简单易行的离子跨膜运输实验，本文主要内容关键词为：简单易行论文,离子论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、课题提出及研究意义 高中生物学课程标准在谈到细胞生物学内容教学时，强调了要让学生理解物质的统一性，以及细胞中物质变化、能量变化和信息变化三者的统一性，特别提出了“说明物质进出细胞的方式”这一教学具体目标，和“教师在教学中要组织好各种观察、实验等探究性学习活动，帮助学生增加感性认识，克服对微观结构认识的困难，使学生领悟科学研究的方法并习得相关的操作技能”的要求。同时课程标准中还提出要注重与现实生活的联系，这一点正是生物学科作为理科实验学科的一个重要特点，让学生通过实践、实验，亲身体验和观察生活中的实例，总结归纳、提炼和理解概念及规律。[1] 目前各版本教材中，对于物质跨膜运输一节内容，让学生以质壁分离和复原实验直观理解水分子的自由扩散方式，并采用构建模型的方式介绍主动运输及协助扩散2类跨膜运输的方式。这种方法在实践中相对于自由扩散教学效果来说，存在明显不足，学生对模型的理解存在一定障碍。很多教师在实施教学时采用FLASH等计算机软件模拟的方式，呈现这一动态过程，辅助学生理解。但这种方式离现实差距较远，对学生的理解造成障碍，尤其是对主动运输动态过程的理解存在较大的困难。高中学生都知道植物细胞内、外存在着明显的离子浓度差，细胞内是高钾低钠，细胞外是高钠低钾，细胞对这2种离子的吸收是离子逆浓度梯度主动吸收的结果，即钠—钾离子泵，它是由ATP水解直接释放能量推动的。如果能通过实验，让学生观察主动运输的现象，再利用构建模型的方式，深入理解主动运输这一概念，就会解决这一困难。另外有了主动运输实验的现象，既可以设计实验通过控制能量供应或载体活性等方式，验证主动运输需要的条件，也可以验证离子浓度对主动运输效果的影响，这一切实验均可直观呈现给学生。 目前高校可利用细胞损伤的方法，检测某细胞膜内、外的离子浓度变化过程，进而说明离子跨膜运输的现象，但这样的实验耗时较长，仪器设备条件要求较高，对实验操作技术的要求也很高，因此不适合在中学大面积推广。本文用一种简便方法，在基础实验前提下进行修改，能很好地解决此问题。 在中学生物学实验中，“质壁分离及复原实验”选用的洋葱外表皮细胞含有大量花青素。植物花青素可作为天然酸碱指示剂。由于离子跨膜运输后导致细胞内酸碱环境改变，进而引发花青素变色，制作临时装片，仿照质壁分离实验的操作步骤即可实施实验，并观察现象。另外洋葱购买成本低，易获取，实验中取材简便，贴近学生生活，可作为良好的材料。 无机盐的种类很多，其中钠离子浓度改变溶液pH的事实是学生已知的，必修1生物学教材中，介绍了矿质元素离子以主动运输方式进出细胞，因此本文以钠离子为实验材料。钠盐种类繁多，且各类钠盐对细胞的作用不同，为保证药品本身不干扰细胞的正常生存，本文选用钼酸钠为材料，它是组成最常见的MS植物培养基的营养成分，植物细胞对钼酸盐需求量很低，对实验干扰最小，且钼酸盐毒性较低，对环境污染程度低，适用于中学基础实验操作。 对于钼酸盐对实验干扰的问题，通过查阅资料发现植物吸收钼的方式一直存在着争论。[2]一部分研究者认为植物是被动运输钼的，而大多数研究者认为植物吸收钼是主动运输的过程，如果以钼为转运离子，也是在证明细胞对盐离子的主动运输的现象。[3]另外钼酸钠5%水溶液在25C时pH为9.0～10.0，说明钼酸钠属于强碱弱酸盐，对于溶液pH的作用，钠离子影响更大。因此本文选用钼酸钠为材料，主要呈现其中钠离子以主动运输方式进入洋葱细胞的程度。 二、实验材料的选择 植物材料选择紫色洋葱外表皮细胞，该部位易获取，细胞体积大，有紫色大液泡，且液泡中花青素颜色会随着细胞pH而改变，发生明显变化。新鲜的紫色洋葱外表皮细胞不易撕取，可选用液泡中也充满花青素的内表皮紫色部位细胞，效果相同。 钼酸钠水溶液无色透明，能使洋葱花青素颜色呈现较大变化，易于分辨。钼酸钠是植物组织培养中的微量元素，其浓度要求为0.25 mg/L（物质的量浓度约为
