有关渗透作用的实验教学探究

有关渗透作用的探究实验教学

东台市新曹农场中学潘粉英

摘要：结合多年的生物教学，对渗透作用这一节的实验教学作了一些总结。本文从渗透装置的构成条件半透膜和半透膜两侧的溶液有浓度差，来寻找半透膜的最佳材料，对半透膜与生物膜进行比较；对半透膜两侧的溶液从溶质的组成、浓度来作进一步探究、分析渗透作用的实质。从生产和生活实践中总结渗透作用的应用，解决实际问题。

关键词：渗透作用实验探究渗透作用的应用

有关细胞的吸水和失水原理方面的知识是高中生物教学的重点和难点，在生产和生活实践中有着极其广泛的应用，经过十多年的高中生物教学，本人就这一节的教学作了一些探究并作出了一些总结。

一、渗透系统的组成：

1、半透膜

渗透作用是水分子通过半透膜从溶液浓度低扩散到溶液浓度高的过程，因此，渗透装置的组成条件首先必须具备半透膜。

半透膜是一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的一类薄膜的总称。小分子和大分子的界定依膜的种类不同而划分范围不同。例如：对鸡蛋膜来说，葡萄糖分子就是大分子物质，而对透吸管来说葡萄糖是小分子物质；对肠衣来说，碘及葡萄糖是小分子物质，而淀粉是大分子物质。在日常生活中，常见的半透膜有鸡蛋膜、鸡的嗉囊、鱼鳔、蚕豆种皮、玻璃纸、动物膀胱、肠衣、蛋白质胶囊，以及一些可从生物体上剥离的薄膜类物质。笔者对常见膜材料进行了比较，寻找了最佳半透膜材料。

由上表可知在做渗透装置中鸡卵壳膜是我们选择的最佳半透膜材料。 半透膜与选择透过性膜有一定的区别。半透膜是无生命的物理性膜，是指某些物质可以透过而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小 ，而选择透过性膜是具有生命的生物膜，载体的存在决定了其对不同物质是否吸收的选择性。细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。在活细胞内的生物膜只允许水分子自由通过，它所选择的离子，小分子物质可以通过，而其他的离子、小分子和大分子不能透过，是选择透过性膜。它们的相同点：都可以让水分子自由通过，都不允许大分子物质通过。它们的不同点：只要分子比半透膜的孔径小，就能通过半透膜；而对选择透过性膜来说，即使是小分子，只要不是细胞所要选择吸收的，也不能通过。因此在教学中应让学生明确半透膜与生物膜在功能上的区别。

2、半透膜两侧的溶液存在浓度差

半透膜两侧的溶液存在浓度差也是发生渗透作用不可缺少的条件，因为只有浓度不同才会有水分子的扩散速度不同从而导致细胞的吸水或失水。对动物细胞来说，当外界溶液浓度大于细胞质浓度时，细胞失水皱缩；当外界溶液浓度小于细胞质浓度时，动物细胞会吸水胀破，当细胞浓度与外界溶液浓度相等时，水分进出平衡，细胞维持正常形态。对于成熟的植物细胞来说，原生质层是一层选择透过性膜，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，植物细胞会吸水但不会胀破，原因是植物细胞有细胞壁，或发生质壁分离复原；当细胞液浓度小于外界溶液浓度时，植物细胞会的失水，发生质壁分离现象。因此对活的动物细胞和植物细胞来说可以发生渗透作用。在教学中应让学生明确原生质层与原生质的区别，原生质是细胞膜、细胞质、细胞核的总称，而原生质层是细胞膜、液泡膜及两膜之间的细胞质，它不包括细胞核。

二、渗透作用实验进一步探究 假设如下简易渗透装置： （一）有关渗透装置的实验探究

1、半透膜两侧的溶液中溶质分子不能透过半透膜，只有水分子进出。

（1）若S1为水，S2为30%蔗糖溶液，一段时间后将会看到右侧的液面会上升。

（2）若S1为10%蔗糖溶液，S2为30%蔗糖溶液，一段时间后同样会看到右侧液而会上升。

这两种情况出现的现象原因都是半透膜两侧的溶液浓度不同，且溶质分子不能透过半透膜只有水分子扩散作用。

2、半透膜两侧的溶液为浓度相等的不同溶质的溶液。

（1）当质量浓度相同时，若S1为10%葡萄糖溶液，S2为10%的蔗糖溶液一段时间后将会有什么现象呢？有的同学会回答：液面不变化，而事实上我们在分析渗透作用水分子的扩散方向，不仅仅是看浓度，根本上是看水分子的多少，虽然两种溶液的质量浓度相同，由于蔗糖相对分子质量大于葡萄糖的相对分子质量，在体积相同的溶液中，蔗糖分子数小于葡萄糖溶液中分子数，因而两溶液中蔗糖溶液中水分子多，总体来说水分子由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动多，应是左侧液面上升。

（2）当摩尔浓度相同时，若S1为1mol/L葡萄糖溶液，S2为1mol/L蔗糖溶液，一段时间后现象又是什么呢？我将渗透装置中蔗糖溶液分别用2mol/L葡萄糖溶液和2mol/L蔗糖溶液做了实验，并记录如下表：

从结果可知相同时间内液面上升高度是蔗糖溶液高，分析原因由于蔗糖分子是由一分子果糖和一分子的葡萄糖缩合而成的，在分子内部一个分子的蔗糖比一分子的葡萄糖具有更多的亲水基团，在等体积的溶液中蔗糖分子总体积大于葡萄糖溶液中葡萄糖分子的总体积，因此蔗糖溶液的水分子数比葡萄糖溶液中少，因而水分子应由葡萄糖溶液向蔗糖溶液移动多，观察到现象是右侧液面上升。

3、在浓度相同的溶液中，溶质分子和水分子都能通过半透膜，若S1为2mol/L 的葡萄糖溶液，S2为3mol/L葡萄糖溶液，观察现象是右侧液面上升后会下降。

溶液中的水分子多少与溶液中溶质分子的数量和结构有关，同种溶液、溶质

分子数量越多，溶液中水分子越少，如2mol/L的葡萄糖溶液中水分子高于3mol/L 葡萄糖溶液中水分子数，不同溶质溶液的水分子数除与溶质分子数量有关，还与溶质分子的结构有关，在上面两个实验中中虽然浓度相同，但水分子数其实不等，因此我们在做这方面的题目时不仅是浓度，事实上还应会看到液面变化（上升或下降）后还会（下降或上升），原因是葡萄糖能透过半透膜，那么还有葡萄糖分子的运动情况，因此渗透作用的原理是水分子通过半透膜的进出过程，也就是所用的溶质分子是认为不能透过半透膜的，如果出现了溶质分子也能透过半透膜的话，那就应认真分析。

如S1为水，S2为20%葡萄糖溶液，观察到的现象应是右侧液面先上升后下降至不变。

（二）对质壁分离实验进一步探究

寻找三种分离剂做洋葱茎表皮细胞的质壁分离及复原实验的最适浓度。

1、蔗糖溶液浓度对质壁分离及复原的影响

2、葡萄糖溶液浓度对质壁分离及复原的影响

3、NaCl溶液浓度对质壁分离及复原的影响

从上表可知做洋葱茎表皮细胞的质壁分离及复原实验，蔗糖的最适浓度为20-30%，葡萄糖的最适浓度为10-15%，NaCl的最适浓度为2-5%。

分析原因是浓度过高会引起植物细胞失水而死亡，而不能发生质壁分离复原，而浓度过低，就不会发生质壁分离，那么是不是就是只能用蔗糖溶液呢？如果试