细胞大小与物质运输的关系

细胞大小与物质运输的关系

一、实验背景资料

学生通过探究细胞大小，即细胞表面积与体积之比与物质运输效率之间的关系，探讨细胞

不能无限长大的原因。但由于细胞太小，即使在显微镜下，也不方便观察物质运输的过程，

不能方便的得出细胞大小与物质运输的关系。因此，可

以利用模拟实验代替实物实验。用含酚酞琼脂块模拟细胞，NaOH模拟细胞运输的物质，是操

作简单方便，也能正确得出细胞大小与物质运输的关系。二、实验原理

本实验用琼脂块(内含酚酞试液)模拟细胞，用NaOH模拟被细胞吸收的物质，利用分子的扩散

来模拟细胞的物质交换，利用颜色的反映来确认物质扩散的深度。

当NaOH与含有酚酞的琼脂块相遇时，其中的酚酞就会变成紫红色。从琼脂块的颜色变化情况就能反映NaOH扩散进入琼脂块的深度。通过计算在相同时间内物

质扩散的体积与总体积之比，可得知细胞表面积、体积之比与细胞代谢、物质

运输效率之间的关系，进而理解细胞不能无限长大的原因。

酚酞遇NaOH变色的原理：酚酞是一种有机弱酸，它在酸性溶液中，H+浓度较高时，形成无色分子。但随着溶液中H+浓度的减小，OH-浓度的增大，酚酞结构发生改变，并进一步电离成红色离子。

从离解平衡式可以看出，当溶液由酸性变化到碱性，平衡向右方移动，酚酞由酸式色转

变为碱式色，溶液由无色变成红色；反之，由红色变成无色。这个转

变过程是一个可逆过程，如果溶液中H+浓度增加，上述平衡向反方向移动，酚酞又变成了无色分子。因此，酚酞在酸性溶液里呈无色，当溶液中H+浓度降低，OH-浓度升高时呈红色。酚酞的变色范围是pH8.0～10.0。

三、实验材料及器具

1.实验材料

（一）3x3x6的含酚酞的琼脂块。

制作方法：称取9.75g琼脂置于500ml蒸馏水中，加热使其融化。称取0.15克酚酞置于33毫升95%乙醇溶液中，待琼脂温度降为80度时量取16.5ml酚酞试剂加入，璃棒搅拌均匀。将含酚酞的琼脂冷却到60度时倒入烧杯中，在室温下，琼脂冷却后即可。

2.实验药品

（一）质量分数为0.1%的NaOH溶液配制方法：①准确称取0.5g的NaOH固体；②将NaOH固体加入烧杯中，加入499.5ml蒸馏水。蒸馏水不能一次加完。③待NaOH固体完全溶解后，把其转入试剂瓶中，并且用2步中剩余的蒸

馏水洗玻璃棒和烧杯，洗三次，将蒸馏水全部用完，并把每次洗后的溶液也转入瓶中。

④贴上标签，塞上瓶塞。将溶液摇匀，备用。（二）95%的乙醇溶液用途：酚酞为

白色或微带黄色的细小晶体，难溶于水而易溶于酒精。因此通常把酚酞配制成酒精溶液

使用。

（三）酚酞试剂

配制方法：称取0.15g酚酞于烧杯中，再用量筒量取33ml95%乙醇溶液，充分溶解。（具体步骤参照0.1%NaOH溶液的配制步骤）

3.实验仪器

（一）制作琼脂块：电子天平、电炉、玻璃棒、500ml烧杯、50ml量筒（二）

配制0.1%的NaOH：电子天平、500ml烧杯、200ml量筒、10ml量筒、玻璃棒、试剂瓶。

（三）配制酚酞试剂：50ml烧杯、50ml量筒、电子天平、玻璃棒、试剂瓶。（四）

正式实验：

毫米尺（5）：切琼脂块时使用

塑料刀（5）：切琼脂块时使用

塑料勺（5）：翻动琼脂块时利用

餐巾纸（若干）：吸水防护手套（若干）250ml烧杯（4）

琼脂块模具：制作琼脂块时使用电子天平：称量NaOH固体

四、实验步骤

（1）用塑料刀(解剖刀)把琼脂块切成三块边长分别为3cm、2cm和1cmc的立

方体。

（2）把3块立方体琼脂块放在烧杯内，加入NaOH溶液将琼脂块淹没，用塑料勺不时翻动琼

脂块10min。

（3）10min后戴上手套，用塑料勺把琼脂块从NaOH溶液中取出来，用餐巾纸

把它们吸干。没干之前不要接触它们，以免在后面的操作中，琼脂块表面的NaOH溶液从切口流进去。再用塑料刀把每一个琼脂块沿两条平行切面切成三块。

（4）取中间那块观察切面，测量每一种琼脂块上NaOH扩散的深度。（5）把实验结果记录在下表中。

（5）整理桌面，离开实验室。

注：相对表面积=表面积(数值)/体积（数值）

NaOH的扩散速率=NaOH扩散的体积/琼脂块体积五、替代

的实验方法

由于NaOH属于强碱，有一定的腐蚀性，再加上用量较大，给实验带来一定的危险性，在分组

实验时学生可能会有较大的心理压力，不利于完成实验。所以可

以找一些相对安全的实验材料和试剂来代替。

高一（13）

班

钟紫榆