瓊脂塊實驗探究

1、對細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系實驗的研究湖南省郴州市第一中學(xué)高三258班彭程湖南省郴州市第三中學(xué)高三10班何慧玲李燕玲夏培智1問題的提出問題的提出細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系實驗，是將含酚酞的，邊長分別為1、2、3cm的瓊脂塊在NaOH溶液中浸泡10分鐘，觀察NaOH擴散的深度。實驗結(jié)果是NaOH在不同邊長的瓊脂塊中擴散的深度一致，約為05cm。教材試圖將這一模擬實驗的結(jié)果遷移到細胞以解釋細胞不能無限長大的原因，得出的實驗結(jié)論是：(1)邊長不同

2、的瓊脂塊中，NaOH的擴散速度一致。(2)瓊脂塊的邊長越大，表面積與體積之比值越小，NaOH擴散的體積與整個瓊脂塊的體積之比值越小。(3)通過模擬實驗可以看出，細胞體積越大，其相對表面積越小，細胞的物質(zhì)運輸效率就越低；如果細胞太大，細胞核的“負擔(dān)”就會過重。在對實驗結(jié)果進行分析討論時，我們產(chǎn)生了疑問：細胞是由小長大的，有足夠時間讓物質(zhì)從細胞外圍擴散到細胞中心或反向擴散到細胞外圍，如果把實驗時間延長，較大的瓊脂塊的NaOH擴散的體積與整個

3、瓊脂塊的體積之比值不就可以增加嗎？瓊脂塊沒有類似細胞膜的控制物質(zhì)進出的邊界，教材所述實驗結(jié)論強調(diào)細胞的物質(zhì)運輸效率，而實驗本身及教材所述實驗結(jié)論卻沒有涉及到在物質(zhì)運輸中起關(guān)鍵作用的細胞膜，模擬實驗結(jié)果跟細胞生命活動的平行關(guān)系明顯嗎？我們感到此實驗的情境與結(jié)果跟活細胞及其物質(zhì)運輸有較大區(qū)別，模擬實驗與真實的細胞生命活動之間的平行關(guān)系不夠明顯，難以充分說明細胞不能無限長大的主要原因，教材的實驗分析不夠全面、不夠深刻，有待完善（當(dāng)然，教材編者

4、出于整體的編寫思路，無需對一個小局部全面著力，另外，不把實驗分析詳細或全面表述出來也是一種編教科書的技巧，確實應(yīng)該給學(xué)生留下思考、分析的空間，由教師引導(dǎo)學(xué)生完成實驗分析）。2主要的研究方法主要的研究方法21文獻法文獻法上網(wǎng)搜索、瀏覽相關(guān)資料，下載典型資料；查閱大學(xué)教材。處理、分析獲取的資料，確定研究方向和實驗方案。22實驗探究實驗探究221第一次實驗將30g瓊脂通過加熱煮沸溶于1000mL水中，再加入1g酚酞試劑。注入大小和形狀不同的容

5、器中冷卻，制成不同大小和形狀的瓊脂塊。將瓊脂塊浸泡在01gmL的NaOH溶液中，10分鐘后取出，迅速吸干表面的NaOH溶液，在與表面垂直的方向切開瓊脂塊，測量NaOH擴散深度的平均值。對實驗操作的改進，有實驗材料的替換和瓊脂塊形狀的改變等，如用果凍替換瓊脂塊和按照碘遇淀粉變藍色的原理替換實驗材料。改進后的實驗操作有操作方面的所謂優(yōu)點，也有缺點。由于教材介紹的實驗操作簡便可行，各種“改進”的必要性不大。例如，東北師大的王秀莉博士因細胞多為

6、球狀而建議把瓊脂塊改為瓊脂球[1]，“改進”的理由是不充分的，因為細胞的形態(tài)多種多樣，瓊脂塊的形狀并不重要，重要的是在與瓊脂塊表面垂直的方向上測量NaOH的擴散深度，所以，王博士的“改進”沒有價值。各種教學(xué)設(shè)計在實驗分析環(huán)節(jié)都是照本宣科，并沒有對實驗分析環(huán)節(jié)提出疑問或見解。僅有姜永均老師[2]指出該實驗只是模擬了物質(zhì)出入細胞的自由擴散方式，而作為活細胞有選擇性地控制物質(zhì)出入的主要方式──主動運輸，在實驗中則沒能體現(xiàn)出來，致該實驗存在不足

7、之處而受到質(zhì)疑。姜老師建議巧妙地設(shè)置問題，呈現(xiàn)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生的思維發(fā)散開去，將書本中的前后知識聯(lián)系起來，融會貫通，使他們洞悉現(xiàn)象與本質(zhì)的差異，理解實驗的科學(xué)性原則。姜老師的觀點與我們的看法有相同之處，但姜老師在文中沒有對實驗結(jié)果進行深刻分析，沒有指出引導(dǎo)學(xué)生進行實驗分析的具體方法。我們對該實驗的研究是獨到的，對該實驗的初步分析是一種創(chuàng)新見解。33實驗現(xiàn)象中的疑點實驗現(xiàn)象中的疑點在NaOH溶液中浸泡10分鐘，NaOH在瓊脂柱中的擴散深度

8、達到05cm，切成兩段，一段在NaOH溶液中再浸泡10分鐘，一段置于空氣中，NaOH在兩截瓊脂柱中繼續(xù)向內(nèi)擴散，而瓊脂柱的外圍紅色消褪形成本色環(huán)，該淺色環(huán)的寬度還會隨時間的延續(xù)而增加。這一現(xiàn)象用空氣中的CO2進入瓊脂柱來解釋行不通。4分析與討論分析與討論41模擬實驗與真實的細胞生命活動之間的平行關(guān)系不太明顯模擬實驗與真實的細胞生命活動之間的平行關(guān)系不太明顯411活細胞的邊界細胞膜有控制物質(zhì)進出細胞的作用，瓊脂塊沒有這樣的邊界，NaOH溶

9、液在瓊脂塊中的擴散只相當(dāng)于細胞內(nèi)的物質(zhì)的擴散運輸，該實驗的結(jié)果不能說明細胞表面之細胞膜的重要作用。412活細胞在細胞質(zhì)流動時的胞內(nèi)物質(zhì)擴散運輸?shù)乃俣葧黾樱毎麅?nèi)的細胞器還有特殊的物質(zhì)轉(zhuǎn)運方式。413觀察實驗結(jié)果的方法與指標是測量NaOH在一定時間內(nèi)的擴散深度，也可得出“細胞太大，物質(zhì)從細胞外圍部分遠距離運送到細胞中心部分有困難”的結(jié)論，但這一結(jié)論又會產(chǎn)生疑問，因為細胞是由小長大的、持續(xù)生活的，細胞長到較大體積的過程中，細胞中心的物質(zhì)有