实验九 观察植物细胞的质壁分离与复原

实验九  观察植物细胞的质壁分离与复原

教学目的

1． 初步学会观察植物细胞的质壁分离与复原的方法。

2． 理解植物细胞发生渗透作用的原理。

实验原理

1． 原生质的伸缩性比细胞壁伸缩性大。

2． 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，质壁收缩，进而质壁分离。

3． 当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞渗透吸水，使质壁分离复原。

实验程序

制作洋葱鳞片叶表皮细胞临时装片

有一个紫色的中央大液泡

高倍显微镜观察

原生质层紧贴细胞壁

0.3g/ml                          吸水纸

蔗糖溶液                         吸引

中央液泡逐渐变小（紫色加深）

高倍显微镜观察

原生质层与细胞壁逐渐分离

吸水纸                           清

吸引                             水

中央液泡逐渐胀大

高倍显微镜观察

原生质层逐渐贴近细胞壁

实验结论

成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用：

外界溶液浓度＞细胞液浓度        植物细胞失水

外界溶液浓度＜细胞液浓度        植物细胞吸水

实验关键

1． 选材：

应选择活的紫色洋葱鳞片叶外表皮。最外层表皮中，有的细胞虽含有大量的紫色花青素，但死亡的细胞太多，内表皮细胞的液泡中液泡中花青素少呈无色，都不能选用。另外新鲜的水绵、黑藻叶、紫鸭跖草等也是经常用的材料。

2． 试剂：

本试验选用0.3g/ml的蔗糖溶液。浓度过高，质壁分离速度虽快，但不久将细胞杀死，不能再进行质壁分离的复原；浓度过低不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。此外，8%的食盐溶液，5%的硝酸钾溶液等也可使用。盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离的溶液。

推论

1． 过度失水，细胞死亡，不能再发生质壁分离复原。根据能否复原，可鉴别细胞的死活。

2． 将外界溶液配成一系列具有一定浓度梯度的溶液，逐一进行质壁分离实验，在某一浓度时，植物细胞处在分离与不分离之间。此时的浓度与细胞液浓度大致相当。因此，可用该实验确定细胞液的浓度。

3． 用动物细胞做以上实验

（1）   无质壁分离现象

（2）   若外界溶液浓度较高，细胞会皱缩

（3）   若外界溶液浓度较低，细胞会膨大，甚至胀破

【例析】

．高浓度食盐水可杀菌防腐，其原理是：食品的腐败变质与其中的微生物有关，高浓度的食盐水可使这些微生物过度失水而死亡。

．观察植物细胞的质壁分离与复原实验中，常选用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作实验材料。原因是它的细胞液呈紫色，易于观察。发生质壁分离后，在细胞壁与原生质层的空隙中充满的是蔗糖溶液。

．盐碱地不适于种水稻的原因是：土壤溶液浓度太高，高于植物根部细胞细胞液的浓度，使植物吸水困难甚至失水，影响水稻生长。

【同类题库】

质壁分离实验

．当两溶液浓度比较时，浓度大的称为高渗溶液。现将甲、乙两种植物的叶片表皮撕下，放在0．1g／ml的蔗糖溶液中，甲叶片细胞的原生质只少许缩小，乙叶片细胞的原生质则明显缩小。就实验开始时，正确的解释是(D)

A．对这一蔗糖溶液浓度，甲细胞液为高渗溶液，乙细胞液为低渗溶液

B．对这一蔗糖溶液浓度，乙细胞液为高渗溶液，甲细胞液为低渗溶液

C．对甲细胞液浓度，乙细胞液为高渗溶液

D．对乙细胞液浓度，甲细胞液为高渗溶液

．植物细胞的质壁分离现象中，与细胞壁分离的是（D）

A．原生质           B．液泡            C．细胞质            D．原生质层

．与“质壁分离及复原实验”的实验材料及外界溶液有关的正确叙述分别是（A）

①实验材料必须是成熟的植物活细胞  ②细胞液必须有颜色，否则不能发生质壁分离和复原   ③细胞液最好有颜色，便于观察和判断细胞质壁分离或复原的程度  ④外界溶液必须对细胞无毒害  ⑤外界溶液的浓度应适中，不能过高或过低  ⑥外界溶液的浓度无特殊要求，任何浓度均可

