渗透作用和吸胀作用探究性试验

1、渗透作用和吸胀作用探究性实验刘振锋（广东省广州市番禺区大岗中学，511470）生物学教学2003年（第28卷）第1期高二生物课本提到植物吸收水分的形式有两种：未成熟植物细胞通过吸胀作用吸收水分，成熟植 物细胞通过渗透作用吸收水分。渗透作用和吸胀作用的原理是什么？怎样验 证这两个原理？用什么实验方法 和实验材料做实验效果最好？针对这些问题，我们组织学生讨论，设计了一系列的探究性实验，开展了一 系列的探究活动，具体做法如下o初步探究阶段（自由发挥阶段）：布置学生利用课余时间阅读教材，查阅资料，自己设计实验方案， 筛选实验材料，自由结合实验小组，然后开放实验室，提供仪器、药品供学生选择，让学生充分发

2、挥自己的 创造能力去进行实验探究。然后，组织学生进行交流、讨论，纠正学生在实验过程中出现的各种错误，筛选 出较理想的实验方案、实验材料和组织形式。深入探究阶段（精细化操作阶段）：再次开放实验室，让学生按照自己筛选出的实验方案进行更深入 的实验探究，然后在上水分代谢一节时让各实验小组在课堂上一起演示各自的实验，交流、讨论，推导 出渗透作用和吸胀作用的原理，筛选出最佳的实验材料和实验方案。在整个探究实验过程中，教师要在恰当 的时候指导学生在实验小组内、实验大组内、班内和级内着重围绕实验方案、实验技能和实验结果三方面的 内容进行交流讨论，及时纠正学生的偏差，推广好的经验和方法。1具体实施经过反复探究

3、和交流讨论，最后确定每班分四大组，别用鸡蛋、鱼鳏、猪肠和猪膀胱做实验材料，每 大组分四个实验小组，分别采用不同的实验方案来进行实验探究。1.1第一大组：实验材料为鸡蛋（1）实验方案与结果预期如下表：内藩物烧1+内雅预期塞盼第小组電和能禅黑忒匕升第:小州塔和低輔换眸内TT斛 黑木F障第一小绅蛊忡内TT灯品木上升眾版作用殴管内有红表中的“淀粉”均加入少量清水并搅拌均匀。凡是在实验过程中吸管内的红墨水上升的实验装置，在 实验前只让吸管的下端吸入红墨水；而在实验过程中红墨水下降的实验装置，则在实验前使整支吸管都吸满 红墨水。（2）实验过程先以第一小组为例来说明。如图1所示，在鸡蛋E处把鸡蛋的外壳敲碎剥

4、落，露出鸡蛋的内膜，注意 不要弄穿内膜。在A处用解剖针把鸡蛋刺穿，倒出蛋白、蛋黄，洗净鸡蛋空壳后注满饱和蔗糖溶液，插上 吸管（为了使实验效果更明显，在吸管的底部吸入红墨水），用蜡封好，然后把鸡蛋的E端浸入到烧杯里 的清水中（思考：蛋黄和蛋清能否取代蔗糖溶液？）。图1是用鸡蛋作实验材料，验证渗透作用原理的实验装置图。另三个小组的实验操作与上述方法基本相同，只需按上述表中所列方案更换实验材料内容物和烧杯内 容物即可。1.2其余三大组的实验方案其余三大组分别用新鲜的鱼鳏、猪肠、猪膀胱取代鸡蛋作实验材料，每大组同样分成四小组，其实验 方法与第一大组相同。在做实验前，先把鱼鳏、猪肠、猪膀胱的外膜撕掉，保

5、留完整的内膜，然后进行实 验。图2是以猪肠为实验材料，做渗透作用和吸胀作用实验的装置图。一用下的开口衽上开口H入（思考：用什么方法能加快以上十六个实验的速度，并使实验效果更明显？）2交流总结，反馈调控在探究实验的过程中，学生在设计实验方案、开展实验探究、讨论实验结果等方面难免会出现 偏差，教师应及时组织学生进行交流讨论，反馈调控，纠正偏差，推广好的经验和方法，这样才能确保 探究实验取得成功。2.1尖于实验方案和材料各实验组分别设计实验方案，选择实验材料，进行实验探究，然后交流分析讨论，筛选出最佳的实验方案和材料。例如，在初步探究阶段，有些实验组选用萝卜皮、西瓜皮、蜡肠衣等材料做实验，但是由 于

