陳菲菲 虞 馳

（1 寧波李惠利中學(xué) 浙江寧波 315041 2 寧波市第四中學(xué) 浙江寧波 315016）

2016年，劉海金等［1］在發(fā)表的《簡(jiǎn)單易行的離子跨膜運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)》一文中闡述利用鉬酸鈉可跨膜運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，通過洋蔥外表皮細(xì)胞中花青素的變色規(guī)律，呈現(xiàn)鉬酸鈉跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為主動(dòng)運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了很好的案例。該文也提出期望增加運(yùn)載體阻斷劑，驗(yàn)證主動(dòng)運(yùn)輸需要載體的協(xié)助；還可增加呼吸抑制劑或借助降溫的方法，驗(yàn)證其主動(dòng)運(yùn)輸需要消耗能量。筆者由此得到啟發(fā)，探究呼吸抑制處理是否影響鉬酸鈉通過紫色洋蔥鱗片葉外表皮的跨膜運(yùn)輸?shù)淖兩Ч?，以期更加直觀地幫助學(xué)生理解主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)及概念。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及摸索過程

在尋找呼吸抑制處理方法的過程中，MCE 試劑公司根據(jù)國外文獻(xiàn)推薦作為殺蟲劑的魚藤酮亦可抑制植物細(xì)胞呼吸。早期的研究表明，魚藤酮的作用機(jī)制是影響昆蟲的呼吸作用，主要是與NADH 脫氫酶與輔酶Q 之間的某一成分發(fā)生作用，許多生物細(xì)胞中的線粒體、NADH 脫氫酶、丁二酸、甘露醇及其他物質(zhì)對(duì)魚藤酮都存在一定的敏感性。但魚藤酮幾乎不溶于水，僅溶于乙醇、丙酮、四氯化碳、氯仿、乙醚等有機(jī)溶劑。筆者嘗試將魚藤酮溶于無水乙醇后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)鉬酸鈉的跨膜運(yùn)輸有一定的抑制作用，但因?yàn)槿芙舛确浅５蜔o法得出有抑制效果的魚藤酮溶液濃度，又因呼吸抑制劑在一定程度上對(duì)人體有毒害作用，故應(yīng)該慎重地選擇作為中學(xué)實(shí)驗(yàn)試劑。在查找和嘗試了若干種呼吸抑制的方法后，筆者選擇了一種較為簡(jiǎn)單且便于在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課中開展的方法，期望能引導(dǎo)學(xué)生更好地理解主動(dòng)運(yùn)輸?shù)倪^程及特點(diǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)材料及方法

植物材料選擇大小相等、同時(shí)期采購于超市的健康紫色洋蔥（Allium cepa）6 個(gè)，平均直徑約為8 cm，以鱗片葉外表皮細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。實(shí)驗(yàn)前先將洋蔥隨機(jī)分成2 組。一組洋蔥包裹若干層保鮮膜后放入袋子中密封，另一組洋蔥則不做任何處理置于空氣中，處理時(shí)長(zhǎng)為12 h（圖1）。

圖1 呼吸抑制處理組（左）和未呼吸抑制處理組（右）的洋蔥

化學(xué)試劑選擇鉬酸鈉（Na2MoO4），為了對(duì)比效果更加明顯，鉬酸鈉溶液濃度選擇1 mol／L；觀察設(shè)備為舜宇光學(xué)的數(shù)字顯微鏡。

3 實(shí)驗(yàn)步驟

1）制片：分別取2 組紫色洋蔥的鱗片葉外表皮細(xì)胞，按照教材中的步驟制成臨時(shí)裝片。

2）觀察：在低倍顯微鏡下觀察液泡的顏色及形態(tài)。

3）反應(yīng)：從蓋玻片的一側(cè)滴入鉬酸鈉溶液，在蓋玻片的另一側(cè)用吸水紙引流，重復(fù)幾次，使洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞浸潤(rùn)在溶液中，記錄發(fā)生顏色變化所需的時(shí)間及5 min 時(shí)的細(xì)胞變色比例。