A．①③、④⑤      B．①②、④⑤       C．①③、④⑥        D．①②、④⑥

．观察植物细胞的质壁分离和复原，用紫色洋葱做实验材料效果好，这是因为（B）

A．只有紫色洋葱细胞才能发生质壁分离    B．细胞液呈紫色，便于观察

C．细胞膜呈紫色，便于观察              D．细胞内的液泡大，便于观察

．（多选）对植物质壁分离和复原实验进行分析，能得到证实的是（ABC）

A．原生质层具有选择透过性              B．细胞处于生活状态或已死亡

C．细胞液和周围溶液的浓度关系          D．溶质分子进出细胞的方式

．（多选）植物质壁分离和复原实验可鉴定的是（AB）

A．细胞的死活                          B．原生质层的收缩性大于细胞壁的收缩性

C．一个成熟的植物细胞就是一个渗透系统  D．蛋白质、淀粉、纤维素的吸水性依次递减

．植物细胞的细胞膜紧贴细胞壁，光镜下一般不易分辨出来，但以下哪个时期除外（D）

A．有丝分裂新时期    B．有丝分裂中期   C．渗透吸水时期   D．质壁分离时期

．将洋葱鳞片叶表皮细胞放在0.3g/ml的蔗糖溶液中，随着其质壁分离过程的进行，该细胞吸水能力的大小就会（A）

A．由小变大          B．由大变小       C．保持不变       D．不能判断

．将一张洋葱磷片叶表皮放在某一浓度的蔗糖溶液中，制成装片，在显微镜下观察到下列三种状态的细胞，你认为这三个细胞抵抗失水的能力由强到弱的次序是（A）

A．a > b > c

B．a

C．b > a > c

D．b

．（多选）用30%的蔗糖溶液来处理生物细胞，细胞没有出现质壁分离现象。对此合理的解释可能是（ABCD）

A．实验材料是根尖分生区细胞             B．实验材料是动物细胞

C．实验材料是死细胞                     D．实验材料是经纤维素酶处理的植物细胞

．将猪膀胱注入一半30%的蔗糖溶液，扎紧入口，然后将其浸入5%的蔗糖溶液中，每隔半小时称一次重量，下列坐标图中，能正确表示测定结果的是（B）

．在质量分数为0．3g/mL的蔗糖溶液中，下列细胞能发生质壁分离的是（D）

A．人的口腔上皮细胞                     B．烘干的小麦胚乳细胞

C．树干的导管细胞                       D．洋葱鳞片叶表皮细胞

．下表的资料显示，4组马铃薯条分别浸入A、B、C、D四种不同溶液1小时后质量转变的百分率，由表可知溶液浓度最低的是（A）

溶液

马铃薯质量转变百分率

A

增加5%

B

减少5%

C

减少3%

D

没有变化

A．溶液A           B．溶液B           C．溶液C            D．溶液D

．将洋葱鳞片叶表皮细胞放在0.45M的蔗糖溶液中，细胞发生质壁分离；放在0.35M的蔗糖溶液中，细胞有胀大趋势；放在0.4M的蔗糖溶液中，细胞似乎没发生什么变化。上述实验说明（D）

A．洋葱表皮细胞已经死亡                 B．细胞膜不容许水分子自由通过

C．蔗糖分子进入细胞导致渗透平衡         D．洋葱表皮细胞细胞液浓度约为0.4M

．为研究植物A能不能移植到B地生长，某生物学研究性学习小组设计了一个测定植物A细胞液浓度的实验方案，实验结果如下表：

浓度（mol/L）

0．15

0．2

0．25

0．3

质壁分离

不分

刚分

显著

显著

小组成员又测定了B地土壤溶液浓度。为保证植物A移植后能正常生存，该地土壤溶液的浓度应（B）

A．≥0．2          B．≤0．15           C．≥0．3           D．≤0．2

．将新鲜土豆制成“凹”形槽，材料用具是：水槽、0．3g/ml的蔗糖溶液和清水，如图所示。请据图回答：

（1）图A中的凹槽液面将会       ，其原因是                                   。

（2）图B中的凹槽液面将会       ，水分子运动的方向是                         。

（3）要想使C图凹槽中的液面下降，则甲液体应选用          ，乙液体应选用       。

（4）若将熟土豆按图B设置，则凹槽中的液面将                        。

[（1）下降；细胞液的浓度大于清水的浓度，细胞通过渗透作用吸水（2）上升；清水→土豆细胞→凹槽（3）0．3g/ml的蔗糖溶液；清水（4）不升不降（不变）]

．下图示处于不同生理状态的三个洋葱鳞叶表皮细胞,请回答:

（1）图A细胞处于何种生理状态?

