观察植物细胞的质壁分离与复原实验改进

一、该实验在教材中的地位

全日制普通高级中学教科书（必修）生物第一册第三章第四节《植物对水分的吸收和利用》设置了学生分组实验"观察植物细胞的质壁分离与复原"。通过实验，既能使学生深刻理解植物细胞失水和吸水的原理，又能提高实验操作技能，培养基本的科学探究能力。

二、实验原型及不足

1、原实验使用质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，实验所需时间较长，现象不明显。

2、原实验使用普通光学显微镜，不便于及时展示、交流。

三、实验创新和改进

1、将质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液换成质量浓度为0.08g/mL的NaCl溶液

2、实验过程中使用视频显微镜

四、实验器材

紫色洋葱

刀片、镊子、滴管、载玻片、盖玻片、吸水纸、视频显微镜

质量浓度为0.08g/mL的NaCl溶液、清水

五、实验原理

水和溶质物质都可以通过植物细胞的细胞壁，而植物细胞的原生质层不是全透性的，可以看作一种半透膜。当植物细胞的细胞液与外界溶液存在浓度差时，植物细胞就会吸水或失水。

当植物细胞失水时，液泡、原生质层和细胞壁均缩小，但细胞壁伸缩性小，原生质层伸缩性大，原来紧贴细胞壁的原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，出现质壁分离现象。相反，失水的细胞重新吸水后，又会发生质壁分离复原现象。

六、实验过程

（1）制作临时装片：1）在洁净的载玻片中央滴一滴清水

                   2）撕一小块洋葱表皮

                   3）将洋葱表皮平展在载玻片水滴中，盖盖玻片

（2）观察：        用低倍显微镜观察正常的洋葱表皮细胞

 

（3）滴入NaCl溶液：从盖玻片一侧滴入NaCl溶液，另一侧用吸水纸吸引。重复几次，盖玻片下面的洋葱表皮细胞就浸润在NaCl溶液中

（4）观察：         用低倍显微镜观察，看细胞中央液泡是否缩小，是否发生质壁分离现象

（5）滴入清水：     从盖玻片一侧滴入清水，另一侧用吸水纸吸引，重复几次，盖玻片下面的洋葱表皮细胞就浸润在清水中

（6）观察：         用低倍显微镜观察，看细胞中央液泡是否变大，是否发生质壁分离复原现象

七、实验效果及评价

1、使用蔗糖溶液时，洋葱表皮细胞发生质壁分离需要较长一段时间（大约需要8分钟）。使用NaCl溶液时，洋葱表皮细胞发生质壁分离速度快（大约需要2分钟）、现象明显，且能发生质壁分离复原。

    2、通过使用视频显微镜，能将实验现象及时呈现给所有学生。既能增加学生学习兴趣，又能使学生对知识记忆更深刻。也可在普通光学显微镜上加装视频头展示

探究植物细胞的吸水和失水

http://www.tudou.com/v/Nj-7WCpT5I0/v.swf

 

什么叫辛普森指数

定义：一种简便的测定群落中物种多样性的指数。其公式如下：D=1-∑(Ni(Ni-1))/(N(N-1))，其中Ni为群落中第i种的个体数，N为群落中所有种的个体数。  希普森多样性指数与群落丰富度是没有必然关系的，如群落A，有甲99个，乙1个；群落B，有甲50个，乙50个；易得前者希普森多样性指数=0.0198，后者希普森多样性指数=0.5000。这一点在于，群落A、B的丰富度都是一样的，但是均匀度不一样。 　　其次，辛普森指数越大，物种多样性越丰富，但辛普森指数最大不超过1。

丰富度、辛普森都是描述多样性的

多样性指数      辛普森指数是反映丰富度和均匀度的综合指标之一  辛普森多样性指数（Simpson's diversity index）      辛普森在1949年提出过这样的问题：在无限大小的群落中，随机取样得到同样的两个标本，它们的概率是什么呢？如在加拿大北部森林中，随机采取两株树标本，属同一个种的概率就很高。相反，如在热带雨林随机取样，两株树同一种的概率很低，他从这个想法出发得出多样性指数。用公式表示为：      辛普森多样性指数=随机取样的两个个体属于不同种的概率      =1-随机取样的两个个体属于同种的概率        丰富度指数指一个群落或生境中物种数目的多寡        由于群落中物种的总数与样本含量有关，所以这类指数应跟定为可比较的。生态学上用过的丰富度指数很多，如Gleason。Margalef