4 結(jié)果和分析

4.1 鉬酸鈉水溶液處理洋蔥外表皮細(xì)胞觀察顏色變化規(guī)律

分析：根據(jù)圖2可知從09∶54∶52→09∶57∶41→09∶59∶43 這3 個(gè)時(shí)刻圖的左上角同一區(qū)域觀察顯示：浸潤(rùn)在1 mol／L 的鉬酸鈉溶液后，紫色洋蔥鱗片葉外表皮的液泡顏色變化規(guī)律為紫色→藏藍(lán)色→綠色，個(gè)別細(xì)胞內(nèi)會(huì)出現(xiàn)墨綠色。與劉海金等［1］觀察到的“從淺紫色變成深紫色，再變成天藍(lán)色，最后成為深藍(lán)色”的變色規(guī)律并不相同，即使延長(zhǎng)時(shí)間至40 min，綠色及灰綠色并未成為過渡色?？赡芘c實(shí)驗(yàn)時(shí)的氣溫（實(shí)驗(yàn)日期為7月22日，晴，氣溫35℃）、紫色洋蔥的品種有關(guān)。

圖2 鉬酸鈉溶液處理紫色洋蔥鱗片葉外表皮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖（未呼吸抑制處理組）

分析：根據(jù)圖3可知從10∶10∶34→10∶12∶18→10∶15∶30 這3 個(gè)時(shí)刻的觀察顯示：反“Z”形空白處的右下角發(fā)生由紫色→藏藍(lán)色→墨綠色的變化非常明顯，呼吸抑制組紫色洋蔥鱗片葉外表皮的液泡顏色變化規(guī)律與未進(jìn)行呼吸抑制處理的組別相同，說明呼吸抑制與否并不會(huì)影響液泡內(nèi)花青素的變色規(guī)律。

圖3 鉬酸鈉溶液處理紫色洋蔥鱗片葉外表皮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖（呼吸抑制處理組）

4.2 呼吸抑制處理與否的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比及分析

分析：通過表1可知，本實(shí)驗(yàn)呼吸未抑制組的變色時(shí)間（23 s）比劉海金等的實(shí)驗(yàn)（91 s）有較大縮短，變色比例也有所升高（本實(shí)驗(yàn)中5 min 時(shí)呼吸未抑制組的平均變色比例為96%，劉海金等的實(shí)驗(yàn)中同濃度鉬酸鈉溶液的變色比例為74%，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間未知）。變化發(fā)生總體呈加速趨勢(shì)，可能與實(shí)驗(yàn)時(shí)的氣溫（7月22日，晴，氣溫35℃）及洋蔥品種有關(guān)。同時(shí)根據(jù)表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，呼吸未抑制組的平均變色時(shí)間比呼吸抑制組短，5 min 時(shí)的平均變色比例比呼吸抑制組大，圖4亦能非常直觀地顯示呼吸未抑制組的洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞中的液泡變色比例明顯大于呼吸抑制組，該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能在課堂上給予學(xué)生比較明顯的視覺沖擊。

表1 呼吸抑制處理與否的細(xì)胞變色時(shí)間及變色細(xì)胞比例

圖4 5 min 時(shí)不同組別的紫色洋蔥鱗片葉外表皮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

綜上所述，該實(shí)驗(yàn)?zāi)茉谳^短的時(shí)間內(nèi)反映呼吸抑制處理會(huì)抑制鉬酸鈉通過洋蔥外表皮的跨膜運(yùn)輸。結(jié)合細(xì)胞呼吸的知識(shí)，可得出鉬酸鈉通過洋蔥外表皮的跨膜運(yùn)輸需要細(xì)胞呼吸提供能量這一結(jié)論。

5 展望

洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞含有大量花青素，可作為天然酸堿指示劑，鉬酸鈉屬于強(qiáng)堿弱酸鹽，鉬酸鈉的跨膜運(yùn)輸可改變液泡內(nèi)的pH 值。保鮮膜的包被制造了隔絕氧氣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及圖像的直觀比較，均能較好地說明鉬酸鈉跨膜運(yùn)輸需要能量的事實(shí)，該實(shí)驗(yàn)?zāi)軐?duì)主動(dòng)運(yùn)輸這部分內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)空缺進(jìn)行補(bǔ)充，加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的理解。且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行，能在較短的時(shí)間內(nèi)出結(jié)果，儀器設(shè)備條件的要求較低，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)還能對(duì)之前所學(xué)的質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的相關(guān)操作進(jìn)行鞏固、加深記憶，非常適合在中學(xué)推廣。