Question

如何研究细胞内物质运输

Answer 1

如何研究细胞内物质运输
细胞大小与物质运输的关系实验，是将含酚酞的，边长分别为1、2、3cm的琼脂块在NaOH溶液中浸泡10分钟，观察NaOH扩散的深度。实验结果是NaOH在不同边长的琼脂块中扩散的深度一致，约为0．5cm。 教材试图将这一模拟实验的结果迁移到细胞以解释细胞不能无限长大的原因，得出的实验结论是：(1)边长不同的琼脂块中，NaOH的扩散速度一致。(2)琼脂块的边长越大，表面积与体积之比值越小，NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比值越小。(3)通过模拟实验可以看出，细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输效率就越低；如果细胞太大，细胞核的“负担”就会过重。 在对实验结果进行分析讨论时，我们产生了疑问：细胞是由小长大的，有足够时间让物质从细胞外围扩散到细胞中心或反向扩散到细胞外围，如果把实验时间延长，较大的琼脂块的NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比值不就可以增加吗？琼脂块没有类似细胞膜的控制物质进出的边界，教材所述实验结论强调细胞的物质运输效率，而实验本身及教材所述实验结论却没有涉及到在物质运输中起关键作用的细胞膜，模拟实验结果跟细胞生命活动的平行关系明显吗？ 我们感到此实验的情境与结果跟活细胞及其物质运输有较大区别，模拟实验与真实的细胞生命活动之间的平行关系不够明显，难以充分说明细胞不能无限长大的主要原因，教材的实验分析不够全面、不够深刻，有待完善（当然，教材编者出于整体的编写思路，无需对一个小局部全面着力，另外，不把实验分析详细或全面表述出来也是一种编教科书的技巧，确实应该给学生留下思考、分析的空间，由教师引导学生完成实验分析）。 2 主要的研究方法 2．1 文献法 上网搜索、浏览相关资料，下载典型资料；查阅大学教材。处理、分析获取的资料，确定研究方向和实验方案。 2．2 实验探究 2．2．1 第一次实验 将30g琼脂通过加热煮沸溶于1000mL水中，再加入1g酚酞试剂。注入大小和形状不同的容器中冷却，制成不同大小和形状的琼脂块。将琼脂块浸泡在0．1g/mL的NaOH溶液中，10分钟后取出，迅速吸干表面的NaOH溶液，在与表面垂直的方向切开琼脂块，测量NaOH扩散深度的平均值。 2．2．2 第二次实验 将2个直径5cm、高8cm的琼脂柱浸入NaOH溶液中，10分钟取出各自横切成3cm和5cm高的两段（切口处为上端），测量NaOH扩散深度。将3cm的两段置于空气中，5cm的两段放回NaOH溶液中，10分钟后取出切掉上端0．7cm的一段，测量NaOH扩散深度，同时测量置于空气中的3cm高的一段的NaOH扩散深度。3cm高的两段继续置于空气中，约4cm的两段放回NaOH溶液中，10分钟后取出切掉上端0．7cm的一段，测量NaOH扩散深度，同时测量置于空气中的3cm高的一段的NaOH扩散深度。 2．2．3 第三次实验 基本上为第二次实验的重复，验证实验结果的可靠性。 3 研究结果 3．1 实验结果 浸泡10分钟，NaOH在不同形状琼脂块中扩散的深度是一致的，平均值0．5cm。 第一次实验时，测量后50分钟清理桌面时，测得在未再浸泡的琼脂块中NaOH继续扩散的深度达到1．3cm。即浸泡时的扩散速度为0．05cm/min，不再浸泡的琼脂块内NaOH扩散速度为0．016cm/min。 第二次实验和第三次实验测得的数据虽有差异，但NaOH扩散深度的变化趋势相同。即：NaOH继续扩散的速度逐渐减慢，在置于空气中的琼脂块里，NaOH继续扩散的深度比在放回NaOH溶液的琼脂块里的慢（第一次实验测得第10～60分钟时段的扩散深度是置于空气中继续扩散的深度，没有对照测量把琼脂块放回NaOH溶液后的NaOH继续扩散深度，故设计第二次实验对比观察不同条件下的NaOH扩散深度）。
第一次实验
第10分 第20分 第30分 第40分 第60分
在NaOH溶液中扩散深度 0．5cm
在空气中继续扩散的深度