台湾高中阶段的生物教学大纲

高二生命科学：COLOR区分：　 高一学过　　　 高二特有　 高三还有进一步叙述的基础内容
教 材 大 纲	应 修 内 容
壹、细胞和生物体 一、细胞的构造 二、细胞的生理 三、组织、器官和系统 四、讨论 探讨活动1-1：细胞膜渗透作用	．胞器，原核与真核细胞的构造 ．细胞的化学组成，扩散，渗透，膨压．酵素的性质和活性，影飨酵素活动的因素 ．生物体的组织，器官和系统 ．藻类为何能生存在温泉中；淡水中的生物为何不能生活于海水中 ．观察细胞的渗透作用
贰、微生物的生命现象 一、微生物的基本构造 二、病毒和细菌 三、真菌 四、微生物的应用 五、讨论 探讨活动2-1：微生物的观察	．病毒、细菌、真菌的形状和构造 ．病毒的繁殖，细菌的生长与繁殖 ．酵母菌的生活史，霉菌的增殖，蕈的孢子繁殖 ．微生物在生态学上、医学、工业、农业及食品工业上的应用 ．微生物与人类的关系(有害与有利)
参、植物的营养 一、根、茎和叶的构造 二、水和无机盐的吸收与运输 三、光合作用与呼吸作用 四、养分的运输 五、讨论 探讨活动3-1：植物的气孔与蒸散作用	．维管束植物营养器官的外部形态及内部构造 ．水和无机盐的吸收与在木质部的运输，蒸散作用，影响蒸散作用的因素 ．光合作用与呼吸作用的生理、生态功能，影响光合作用与呼吸作用的因素 ．养分在韧皮部的运输 ．讨论水耕培养的条件;菜园淹水致使某些蔬菜死亡的原因 ．观察植物的气孔及测定蒸散作用
肆、植物的生殖、生长和发育 一、植物的生殖 二、种子的萌发与幼苗的生长 三、调节植物生长与发育的物质 四、植物对环境刺激的反应 五、讨论 探讨活动4-1：花粉的观察	．无性及有性生殖，生殖构造与适应 ．影响种子萌发的因素．种子萌发的过程．幼苗的生长 ．生长素，离层素．吉贝素．乙烯，细胞分裂素 ．向性．光周期，光敏素，春化作用 ．植物激素在农业上的应用与不当使用 ．观察花粉的形态及萌发
伍、动物的代谢和恒定性 一、消化作用与营养 二、循环作用与养分的运输 三、呼吸作用与气体交换 四、排泄作用与礼液恒定 五、讨论 探讨活动5-1：心搏	．食物的种类．营养，能量需求．消化系统．消化作用，养分的吸收，肝脏的功能 ．循环系统．血液和养分的运输 ．呼吸系统．呼吸运动．气体交换 ．肾脏的功能．汗腺的功能．体温调节，恒定性 ．讨论营养不均与疾病 ．测定心搏及影飨心搏的因素
陆、动物的协调作用 一、免疫反应 二、神经与运动 三、激素与协调 四、动物的行为 五、讨论 探讨活动6-1：感觉与反射	．淋巴系统，专一性与非专一性的免疫作用，与免疫有关的疾病 ．神经元，神经冲动，反射与反射弧，骨骼、肌肉与协调 ．激素的定义，激素的分泌与协调作用(以血糖恒定为例) ．神经与行为．内分泌与行为 ．讨论影飨行为的药物 ．观察人体的感觉与反射
柒、动物的生殖和遗传 一、 一、动物的生殖 二、 二、人类的生殖和胚胎发生 三、 三、基因与遗传 四、 四、人类遗传学 五、讨论 探讨活动7-1：生殖腺与生殖细胞	．无性生殖，配子的形成，受精方式，卵生、胎生及卵胎生 ．人类的生殖系统，月经周期，受精与怀孕，胚胎发生的过程 ．基因型，外表型，两对因子遗传，机率 ．人类血型、色盲的遗传，遗传疾病 ．探讨影飨胚胎发生的因素(如药物、放射线等) ．可考虑以牛蛙为实验材料
捌、生命科学和人生 一、遗传物质--去氧核糖核酸(DNA) 二、现代生物技学的发展 三、生物技学的冲击 四、生物技学之社会观	．简述DNA的化学组成。DNA的结构，DNA和蛋白质的关系 ．遗传工程简介，离体培养(组织培养，器官培养，试管婴儿) ．在农业、畜牧、医学、工业方面的应用与冲击 ．潜在之危险，伦理观，法律观，人类是否可成为新的主宰

