1、1“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原实验”的解读杨重云（舟山中学 316000）一、几个概念1半透膜：是指一些物质可以透过，另一些物质不能透过的多孔性薄膜，如玻璃纸可以让水分子透过，蔗糖分子则不能。2渗透作用：是指水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。渗透作用产生必须具备两个条件：半透膜和半透膜两侧的溶液具有浓度差。3原生质层：是指细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质。由于膜具有选择透过性，所以原生质层相当于一层半透膜，并且原生质层两测的溶液通常具有浓度差，因此，当成熟的植物细胞与外界溶液接触时，细胞液就会通过原生质层与外界溶液发生渗透作用。二、实验原理把
2、成熟的植物细胞放置在某些对细胞无毒害的物质溶液中，当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水分子就透过原生质层进入到外界溶液中，使原生质层和细胞壁都出现一定程度的收缩。由于原生质层比细胞壁的收缩性大，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，外界溶液中的水分子就通过原生质层进入到细胞液中，发生质壁分离的细胞的整个原生质层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复原。三、方法步骤项目 实验过程及结果制作临时装片用镊子撕取紫色洋葱鳞片叶的外表皮约 0.5cm2，放在载玻片预先滴的水滴中，展平后盖上盖玻片。注意
3、不要带叶肉部分。制作临时装片与观察 观察先用低倍镜找到紫色洋葱表皮细胞，并移到视野中央，然后 换上高倍 镜观察。这时可看到紫色洋葱表皮细胞中紫色的大液泡， 还可以看到原生质层（原生质体）与细胞壁紧贴在一起。滴蔗糖溶液在载物台上，从盖玻片的一侧滴入 0.3g/mL 的蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。 这样 重复 34 次，洋葱表皮细胞就浸润在蔗糖溶液中。细胞质壁分离观察这时在高倍镜下可以观察到，细胞中的液泡逐 渐变小， 颜色逐渐变深，原生质层（原生质体）开始在边角与细胞壁分离，最后完全分离。滴清水接着在盖玻片的一侧滴入清水，在另一 侧用吸水纸吸引， 这样重复 34 次，洋葱表皮细胞就浸润
4、在清水中。质壁分离复原观察这时在高倍镜下可以观察到，细胞中的液泡逐 渐胀大， 颜色也逐渐变 浅，原生质层又逐渐贴着细胞壁。结 论上述实验表明：细胞液和外界溶液通过原生质层确实发生了渗透作用。在细胞液的浓度低于外界溶液的浓度时，洋葱鳞片叶表皮细胞就失水， 发生 质壁分离；在细胞液的浓度高于外界溶液的浓度时，洋葱鳞片叶表皮细胞就吸水，已出现质壁分离的细胞，发生质壁分离复原。细胞能否从外界吸收水分取决于 细胞液的浓度和外界溶液浓度的高低。当细胞液的浓度高于外界溶液的浓度时， 细胞就吸水，否则就失水。2四、成功的关键1实验材料的选择：最常用的实验材料是紫色洋葱鳞片叶，紫色大液泡十分明显，能方便地观察到
