对“渗透作用”实验的完善策略和路径

1、.对“浸透作用实验的完善策略和途径“浸透作用实验是高中生物学课程中的经典实验,人教版高中生物必修1“分子与细胞多年来一直沿用该实验作为突出这一章节重点、打破难点的辅助手段。学生通过观察、分析浸透现象,认识生物膜的选择透过性,理解浸透作用及其发生条件,为进一步学习细胞的吸水和失水现象建立了良好的知识铺垫。但如何做好该实验才能到达预期效果?教科书的浸透装置存在一些缺乏,笔者通过对其进展了探究和改进,获得了良好的实验效果。现介绍如下,以供参考。一、对实验装置的改进教材中的实验装置如图1所示,该装置中长颈漏斗呈下大上小的钟形,半透膜需套在下端,在实际操作中,由于钟形长颈漏斗下部口径大,要求制取的半透膜

2、的面积较大,在实验材料的准备过程中很难寻到理想的半透膜,而且在套膜、结扎上也较费事,经常会出现结扎不严密或半透膜破损等操作困难的问题。另外长颈漏斗上部管径也不够细小,造成漏斗内水柱上升幅度小且速度缓慢,实验现象不明显。这留下了很多考虑和创造的空间。关于浸透作用演示实验装置的改进,已有不少老师做了很多的尝试,笔者进一步将装置做了如下改进图2。1用带刻度的移液管代替长颈漏斗。由于长颈漏斗的玻璃管内径大,也没有刻度,所以管内液面上升速度慢,读数也不方便,而带有刻度的移液管可以短时间内直接读取液面上升的高度。注意在实验过程中要根据需要选择移液管的大小,假如移液管管径过小,易产生气柱,移液、装管困难;假

3、如移液管管径过大,那么实验现象不明显。实验说明,用体积为5 mL的移液管长颈的直径范围在47 mm效果较好。2由于钟形长颈漏斗下部口径大,要求制取的半透膜膜面积较大,在实际操作中很难找到适宜大小的半透膜生物膜,而且在套膜、结扎上较费事,所以将装置下部口径细化,将半透膜直接套在了移液管下端并结扎。二、半透膜材料的选择该实验能否获得直观的效果,半透膜的选择至关重要。半透膜材料大致可分为生物材料与非生物材料两种。常用的生物材料有鸡蛋的卵壳膜、鱼膘、肠衣等;而非生物材料有玻璃纸、火棉胶等。教材中选用玻璃纸作为半透膜材料。但该章节重在培养学生对生物膜选择透过性的理解,而玻璃纸与生物膜有一定的差异,所以选

4、用玻璃纸进展实验缺乏说服力,而且玻璃纸来源渠道窄,很难购置。所以选用生物材料取代玻璃纸作为半透膜的材料比较适宜。其中,鸡蛋膜或者鱼鳔为较常使用的半透膜材料。到底哪一种材料的实验效果更好?笔者通过实验比较了鸡蛋膜和鱼鳔作为半透膜材料的优缺点,以期选择出最正确的半透膜材料。1.半透膜的制备1鸡蛋卵壳膜的处理鸡蛋卵壳膜简称蛋膜,在生鸡蛋稍尖的一端,轻轻敲出直径大小约1.2 cm的小孔,倒出蛋清和蛋黄,留下蛋壳用清水洗净,然后分别用以下两种方法处理:1浸泡在质量分数为15%的盐酸中1520 min。2浸泡在醋酸中也可用食用醋或者冰醋酸24 h。处理期间需经常翻动蛋壳,以使蛋壳能均匀浸泡在液体中,待蛋壳

5、变薄变脆后,轻轻用力剥出蛋膜。结果分析:比较两种处理蛋膜的方法,发现使用15%的盐酸处理蛋壳获取半透膜效果更好。醋酸处理虽然条件较温和,但耗时太长至少需要24 h,操作不方便。笔者反复比较两种处理方法制取的半透膜材料的浸透效果,发现并没有明显的差异。因此,笔者建议使用15%的盐酸处理蛋壳获取半透膜。2鱼鳔的处理取鱼鳔鲢鱼或鳙鱼市场临时购置,用剪刀或者刀片切去后室即小的一端,留着前室大的一端,切口大小略大于移液管的下端,以便于包裹,用橡皮筋系好。鱼鳔需现买现剖现制。2.不同半透膜材料浸透效果的比较选用图2装置进展实验,所用蔗糖浓度为0.3g/mL,10 min后测定图2装置中水柱液面上升的高度,

6、结果见表1。结果与分析:由表1可知,鸡蛋膜为半透膜的装置管内液柱上升的高度远远大于鱼鳔。10 min后,前者液面上升11.0 mm,而后者的液面只上升0.10 mm,液柱几乎没有变化。可能是由于鱼鳔质地比较厚,影响了水的扩散,使管内水柱上升速度变慢,而且鱼鳔需要现买现剖现制,腥味浓重,不方便购置、操作和保存;而鸡蛋来源广,本钱低,易保存,蛋膜制作过程也相对较简单。因此,笔者认为蛋膜为更理想的半透膜材料。三、浸透溶液浓度选择半透膜两侧的浓度差会影响浸透作用的效率。教材中的浸透作用示意图和实验“观察植物细胞质壁别离与复原使用的都是质量分数为0.3 g/mL的蔗糖溶液。实验时浸透速率较慢,现象不太明

7、显。为了进步演示实验的效果,笔者探究了不同浓度蔗糖溶液对浸透作用效果的影响。分别用质量分数为0.1 g/mL、0.2 g/mL、0.3 g/mL、0.4 g/mL、0.5 g/mL的蔗糖溶液进展实验,测定一定时间内管内液柱上升的高度,结果见表2。结果与分析:由表2可知,管内液柱上升的速率与半透膜两侧溶液浓度差呈正相关。蔗糖溶液浓度为0.1g/mL时水柱上升速度缓慢,为0.21mm/min;随着蔗糖浓度的增加,水柱上升的速率增加。当蔗糖溶液浓度等于或者大于0.3 g/mL时,水柱上升的速率明显加快。当蔗糖溶液浓度为0.3 g/mL时,水柱上升速度到达0.62 mm/min;当蔗糖溶液浓度为0.5

8、g/mL时,到达0.98mm/min。液面上升现象直观明了。结果说明:蔗糖溶液浓度过低时,浸透现象不明显;而浓度过高时一般超过0.5 g/mL又会破坏生物膜的透性,不同生物膜材料对溶液的耐受才能不同,对于以蛋膜为半透膜材料的装置,质量分数为0.40.5 g/mL的蔗糖溶液实验效果较好。四、实验温度选择研究温度对浸透作用效果的影响,将以蛋膜为半透膜材料的装置分别置于温度为28、35、42的环境中蒸馏水和0.5 g/mL的蔗糖溶液,结果见表3。结果与分析:由表3可知,在一定温度范围内,液柱上升速率与温度呈正相关。随着温度升高,浸透作用速率加大。28时,10 min内液注上升11mm,而在42时,液柱能上升16 mm,浸透现象显着增强。进步温度使清水和蔗糖溶液分子的运动速度加快,浸透速度也随之加快。但温度过高会破坏半透膜的透性,不同的半透膜材料对温度的耐受才能不同,对于以蛋膜为半透膜材料的装置,将温度控制在3540时浸透作用效果较好。经过创