高三 生物 　高二已提过的内容	应修内容
壹、绪论 一、生命现象 二、生命的起源 三、生物的歧异性 四、生物学的研究方法	．新陈代谢、生长、感应、繁殖等 ．有机演化．生源说 ．由无氧到有氧，由单细胞到多细胞，由异营到自营，简介五个界(详细分类表可放在附录) ．观察、测量与记录，实验设计，数据处理，结果与讨论
贰、生物的基本构造与功能 一、维持生物体的基本物质 二、胞器的构造与功能 三、细胞的特化与分工 探讨活助2-1：动植物细胞的观察 探讨活动2-2：显微测量技术 探讨活动2-3：组织中酵素活性	(．细胞的化学组成)水．无机盐．有机物(包括：醣类、蛋白质、脂质、维生素，核酸等)之基本构造与生理功能 (．胞器，原核与真核细胞的构造，扩散，渗透，膨压．酵素的性质和活性，影飨酵素活动的因素)．如细胞壁、细胞膜、细胞核、叶绿体、粒线体、内质网等之构造与功能 (．生物体的组织，器官和系统)．细胞的形态与功能之相互关系 (．观察细胞的渗透作用)．观察各种不同形态的植物细胞 ．如过氧化氢每
参、维持生命现象的能量 一、能量的来源　　　　 二、能量的流转　　　　 三、能量的去处　　　　 探讨活动3-1：光合作用	(．光合作用与呼吸作用的生理、生态功能，影响光合作用与呼吸作用的因素．)光合作用之机制．自营生物，三磷酸腺甘(ATP) ．异营生物，细胞呼吸作用与发酵作用的机制 ．生化合成，主动运输与运动等 ．光合色素之层析分离，光反应的还原作用
肆、养分的摄取 一、 一、养分吸收的机制 二、 二、植物体养分的吸收 三、 三、动物体养分的消化与吸收 探讨活动4-1：根毛与小肠绒毛的观察	．便利性运输，主动运输、(扩散，渗透)．扩散作用，胞饮作用，吞噬作用． (．维管束植物营养器官的外部形态及内部构造)．根的构造，(水和无机盐的吸收与在木质部的运输．养分在韧皮部的运输)．水分和无机盐吸收的原理．菌根，固氮作用 (．食物的种类．营养，能量需求．消化系统．消化作用，养分的吸收，肝脏的功能)．消化液的分泌与调节．肠内菌，绒毛 (．养分在韧皮部的运输)．水分、无机盐及有机养分在植物体内的运输机制 (．循环系统．血液和养分的运输)．心脏和血管的构造与功能，血液与淋巴的组成与运输功能。血压的调节．常见的心脏、血管疾病
伍、物质的运输 一、植物体内的运输 二、动物体内的运输 探讨活动5-1维管束的观察 探讨活动5-2 心脏的观察
陆、气体的恒定 一、植物体的气体交换 二、动物体的气体交换 探讨活动6-I呼气中二气化碳的测定 探讨活动6-2高地居民如何适应低氧环境	(．蒸散作用，影响蒸散作用的因素)．气孔的分布、构造与气体的进出，影响气孔开闭的因素，皮孔 (．呼吸系统．呼吸运动．气体交换)．呼吸运动的机制与调节，氧气与二氧化碳的运输与交换 ．以讨论方式进行．学生不需实际操作
柒、生物体内体液的恒定 一、动物的排泄系统 二、尿液之形成 三、体液的恒定 探讨活动7-1：肾脏的观察	(．肾脏的功能．汗腺的功能．体温调节，恒定性)．排泄系统的构造与功能 ．尿液的形成及组成 ．水分、电解质的恒定及酸碱平衡