5、质壁分离及复原的过程。所选择材料都必须是活细胞，因为只有活细胞的原生质层才具有选择透过性，否则将不会出现质壁分离和复原的现象。未选择紫色洋葱作材料，实验效果差，原因是由于不具紫色的洋葱，细胞液无颜色，因此分辨不清，并不是不会发生质壁分离和复原。2试剂种类的选择：使细胞发生质壁分离的试剂不止一种蔗糖，只要对细胞没有毒害作用即可。常用的试剂是 0.3g/mL 的蔗糖溶液，用 0.3g/mL 的蔗糖溶液做分离试剂时，细胞发生质壁分离和复原的速度比较缓慢，便于观察变化过程。用适当浓度的乙醇、乙二醇、甘油溶液、硝酸钾溶液也可以观察到质壁分离现象，但这些物质可以通过原生质层进入细胞，导致细胞液浓度变大，细
6、胞又通过渗透作用吸水，从而会自动复原。3试剂浓度的选择：试剂的浓度影响细胞质壁分离的速度，试剂浓度越高，发生质壁分离的速度越快，但试剂浓度过高，细胞会过度失水而死亡，无法复原。所用试剂浓度过低，导致质壁分离过慢，影响对实验结果的观察。4取材：撕取的鳞片叶颜色越深越容易观察，撕下的表皮能看到紫色，又不带有叶肉细胞时效果最好。5引流：在显微镜载物台上进行引流换液操作，不要一次滴液太多，以免污染物镜镜头。五、拓展应用1实验结果说明原生质层是选择透过性膜，成熟的植物细胞处在一定浓度的溶液中就构成了渗透系统。2测定细胞液的浓度。原生质层相当于一层半透膜，所以水分子可以自由通过，而蔗糖等大分子物质却不能通
7、过。将细胞放入具有浓度梯度的一系列蔗糖溶液中，观察质壁分离和复原的情况，即可测定该细胞的浓度范围。3判断植物细胞的死活。只有活细胞的原生质层才可以看作半透膜，才有质壁分离和复原现象，如细胞死亡，原生质层的结构破坏，半透膜性质消失，不能产生质壁分离和复原现象。4显微镜下观察细胞膜。正常植物细胞的细胞膜很薄。又紧贴细胞壁，不易看到，质壁分离后，原生质层的最外面即为细胞膜。特别提醒：动物细胞也会发生渗透作用，但由于没有 细胞壁，不会发生质壁分离和复原。六、考题传真1（08 广东生物）观察在 0.3g/mL 蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞，发现中央液泡逐渐变小，说明（ ）A细胞壁相当于一层半透膜 B洋葱表皮
8、细胞是活的C此时 蔗糖溶液浓度小于细胞液浓度 D细胞壁收缩导致中央液泡失水解析：原生质层相当于一层半透膜，此时蔗糖溶液浓度大于细胞液浓度，细胞渗透失水收缩、中央液泡逐渐变小，能说明洋葱表皮细胞是活的。答案：B2（07 广东生物）用洋葱鳞片叶表皮制 备“ 观察细胞质壁分离实验”的临时装片，观察细胞的变化。下列有关实验操作和 结果的叙述，正确的是（ ）3A将装片在酒精灯上加热后，再 观察细胞质壁分离现象B在盖玻片一侧滴入清水，细胞吸水膨胀但不会破裂C用不同 浓度的硝酸钾溶液处理细胞后，均能观察到质壁分离复原现象D当质壁分离不能复原时，细 胞仍具正常生理功能解析：装片在酒精灯上加热会使细胞死亡，而死
9、亡的细胞不会发生质壁分离；在盖玻片一侧滴人清水，细胞会吸水膨胀，由于植物细胞具有细胞壁，细胞壁具有保护作用，因而细胞不会破例；过高浓度的硝酸钾会使植物细胞失水过多而死亡，因而也就看不到质壁分离复原现象；质壁分离不能复原，说明细胞失水过多而死亡了，因此不具有正常生理功能。答案：B3（06 江苏生物）将一植物细胞放入 KNO3 溶液中，一段时间后发生了质壁分离，下列说法不正确的是（ ）A此细胞是活细胞B原生 质层具有选择透过性C发生 质壁分离的细胞一段时间后可自动质壁分离复原D原生质层两侧溶液存在浓度差， KNO3 溶液浓度低于细 胞液浓度解析：放入 KNO3 溶液中的细胞发生质壁分离，则说明 K
