸。在琼脂冷却至80℃后,加10ml配置好的酚酞试剂,搅拌混合后,分别倒入2个250ml牛奶盒中,等其固化,放在废旧报纸上,用小刀沿着尺子将其切成3cm×3 cm×6cm的小块,备用。

4.制备不同体积的正方体琼脂块:用尺子测量,再用小刀沿着尺子刻度切成3块正方体小块,边长分别为3cm、2cm、1cm。

5、加入NaOH:戴一次性手套,将上述3块琼脂放入1个小塑料盆中,加入1000 mlNaOH溶液,淹没琼脂块,浸泡10 min,在此时间内,用塑料勺不断翻转琼脂块,注意不要把琼脂弄坏。(注:3块琼脂快要同时放入小塑料盆中,翻转也要同时进行,以避免实验误差)

6.测量并记录:将小塑料盆中液体倒入废液缸,用塑料勺将琼脂轻轻舀出,放于废旧报纸上,用纸巾将琼脂快表面的NaOH溶液吸干,用小刀把每一个琼脂块沿两条平行切面切成三块。取中间那块观察切面,测量每一种琼脂块上NaOH溶液扩散的深度,做好记录(填写表格)。

7.分析结果,得出结论。实验数据需计算表面积S(cm2)与模拟细胞的体积V(cm3),用S∕V的比值,表示相对表面积的大小。并测量NaOH扩散深度(cm)与整个琼脂块的体积(cm3)之比,表示细胞运输效率的大小。

(四)注意事项

1.实验步骤2中应防止勺子破坏琼脂块的表面。

2.分割琼脂块之前,应用纸巾吸干NaOH溶液。

3.每次切割之前必须用餐巾纸把刀擦干,以免不同琼脂块上的酚酞相互污染,影响实验结果。

4.在实验开始之前,要求每位学生穿好实验服,戴好一次性手套,以防止实验过程中药品飞溅,伤及皮肤。

5.酚酞易引起过敏反应,准备实验材料时最好戴一次性手套。

6.为了保证实验的严谨性,将琼脂快放入小塑料盆中后,倒入NaOH溶液,在相

同的“扩散”时间后,先将NaOH倒出,再将琼脂块取出,以避免时间不一造成的误差。颜色变化的观察与面积与体积的计算可同时进行。

(五)实验变量分析

本实验中自变量就是不同大小琼脂块模拟的细胞,因变量就是琼脂块进入琼脂块“细胞”的深度。其中NaOH溶液的浓度、环境温度等为因变量。

扩散的体积=琼脂块体积-(琼脂块边长-测量的扩散深度)³

五、实验结论及分析

(一)实验结果与预测结果的比较

(注:因为细胞体积一般在20-30μm³,所以在数据处理上可以增加一边长为0、01cm琼脂块的表面积与体积的计算来做对比,这样可以加深对细胞相对表面积规律的认识。)

(二)试验中遇到的问题

1.酚酞就是极易引起过敏的一种物质,如何保证实验过程中操作者不过敏？

戴一次性手套,操作中避免试剂直接接触皮肤。

2．NaOH具有极强的腐蚀性,操作时应避免与皮肤与眼睛接触。如喷洒出来,应该如何做出急救？

密闭包装,贮于阴凉干燥处。与酸类、铵类、易(可)燃物等分储分运。

不可与皮肤接触,若皮肤(眼睛)接触,用流动清水冲洗,涂抹硼酸溶液(分子式:H3BO3 )。若误食,用水漱口,饮牛奶或蛋清(等酸性无害食品)且需立即就医。

3．实验结束后的废弃化学溶液,应如何处理？

应该将废液集中在一起,统一滴加盐酸溶液中与废液,然后将其倒掉。六、替代实验

由于NaOH属于强碱,有一定的腐蚀性,再加上用量较大,给实验带来一定的