捌、激素与协调作用 一、植物激素 二、动物内分泌系统 三、神经内分泌 探讨活动8-1--植物生长素的发现	(．影响种子萌发的因素．种子萌发的过程．幼苗的生长．生长素，离层素．吉贝素．乙烯，细胞分裂素)．生长素、吉贝素、细胞分裂素等激素对植物生长与发育的调节 (．激素的定义，激素的分泌与协调作用(以血糖恒定为例))．动物的内分泌腺与激素．激素的作用与原理，(月经周期) ．以动物吸允母乳反射为例 ．以讨论方式进行，学生不需实际操作
玖、神经系统与行为 一、神经元 二、神经冲动 三、脑与脊髓 四、脑神经与脊髓神经 五、自律神经 六、学习与行为 探讨活动9-1：蛙的观察与解剖	(．神经元)．神经元构造与种类 (．神经冲动)．神经冲动的原理，神经冲动的传导与传递 (．反射与反射弧)．脑与脊髓的构造与功能 ．脑神经的作用(以迷走神经为例)，脊髓神经与肌肉收缩，(骨骼、肌肉与协调) ．反射与运动 ．内脏活动与心跳的调节与管制 (．神经与行为．内分泌与行为)．学习与行为的生物学基础 ．以观察神经系统为主，亦应观察其它系统
拾、生物对外界刺激的感应 一、植物对环境刺激的反应 二、视觉 三、听觉与平衡觉 四、味觉与嗅觉 伍、其它感觉 探讨活动10-1瞳孔的反射 探讨活动10-2味觉的灵敏敏度	(．向性．光周期，光敏素，春化作用) ．对光和温度等环境刺激的反应 ．人体眼睛的构造与视觉原理 ．人耳的构造与功能蝙蝠及海豚的声纳系统，平衡的维持 ．味蕾及嗅粘膜．化学分子的刺激，嗅觉、味觉的产生 ．如冷热觉及痛觉等 (．观察人体的感觉与反射) ．以不同浓度之蔗糖、食盐溶液测试味觉
拾壹、人体的防御系统 一、病原体 二、非专一性防御系统 三、专一性防御系统 四、 四、防御系统失常 探讨活动11-1：抗原抗体反应	(．病毒、细菌．病毒的繁殖，细菌的生长与繁殖) ．如病毒．细菌等 (．淋巴系统，专一性与非专一性的免疫作用，与免疫有关的疾病)．皮膜防御．发炎反应．吞噬细胞 ．淋巴器官，T淋巴球与B淋巴球的功能 ．过敏反应，自体免疫性疾病，免疫缺失症及器官排斥 ．ABO血型的鉴定
拾贰、主宰生命奥秘的分子 一、核酸的发现 二、核酸的构造与复制 三、基因与蛋白质的合成 四、基因的表现 五、遗传工程 六、突变 探讨活动12-1DNA的粗萃取	(．简述DNA的化学组成。DNA的结构)．证明核酸为遗傅物质的过程 ．去氧核糖核酸(DNA)及核糖核酸(RNA)之组成，复制及转录，基因和DNA (．DNA和蛋白质的关系)密码子与胺基酸．蛋白质之合成、修饰与角色 ．基因表现的调节，蛋白质活化的管制 (．遗传工程简介，离体培养(组织培养，器官培养，试管婴儿)．人工基因重组．基因放大．基因转殖 ．各种突变之形成．引起突变的因子
拾参、遗传 一、染色体 二、联锁与互换 三、性联遗传 四、多基因遗传 五、族群遗传	(．基因型，外表型，两对因子遗传，机率．人类血型，遗传疾病)．染色体的构造与变异，染色体学说 ．联锁与互换的原理，互换单位 ．性别的决定，(色盲的遗传)联遗传 ．量的遗传，常态分布曲线 ．基因库，基因频率
拾肆、演化 一、演化的原理 二、演化的证据 三、人类的演化 探讨活动14-1镰型血球和天择。	．演化论，遗传变异与演化，物种的形成 ．解剖学的证据，胚胎学的证据．生物地理学的证据．化石的证据．生物化学的证据 ．灵长类的演化，现代人的演化