10、NO3 溶液的浓度大于细胞液浓度，细胞失水而发生质壁分离。过一会儿又会自动质壁分离复原是因为 K+和 NO3-被主动吸收进入细胞内，提高了细胞液浓度，进而细胞又吸水而复原。答案：D4（06 广东生物）以紫色洋葱鳞 茎表皮为材料观察植物细胞 质壁分离现象，下列叙述 错误的是（ ）A. 在发生质壁分离的细胞中能 观察到紫色中央液泡逐渐缩小B滴加 30的蔗糖溶液比 10蔗糖溶液引起细胞质壁分离所需时间短C发生 质壁分离的细胞放入清水中又复原，说明细胞保持活性D用高浓度的 NaCl 溶液代替蔗糖溶液不能引起细胞质壁分离解析：细胞在发生质壁分离的过程中要出现失水现象，失去的水分主要来源于液泡，这时会看到
11、液泡体积变少，紫色变深，故 A 项正确；质壁分离实验的原理是细胞的渗透作用，当外界溶液浓度越大时细胞越容易失水，质壁分离所需时间越短，故 B 项正确；质壁分离和复原现象是活细胞所具有的生命现象，故 C 项正确，质壁分离实验的原理是细胞的渗透作用，当外界溶液浓度越大时细胞越容易失水，质壁分离现象越明显，但有可能使细胞死亡不能再发生质壁分离复原现象，故 D 项错误。答案：D5（08 上海生物）在保持细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与 萝卜条质量变化的关系如下图。若将处于 b 浓度溶液中的 萝卜条移入 a 浓度溶液中， 则该萝 卜条的质量将（ ）A不变B增大C减小D先增后减解析：在保持细胞存活的状态下
12、，萝卜条放入一定浓度的蔗糖溶液中，会发生渗透失4水，且蔗糖溶液越大，失水越快，萝卜条的质量将越小。从图像中可知，在 b 条件下，萝卜条已经失水，再入到较低浓度的溶液中，细胞会吸收一定时的水分，故萝卜条的质量会有所增大。答案：B6（2005 上海生物）将盛有一定 浓度蔗糖溶液的透析袋口扎 紧后浸于蒸馏水中，下 图表示透析袋中蔗糖溶液浓度与时间的关系，正确的是（ ）解析：由于蔗糖不能透过半透膜（即透析袋） ，所以把装有蔗糖溶液的透析袋侵入蒸馏水中，会不断吸水，溶液浓度会越来越低。答案：B。7(08 江苏生物)某同学进行实验 ，甲图为实验开始状态，乙图为实验结束状态。请在乙图所示实验结果的基础上继续
13、实验，探究蔗糖的水解 产物能否通 过半透膜。增添的实验材料：蔗糖酶溶液、斐林 试剂、 试管、滴管、水浴锅等。（1）设计出继续实验的简要步骤： ； 。（2）预测实验现象并作出结论。解析：本实验的设计思路主要有两个：证明出蔗糖被水解，蔗糖的水解产物是葡萄糖，用斐林试剂检验即可；观察 a、b 两管液面高度差的变化，如果差值增大，则说明能透过，否则不能。本题考查探究实验的设计能力以及对实验结果的处理能力，是难度比较大的题。注意探究实验的设计思路：分组编号，填材料，并设置对照组，在除变量以外的其他条件适宜的条件下完成实验过程(保证单一变量 )，观察现象，记录结果。探究实验和验证实验的主要区别是探究实验的
14、结果不确定，可能有多个，而验证实验的结果只有一个。答案：（1）向 a、b 两管分别加入等量蔗糖酶溶液，水浴加热（或隔水加热）U 型管至适宜温度，观察 a、b 两管内液面的变化 吸取 a、b 两管内适量液体，分别加入A、B 两试管中，并加入斐林试剂， （6065）水浴加热，观察 A、B 试管内有无砖红色沉淀 （2）如果 a、b 两管液面高度差缩小且 A、B 试管内均有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物能通过半透膜；如果 a、b 两管液面高度差增大且 A 试管内无砖红色沉淀、B 试管内有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物不能通过半透膜。时间蔗糖溶液浓度A时间蔗糖溶液浓度D时间蔗糖溶液浓度B时间蔗糖溶液浓度 C