（2）图中各细胞的细胞液浓度依次是        >       >

（3）如上图A、B、C三细胞处于不同浓度的溶液中，则A图与B图细胞所处的外界溶液浓度是        >        。

（4）假设将洋葱鳞叶表皮细胞制成装片并使之处于高渗溶液中而发生质壁分离，用显微镜观察一个细胞的质壁分离发展过程,发现该细胞形态的变化顺序将如上图所示的从     →

→       。

（5）图中各细胞抵抗失水的能力，依次是        >       >       ，三个细胞中最先可能死亡的是            。

（6）图中标号①指的物质是           。

（7）在实验中，怎样操作才能使盖玻片下的A细胞状态变为B细胞状态？

。

[（1）质壁分离（2）C、A、B（3）A、B（4）B、A、C（5）C、A、B；C（6）外界溶液（7）在盖玻片一侧滴入清水，在另一侧用吸水纸吸引，反复几次，使细胞质壁分离复原。]

渗透作用原理与实验设计

．花青素在酸性和碱性条件下，会呈现出不同颜色。给你提供紫色洋葱作实验材料，请使用显微镜和必备用具设计一个简单实验，证明以上结论。写出简要实验步骤并对结果进行分析。

实验步骤：（1）取洋葱                ，制成临时装片。显微镜观察可见到一个个“紫色细胞”。事实上紫色的花青素并非整个细胞都有分布，而是只分布在                   的细胞液中。

（2）                                                                         。

（3）                                                                         。

（4）                                                                         。

结果分析：如果在显微镜下观察到                                         。则证明了花青素在酸性和碱性条件下，会呈现不同的颜色。

[（1）紫色鳞片叶表皮细胞；中央大液泡（2）在装片上盖玻片的一侧滴加酸液，另一侧用吸水纸吸引，反复几次，观察细胞液的颜色变化（3）滴加蒸馏水，与（2）相同操作（4）滴加碱液，与（2）相同操作；洋葱紫色鳞片叶表皮细胞中的细胞液在酸液和碱液中呈现不同的颜色]

．某同学在做“观察植物细胞质壁分离和复原”实验的过程中，进行了大胆的创新，分别采用0.3g/ml的蔗糖溶液、0.5g/ml的蔗糖溶液、1mol/L的KNO3溶液和1mol/L醋酸溶液制作了四组临时装片，并用显微镜随时观察。发现前三组在2-3分钟后发生了部分质壁分离，5分钟后质壁分离现象明显，而第四组无质壁分离现象发生。

对前三组在观察到明显质壁分离现象后，再过5分钟观察，发观第1、2组无变化，而第3组却发生了自动复原现象。然后对前2组装片滴加清水，用显微镜观察，发现第1组4-5分钟后复原，而第2组无变化，不能发生复原。

请分析各组装片发生变化的原因。

[（1）0.3g/ml的蔗糖溶液由于浓度适中，可以发生质壁分离和复原。而0.5g/ml的蔗糖溶液能够使细胞发生质壁分离，但由于浓度太高，使细胞过度失水而死亡，死亡的细胞不能发生渗透作用，所以不会再复原。（2）1mol/L的KNO3溶液由于其浓度高于植物细胞液浓度会发生质壁分离，但由于细胞膜上有运输K+和NO3-的载体，所以会通过主动运输吸收K+和NO3-，导致细胞液浓度升高，引起复原现象。（3）1mol/L醋酸溶液不酸性液体，破坏了原生质层的选择透过性，导致细胞死亡，故细胞不会发生质壁分离。]