探究细胞的质壁分离及质壁分离复原

  提出问题：本实验的原理是一个成熟的植物细胞，放在一定浓度的溶液中，就可构成一个渗透系统，从而可以发生渗透作用。渗透系统建立的条件为：需要半透膜，且半透膜两侧具有浓度差（水势差）。
  作出假设：水分子总是从水势高处向水势低处移动。
  设计实验方案：
1) 每种溶液各制一张装片，比较细胞的质壁分离的数量与程度的。
2) 通过引流方法，观察细胞有无质壁分离或质壁分离复原现象的。
3) 把溶液滴在载玻片上，观察其表面张力或观察溶液在试管内液面的凹陷。
  实验探究：学生根据实验设计，进行实验，观察并记录实验发生的变化。
  得出结论：水分子总是从水势高处向水势低处移动。
  交流反思：请学生分析自己实验成功与失败的原因，很多学生谈到了实验过程中比较心急，引流之后没有等待足够的时间，便早早的下结论，导致实验结论的错误。这些失败的教训也是他们的收获之一。通过这些带有研究性质的学习过程，加深了学生对此实验原理的理解。
  讨论
教师在课堂讲授，不能照本宣科，而是要把教材中有关的重点问题、疑难问题向学生概要性的、引导性的讲解，启发学生积极主动地参与到教学和实验过程中去；教师不能满堂灌，要留一些时间让学生对教师所讲的内容进行思考和质疑，允许学生提出各种不同的见解，教师对学生提出的观点不要急于下结论，引导和帮助学生自己通过实验去发现错误和纠正错误，从而真正地掌握所学的知识。
实验是运用所学习的知识认识世界，接触世界的一种重要途径。在实验过程中,学生思维活跃、研究情绪高涨,教师通过引导和鼓励学生通过学生亲手操作自主地发现问题、提出问题、设计解决问题的方案、得出结论并进行成果交流,使学生学习和掌握了一些基本的科学研究方法,学生的研究能力和创造能力得以提高。在小组活动中,学生合作、交流、互助的意识明显增强。

植物细胞的质壁分离与分离复原

一、原理
生长的植物细胞是一个渗透系统，活细胞的原生质及其表层具有分别透性，原生质层内部含有一个大液泡，具有一定的溶质势。当细胞与外界高渗溶液接触时，细胞内的水分外渗，原生质随着液泡一起收缩而发生质壁分离，其后，当与清水（或低渗溶液）接触，或当外面的溶质进入时，具有液泡的原生质体就又吸水而发生质壁分离复原。
二、仪器与用具
显微镜；小培养皿；载玻片；盖玻片；单面刀片；尖头镊子；酒精灯；火柴；擦镜纸；吸水纸适量。
三、试剂
0.03%中性红溶液；1mol/L硝酸钾溶液；4mol/L（24%）尿素溶液。
四、方法
1. 取洋葱鳞片或小麦叶片按本实验项目一中的方法进行制片和活体染色。
2. 将染好色的制片放在载玻片上，盖好盖玻片，在显微镜下观察，可以看出明显的液泡染色，无色透明的原生质层则紧贴细胞壁（在细胞的角隅上可以看见）。
3. 从盖玻片的一边滴一滴1mol/L硝酸钾溶液而在对边用滤纸吸水，将硝酸钾溶液引入盖玻片下使与制片接触并立即镜检，可看到细胞内很快发生凸形质壁分离。
4. 观察到质壁分离后，于盖玻片一边小心加清水一滴，于对边用滤纸缓缓吸去硝酸钾溶液，重复二次，使质壁分离剂（即高渗的硝酸钾溶液）被基本上洗吸掉。镜检，可看到质壁分离停止进行，相反，带有液泡的原生质体开始重新吸水膨大，最后又充满整个细胞腔，这就是质壁分离复原现象。质壁分离复原缓缓进行时，细胞仍会正常存活；如进行很快，则原生质体会发生机械破坏而死亡。
5. 撕取蚕豆（或其他植物）叶片下表皮置于载玻片上，滴加4mol/L（24%）尿素溶液后立即盖上盖玻片并进行镜检。首先见表皮细胞及保卫细胞同时发生质壁分离，约10~15min后保卫细胞开始发生质壁分离复原，由于保卫细胞经长时间的充分紧张，气孔大开，而其他表皮细胞长时间（甚至几小时）后才开始发生质壁分离复原，可见不同功能的细胞对物质有不同的透性。
6. 另取一部分制片置载玻片上，先在酒精灯上加热，以杀死细胞，再引入高渗硝酸钾溶液，观察有无质壁分离发生