植物细胞的失水和吸水

【探究1】植物细胞的吸水和失水
一．活动目标
1．进行植物细胞失水和吸水的探究，观察植物细胞的质壁分离和复原。

2．说明植物细胞失水和吸水的条件。

2.背景资料
液泡液泡是植物细胞中具有膜结构的细胞器之一。

植物细胞具有酸甜苦涩等味道，植物的花、果、叶具有红橙黄绿紫等颜色，通常都与植物细胞中的液泡有关。

液泡中的液体称为细胞液。

细胞液中含有细胞代谢的产物，其主要成分是水和溶于水的糖类、有机酸、植物碱、色素和盐类等，因此，细胞液具有一定的浓度。

由于植物细胞的种类、分布部位等的不同，细胞液所含的物质也不完全相同。

二．实验原理
当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水分就透过原生质层进入外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。

由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。

当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水分就透过原生质层进入细胞液中，整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离的复原。

三．操作指南
1．材料：紫色的洋葱鳞片叶
2．用具：刀片，尖头镊子，滴管，载玻片，盖玻片，显微镜，吸水纸。

3．试剂：质量浓度为0．3 g/mL的蔗糖溶液，清水。

4．操作要点
（1）制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片
用滴管在载玻片中央滴一滴清水。

用镊子撕取一小块颜色较深的洋葱鳞片叶外表皮，将这块表皮放在载玻片中央的清水滴中展平。

用镊子夹起盖玻片，将盖玻片的一边先接触载玻片上的水滴，然后轻轻地盖在水滴上。

（2）观察洋葱表皮细胞
将低倍镜对准通光孔，调节反光镜和光圈，获得明亮的视野。

把做好的装片放在载物台上观察，直至获得清晰的影像。

（3）观察质壁分离
取下临时装片，水平地放在桌上。

用滴管从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引。

重复上述操作，使洋葱鳞片叶表皮浸润在蔗糖溶液中。

用低倍镜观察蔗糖溶液中细胞的变化。

（4）观察质壁分离的复原
取下临时装片，水平地放在桌上。

从盖玻片的一侧滴入1～2滴清水，在另一侧用吸水纸吸引，以吸去蔗糖溶液。

这样重复几次，盖玻片下的洋葱表皮又浸润在清水中。

仍用低倍镜观察，看洋葱表皮细胞又发生了什么变化。

四．分析讨论
1．从植物体的哪些部位能够获得用来研究细胞失水和吸水的材料？
2．植物细胞在什么条件下会发生质壁分离？在什么条件下发生质壁分离的复原？
3．如果本探究用KNO3溶液代替蔗糖溶液，洋葱表皮细胞会发生什么变化？
4．动物细胞能不能通过渗透作用吸水或失水？动物细胞会不会发生质壁分离现象？
五．教学设计
1．提出问题
引导学生结合生活经验，如做糖拌西红柿、盐腌雪菜时观察到的现象，以及制备细胞膜的经验，通过小组成员的讨论，提出与植物细胞吸水和失水相关的问题。

例如，“植物细胞与动物细胞吸水和失水的异同点有哪些？”“植物细胞在什么情况下会吸水？细胞有怎样的变化？”“植物细胞在什么情况下会失水？细胞有怎样的变化？”“能否通过植物细胞吸水和失水来测量细胞液的浓度？如果可以，测量细胞液浓度的过程是怎样的？”之后要指导学生对问题进行筛选，确定有探究价值的问题。

2．作出假设
要求小组成员依据已有知识和生活经验，对提出的问题进行推测，作出尝试性的回答，用陈述句的形式表述出来。

例如，某小组提出的问题是：“植物细胞与动物细胞吸水和失水的异同点有哪些？”教师可引导他们先回忆植物细胞和动物细胞在结构上有哪些异同点，再联想动物细胞吸水和失水的现象，以及与植物细胞吸水和失水有关的生活经验，通过小组讨论作出以下假设：“植物细胞和动物细胞在吸水和失水过程中有相同点，吸水和失水取决于细胞液与外界溶液的浓度差；由于植物细胞有细胞壁，动物细胞没有，所以在吸水过程中动物细胞会一直吸水直至胀破，而植物细胞有细胞壁，不至于吸水胀破。

”
3．设计实验
在这一环节，可先让学生在小组内根据假设讨论实验的初步方案，提出大致的思路。

经老师认可后，小组需要对实验方案进行细化，这必然要涉及用什么材料、试剂的具体浓度等细节，这时，教师可要求学生先阅读课本上提供的参考案例，从中找到可借鉴之处，再对本小组的实验方案进行细化。

例如，上文提到的那个小组根据本小组作出的假设，设计了以下的实验。

基本思路是：将植物细胞和小鼠血细胞分别浸润在高浓度蔗糖溶液中，观察其大小变化；再将上述细胞浸润在清水中，观察细胞变化。

学生预期的结果是：由于植物细胞和动物细胞都属于细胞，在细胞外溶液浓度大于细胞液浓度时，水分渗透出细胞，细胞皱缩。

因为植物细胞有细胞壁，所以出现了原生质层与细胞壁分离的现象。

在细胞外溶液浓度小于细胞液浓度时，水分渗入细胞，细胞膨胀。

因为小鼠血细胞没有细胞壁阻挡，所以一直吸水直至胀破；植物细胞有细胞壁，出现了质壁分离复原的现象。

虽然细胞壁有一定的弹性，植物细胞可因吸水而比原来的细胞体积略大，但因吸水产生的膨压，作用于细胞壁，细胞壁产生壁压，两相抵消，细胞不再吸水胀大。

至于用什么植物的什么细胞作材料，高浓度蔗糖溶液的浓度到底是多少，等等，要待看过课本上参考案例后再讨论决定。

4．进行实验
教师可要求各小组先根据拟订的实验方案设计记录表格，再检查所需要的材料用具和试剂是否准备齐全，确定小组内的分工。

然后，各小组开始实验，将观察的结果记录在表格中，教师在各小组巡回指导。

观察记录表格示例：
5．分析结果，得出结论
首先指导小组成员分析实验结果与预期是否符合，判断所作的假设是否成立，之后得出结论。

6．表达和交流
组织各小组同学向全班报告本小组提出的探究问题、探究过程、实验结果和得出的结论，其他同学发表评论和质疑，报告人或本小组其他同学回答质疑，听取其他小组的建议，完善本小组的实验方案或结论。

评价建议。