6、实验效果不明显或难以操作，都全被淘汰了。再如第一大组第一小组用鸡蛋来做渗透作用实验，开始 的时候，他们的实验方案与第一大组的实验方案基本相同，不同之处是把蛋黄和蛋清看成是一种溶 液，并用以取代了蔗糖溶液，即不把蛋黄和蛋清倒出，直接插入吸管，封好开口后把鸡蛋的E端浸入烧 杯的清水里，由于鸡蛋内的蛋黄和蛋清从烧杯里吸收大量的水分，导致鸡蛋内压上升，把蛋黄和蛋清由 吸管的底部压到吸管的顶部。整个实验过程只需要5分钟时间，实验速度快，效果明显。该小组的同学 认为该实验能很好地验证渗透作用的原理，非常高兴。但是在第一大组的内部交流讨论的过程中，其他小 组有些同学指出该实验同时存在着渗透作用吸胀作用，其理

7、由如下：渗透装置必须具备两个条件：第一，必须具备半透膜；第二，半透膜两侧的溶液必须具有浓度差。鸡蛋内膜是半透膜，所以第一个条件是符合要 求的；但是第二个条件不符合要求，虽然烧杯里的清水可以看成为浓度接近0的溶液，但是蛋黄和蛋清 就不能把它看成是单纯的溶液，因为蛋黄和蛋清里含有大量难溶于水的蛋白质，这些蛋白质分子只是悬浮 于鸡蛋里的水分子中，并没有真正溶解于水。蛋白质是亲水性物质，从烧杯里吸收大量的水分，这属 于吸胀作用实验。同时，蛋黄和蛋清还含有无机盐等易溶 于水的物质，导致蛋黄和蛋清的浓度高于烧杯 里的清水的浓度，在同一单位时间内穿过鸡蛋内膜进入鸡蛋内的水分子数多于穿过鸡蛋内膜进入烧杯的 水

8、分子数，这又属于渗透作用实验。如果用蔗糖溶液取代蛋黄和蛋清，便是渗透作用实验；如果用淀 粉取代蛋黄和蛋清，就变成吸胀作用实验O最后学生们决定把该实验改革成第一大组的实验方案和 ，通过这两个实验分别验证渗透作用和吸胀作用的原理，同时设立对照实验和，从正反两个方面来验证这两个原 理。第一 大组所设计的实验方案得到了其他大组的赞赏，并被其他各大组所采纳。2.2尖于实验技能在实验过程中，会碰到一定的困难，例如实验速度过于缓慢，实验效果不明显，甚至失败。但 学生们并不气馁，他们通过查阅资料，交流讨论，反复尝试，突破难矢，终于使实验取得成功。例如，第 三大组选用猪肠作实验材料，由于猪扬的内壁较厚，所以实验

9、速度较慢，约经过30分钟才能看到吸管内 的红墨水上升12厘米。后来，这些小组的同学通过提高清水和蔗糖溶液的温度这一方法来加快实验速 度，取得了明显的效果。其原理有两方面：第一，温度提高了，分子的运动速度就会加快，渗透作 用的速度也随之加快。但是温度过高就会导致猪肠收缩，影响实验效果。控制在什么温度范围内较为适 合呢？恒温动物的体温一般在摄氏37C左右，水温控制在这一范围内一般不会引起猪肠的收缩。最后， 第三实验大组的学生决定把水温控制 在摄氏37C左右，并把温度计插入到水中以便能随时监测温度是否 符合要求。经过这一改进，实验的速度大大提高，在实验过程中大约只需要4分钟时间吸管底部的红墨 水就能上升到吸管的顶部（吸管长约15cm） o该实验组的成功经验很快就被其他各大组借鉴应用，大 大地加快了 各大组的实验速度，最后，各实验组都能在5分钟内完成整个实验过程。为了进一步加快实验速度，学生们用毛细玻璃管取代平时用于喝饮料的塑料吸管，由于毛细玻璃 管的直径小，所以明显加快了实验速度。为了使实验效果更明显，在实验前学生们先让吸管吸入红墨水，然后再进行实验，实验过程中红