．撕取紫色万年青的叶表皮，剪成大小相等的小块，分另浸入不同浓度的硝酸钾溶液中。经过一段时间后，用显微镜观察实验的结果如下表：

KNO3溶液

（mol/l）

A

B

C

D

E

F

o.11

0.12

0.125

0.13

0.14

0.50

质壁分离程度

-

-

初始分离

分离

显著分离

显著分离

质壁分离及复原状况

-

-

自动复原

自动复原

诱发复原

不能复原

请回答：

（1）万年青叶表皮细胞的细胞液浓度约为              。

（2）用硝酸钾溶液诱发细胞质壁分离的基本条件是                                 。

（3）C和D处理均发生质壁分离的自动复原，你对这种现象作出合理的解释是

。

（4）用高浓度硝酸钾溶液诱发细胞质壁分离，不能再诱发其复原，其主要原因是

。

[（1）0.12-0.125 mol/l之间（2）硝酸钾溶液浓度大于万年青叶表皮细胞的细胞液浓度（3）K+和NO3-通过主动运输方式逐步进入液泡，使细胞液浓度反而略大于外界溶液浓度（4）细胞因过度失水而死亡。]

．引起50%左右细胞发生初始质壁分离的浓度，我们称之为细胞液的等渗浓度。为了测定洋葱表皮细胞细胞液的等渗浓度，有人把剪成小块的洋葱表皮细胞（等量）依次放入下面各组溶液中，并记录结果如下表：

培

养

皿

蔗糖溶液

（mol/L）

发生初始质壁分离细胞占观察细胞数目的百分比

培

养

皿

蔗糖溶液

（mol/L）

发生初始质壁分离细胞占观察细胞数目的百分比

1

0．2

无

5

0．6

80%

2

0．3

无

6

0．7

99%

3

0．4

15%

7

0．8

100%

4

0．5

40%

（1）该洋葱表皮细胞细胞液的等渗浓度为                。

（2）如果再给你4组实验材料，请设计可以更精确地测定出细胞细胞液等渗浓度的方法。（保留2位小数）

[（1）0．5-0．6 mol/L（2）分别配制浓度为0．52 mol/L、0．54 mol/L、0．56 mol/L、0．58 mol/L的4组蔗糖溶液，进行类似的实验（或：先配制浓度为0．55 mol/L的蔗糖溶液，进行实验，如果发生初始质壁分离的超过50%，则再配制浓度为0．53 mol/L的蔗糖溶液；如果没有达到50%，则再配制浓度为0．58 mol/L的蔗糖溶液；依次类推，共进行4次实验操作。）]

．请根据下列条件设计一实验，鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液，写出实验步骤并分析实验结果。

一瓶10%的蔗糖溶液、一瓶30%的蔗糖溶液、250ml烧杯一只、半透膜制成的透析袋一只、刻度玻璃管1支、细线1根、支架1个。

（1）实验步骤

（2）结果分析

[（1）①将一瓶中的溶液倒入烧杯中②将另一瓶中的溶液装入透析袋，再用刻度玻璃管插入透析袋，用细线将袋口和玻璃管捆住扎紧③将插有玻璃管的透析袋放入有溶液的烧杯中，垂直固定在支架上，注意记录玻璃管液面的刻度④过一段时间，细心观察液面刻度的升降

（2）如果液面升高，那么透析袋中的蔗糖溶液应是高浓度30%的蔗糖溶液，烧杯中应是10%的低浓度的蔗糖溶液；如果液面降低，烧杯中应是30%的蔗糖溶液，透析袋中是10%的蔗糖溶液]

