瓊脂塊實驗探究

1、對細胞大小與物質運輸?shù)年P系實驗的研究湖南省郴州市第一中學高三258班彭程湖南省郴州市第三中學高三10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運輸?shù)年P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，細胞的物質運輸效率就越低；如果細胞太大，細胞核的“負擔”就會過重。在對實驗結果進行分析討論時，我們產生了疑問：細胞是由小長大的，有足夠時間讓物質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進出的邊界，教材所述實驗結論強調細胞的物質運輸效率，而實驗本身及教材所述實驗結論卻沒有涉及到在物質運輸中起關鍵作用的細胞膜，模擬實驗結果跟細胞生命活動的平行關系明顯嗎？我們感到此實驗的情境與結果跟活細胞及其物質運輸有較大區(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，確實應該給學生留下思考、分析的空間，由教師引導學生完成實驗分析）。2主要的研究方法主要的研究方法21文獻法文獻法上網搜索、瀏覽相關資料，下載典型資料；查閱大學教材。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。各種教學設計在實驗分析環(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、之處而受到質疑。姜老師建議巧妙地設置問題，呈現(xiàn)給學生，引導學生的思維發(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)象與本質的差異，理解實驗的科學性原則。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果進行深刻分析，沒有指出引導學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系不太明顯411活細胞的邊界細胞膜有控制物質進出細胞的作用，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于細胞內的物質的擴散運輸，該實驗的結果不能說明細胞表面之細胞膜的重要作用。412活細胞在細胞質流動時的胞內物質擴散運輸?shù)乃俣葧黾?，細胞內的細胞器還有特殊的物質轉運方式。413觀察實驗結果的方法與指標是測量NaOH在一定時間內的擴散深度，也可得出“細胞太大，物質從細胞外圍部分遠距離運送到細胞中心部分有困難”的結論，但這一結論又會產生疑問，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，細胞中心的物質有