细胞大小与物质运输的关系实验设计

1、细胞大小与物质运输的关系实验方案设计、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陨的琼脂块模拟细胞；以NaOH溶液 模拟被细胞吸收的物质。山于酚酥遇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

2、无限长大的原因。二、实验目的1知识目标 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； 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； 通过实验帮助其明口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 培养学生团队合作精神； 培养学生实事求是的科学态度和严谨认真的治学精神。三、实验解析（-）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. 含有酚酥的琼脂块遇到NaOH,酚酥变红色。主要利用酚酿遇碱性

3、裕液变红 的特性。（酚歆是一种弱有机酸，在pHV的溶液里为无色的内酯式结构，当pH lcm5. 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岀，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

4、格）。2）和模拟细胞的体积cmV.分析结果，得出结论。实验数据需计算表面积S（7b）, 用S/V的比值，表示相对表面积的大小。并测量NaOH扩散深度（cmcm） 3） 之比，表示细胞运输效率的大小。与整个琼脂块的体积（cm （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酥相互污染， 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. 酚酥易引起过敬反应，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

5、，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和体积的计算可同时进行。（五）实验变量分析本实验中自变量是不同大小琼脂块模拟的细胞，因变量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。比值（表比值（NaOH扩散的NaOH体积表面积琼脂块的 扩散面积/体体积整 个琼脂块的32 /cm /cm的深度/cm 边长/cm体积）积）.32 11. 琼脂块的表面积和体积的比随着琼脂块的增大而。结论2. NaOH扩散的体积与整个琼脂块体积之比随着琼脂块的增大而扩散的体积

6、二琼脂块体积（琼脂块边长测量的扩散深度）3五、实验结论及分析（-）实验结果与预测结果的比较（注：因为细胞体积一般在20-30 H m3,r以在数据处理上 可以增加一边长为琼 脂块的表面积和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O ）7二）试验中遇到的问题1. 酚酥是极易引起过敬的一种物质，如何保证实验过程中操作者不过敬戴一次性手套，操作中避免试剂直接接触皮肤。NaOH具有极強的腐蚀性，操作时应避免与皮肤和眼睛接触。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、鞍类、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

7、（分子式：）。 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。H3BO3 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和废液，然后将其倒掉。六、替代实验山于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，所以可以选择一些相对比较安全的实验材料和试剂来代替。本实验是利用显色反应来检测物质在琼脂块中的扩散深度，故可以想到淀粉遇碘 变蓝、石蕊的酸碱变色、蛋白质与双缩腺的显色反应等可作为替代。再经查阅资 料，发现，利用蛋口质与双缩腺显色反应替代的实验，蛋白质在碱性环境中与铜 离子反应，生成紫色络合物，而这种紫色络合物是可洛性的

8、，边缘部分就会溶解， 而不是想象岀的渗透进去，所以这个方案是不可行。所以实验可尝试使用淀粉代 替酚St碘液代替氢氧化钠溶液，实验的原理是淀粉遇碘变蓝，颜色变化明显。 实验改进：淀粉代替酚St碘液代替NaOH溶液1 原理：本实验是利用显色反应来检测物质在琼脂块中的扩散深度，而淀粉遇碘 会变蓝，因此，可用淀粉代替酚St碘液代替NaOH进行实验。）和30%-10淀粉遇碘变蓝的原理：淀粉是口色无定形粉末，山直链淀粉（占. 支链淀粉（占70-90%）组成。直链淀粉能溶于热水而不呈糊状，支链淀粉不溶 于水，热水与之作用则膨胀而成糊状。其中溶于水中的直链淀粉，呈弯曲形式, 并借分子内氢键卷曲成螺旋状。这时加

9、入碘酒，其中碘分子便钻入螺旋当中空隙, 并借助范徳华力与直链淀粉联系在一起，从而形成络合物。这种络合物能比较均 匀地吸收除蓝光以外的其它可见光（波长范围为400-750nm）,从而使淀粉变该改进实验与教材实验比较有如下优点：由于碘液代替了氢氧化钠，没有腐蚀性。 在实验安全方面比教材实验好，学生可以放心大胆的操作。2. 实验用具及试剂：用具：电子天平一个、500ml烧杯一个、玻璃棒一支、小刀一把、小塑料盆一个， 塑料勺一把、一次性手套、餐巾纸一卷、棕色瓶一个、电炉，化学药品及试剂：琼脂粉18 g、碘单质、碘化钾5g、乙醇250mL、淀粉3 实验步骤碘液的配制：取500ml烧杯一个，加入乙醇250

10、mL,用电子天平称取碘单质、碘 化钾5g,倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌，使固体溶解，再加水至500mL,混匀， 移至棕色瓶中，保存。含淀粉的琼脂块的制作：称取淀粉2g,放入烧杯里，量取25mL水，加入烧杯中， 用玻璃棒搅拌，调成糊状后，再倒入75 mL水搅拌。将烧杯放在电炉上加热，煮 沸后加入琼脂9g,用玻璃棒不断搅拌，待琼脂完全溶解后加入水至500mL,煮 沸后将溶液分别倒入250ml牛奶盒中，冷却。（注意：淀粉必须调成糊状后才能加热，可防止淀粉形成颗粒.影响实验结果。） 将冷却后的琼脂放在废旧报纸上，用小刀沿尺子把琼脂块切成三块边长分别为3 cm、2 cm和1 cmc的立方体。将3块琼脂块放入小塑料盆中，加入碘液，将琼脂块完全淹没。浸泡15 min,在 此时间内，用塑料勺不时翻动琼脂块不要将琼脂块弄坏。将小塑料盆中的液体倒掉，用塑料勺将琼脂块从碘液中取出，用吸水纸将其表面 液体吸干，然后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碘液扩