．为测定洋葱表皮组织的渗透压，某学生设计如下实验：

（1）实验目的（略）

（2）实验用具和材料（略）

（3）实验原理：当外界溶液浓度等于植物细胞液浓度时，细胞既不会失去水分，也不吸收水分。在光学显微镜下观察，将发现植物细胞不发生质壁分离。

（4）实验步骤：

①配制浓度分别为5%、10%、15%、20%、25%、30%的系列浓度CaCl2溶液

②撕取洋葱表皮组织，分别用清水制成临时装片，并分别编号（1-6号）

③分别用不同浓度（注意按顺序由低到高）的已知溶液渗入表皮组织临时装片中，方法是：从临时装片上的盖玻片一侧滴入溶液，在另一侧用吸水纸吸引

④马上放在低倍镜下观察。先寻找紫色表皮细胞，再观察质壁分离情况

⑤当发现某一浓度下的表皮组织中，全部细胞都发生了质壁分离，而前一个溶液浓度下，细胞不发生质壁分离，则可以认为：细胞液浓度介于前一浓度与后一浓度之间。

分析并回答：

（1）指出该学生对实验原理的理解的错误，并分析原因。

（2）指出实验步骤设计中的错误，并分析原因。

[（1）一是当外界溶液浓度等于植物细胞液浓度时，水分子仍在通过膜出入细胞，只是此时向细胞内运动的数目与向细胞外运动的数目相同而达到平衡；二是并非全部的植物细胞都不发生质壁分离，因为此时的植物细胞液浓度是该组织全部细胞液浓度的平均值，因此是一部分细胞不发生质壁分离，而另一部分有质壁分离。另外，在外界溶液浓度低于细胞液浓度时，也同样不发生质壁分离；（2）一是不应选用CaCl2溶液，氯离子和钙离子可以通过主动运输进入细胞，改变细胞液的浓度，影响实验。应选用不能通过半透膜的溶液如蔗糖；二是应将撕取的洋葱表皮组织，切成大小一致的小块材料，因为材料制作会对细胞产生伤害，使细胞液流出，这样做可尽量减少误差。制作临时装片，不应用清水，清水会导致误差，改用溶液来制作临时装片；三是第三步不必进行；四是确定溶液浓度与细胞液的标准不应是凭细胞是否发生质壁分离，因为当溶液浓度接近细胞液平均浓度时，该浓度是高于组织块的部分细胞，又低于组织块的另一部分细胞，当全部细胞都发生质壁分离时，溶液的浓度已经远远超过细胞液了。]

．现有一种由人工膜制成的袋，为检测淀粉和碘能否透过该膜，现提供试剂和用品如下：铁架台、烧杯和人工膜袋各一个，1%的淀粉溶液、稀碘溶液和细棉线。

（1）   请用上述试剂和用品，设计一个实验装置，探究淀粉溶液中的淀粉和碘能否透过该膜，请用示意图表示（加图注）。

（2）   实验结果预测及分析

①

②

③

④

[（1）右图所示。（2）①袋内外液体均不变蓝，表明淀粉和碘均不能通过。②袋内外液体均变蓝，表明淀粉和碘均能通过。③袋内液体变蓝，袋外液体不变蓝，表明碘能通过，淀粉不能通过。④袋内液体不变蓝，袋外液体变蓝，表明碘不能通过，淀粉能通过。]

．某同学为了观察渗透现象，设计了如下实验：用一新鲜鸡蛋，将具气室外蛋壳敲碎（不破坏其蛋清膜），然后置于清水中，一小时后观察。

（1）请描述该同学将观察到的实验现象。

（2）分析该实验现象的原因。

[（1）蛋壳破处的蛋壳膜向外鼓起，直至胀破（2）蛋壳膜是半透膜，内部蛋清的浓度高于外界清水，蛋清吸水]

．下图是有关物质扩散的图解。

(1)设计一个实验，证明图解是成立的。(要求2直接在下面的装置工和装置Ⅱ的括号内，填上适当的溶液或试剂的代号，以表明你的设计)。

可供选择的溶液及试剂：①淀粉溶液  ②葡萄糖溶液  ③蒸馏水  ④I2—KI溶液  ⑤少量班氏试剂(班氏试剂能跨膜扩散，葡萄糖遇班氏试剂形成砖红色沉淀)

(2)根据你的设计方案，预测一段时间后，两个透析袋内的颜色变化：装置I         ；装置Ⅱ         。

(3)若想明显观察到水分子扩散的结果，装置应如何改进?

。

(4)透析袋价格昂贵，请提供两种能替代透析袋的生物材料                          。

[（1）如下图

（2）方案1：装置I袋内溶液变蓝；装置II袋内溶液变红；方案2：装置I袋内溶液呈碘液颜色（不变色），装置II袋内溶液变红(3)将透析袋套在有标记(刻度)的漏斗口上或将有标记的玻管插入透析袋内  (4)动物膀胱膜，肠衣、洋葱内表皮，卵壳膜(或其他的生物膜)]