融合质壁分离原理“探究植物耐寒机理”的实验设计.pdf

融合质壁分离原理?探究植物耐寒机理?的实验设计时?祺?江苏省海门中学?海门?摘?要?在寒冷环境下?植物细胞液浓度增大?自由水减少?以防止冻伤?基于植物细胞失水发生质壁分离原理设计实验?以质壁分离时间?程度和质壁分离细胞占比为测定指标?获得数据以深刻理解?植物通过增加细胞液浓度适应低温环境?关键词?植物耐寒?质壁分离?实验设计?社会责任?不同植物耐寒性有较大的差异?在学习了高中生物学必修?模块?被动运输?中?探究植物细胞的吸水和失水?这一内容后?学生对?探究植物耐寒机理?产生极大兴趣?在习得?观察植物细胞的质壁分离和复原?阐明植物细胞通过吸水或失水维持细胞结构和功能的正常?这一生物学概念之后?学生试图从植物细胞液浓度变化的角度来解释植物耐寒的机理?笔者引导学生思考?是否可设计实验为自己的想法提供实验证据?据此?进行了本节创新实验教学?实验原理实验原理是?耐寒植物细胞在低温环境下?自由水的比例逐渐降低?而结合水的比例逐渐上升?细胞液浓度升高?以避免气温下降时自由水过多导致结冰而损害自身?植物细胞的原生质层相当于一层半透膜?半透膜两侧细胞液与外界溶液的浓度差决定细胞吸水或失水?当细胞液浓度小于外界溶液浓度时?细胞失水?低温处理的植物细胞自由水减少?细胞液浓度变大?在一定的高浓度溶液中失水速度较之常温下植物细胞液变慢?当植物细胞的液泡或原生质层带有特定颜色时?可在显微镜视野中观察其质壁分离现象?低温环境下植物细胞液的失水程度可通过原生质体中有色区域的变化程度进行定量测定?实验准备?实验试剂?质量浓度为?蔗糖溶液?清水?实验材料?常温和?低温处理?的紫色洋葱鳞片叶?葫芦藓叶片?实验器材?数码显微镜?计时器?载玻片?盖玻片?镊子?刀片?剪刀?滴管等?实验变量?自变量?常温和?低温处理?的紫色洋葱鳞片叶?葫芦藓叶片?因变量?质壁分离程度的定量检测?教材中对质壁分离现象为定性观察?本节立足于教材?提升思维?对质壁分离的相关数据进行记录?对质壁分离的程度进行定量分析?本实验中对以下数据进行了采集和处理?初始发生细胞质壁分离所需时间?相同时间内细胞质壁分离所占百分比和相同时间内原生质体长度?细胞长度之比?实验步骤全班分为?个合作学习小组?每个小组可选择紫色洋葱鳞片叶或葫芦藓叶片为实验材料?制作临时装片?方法?选取常温和?低温处理?的紫色洋葱鳞片叶?用刀片在外表皮上划一方框?用镊子撕下?置于已备好的载玻片上的清水中并展平?盖上盖玻片?制成临时装片?方法?选取常温和?低温处理?的葫芦藓叶片?用剪刀剪取相对宽阔的叶片?同上述操作?制成临时装片?用低倍镜观察?选择合适的视野?分别观察低温处理前后的紫色洋葱鳞片叶和葫芦藓叶片的中央液泡的大小?原生质层位置?提示?洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡为紫色?葫芦藓叶片细胞的原生质层为绿色?引流法将细胞浸润在?蔗糖溶液中?从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液?在盖玻片的另一侧用吸水纸引流?重复?次?再用低倍镜观察并记录相关数据?引流法操作完成时立即用计时器开始计时?至视野中有细胞发生?进行了?养水?处理?减小了鱼虾死亡率?利用水草泥代替了沙土?防止缸内水变浑浊?便于更准确统计生物种类和数量?注水时用了缓冲?塑料袋?防止缸内水草泥冲散?景观损毁?观察统计环节开展了生态缸的维护工作以及对生态缸出现系列问题的进一步探究与实践?深入培养了学生的创新精神?团队合作精神?探究实践能力和社会责任?让学生深刻认识了维护生态系统稳定性的不易?基金项目?四川省教育信息技术研究?十四五?规划?年度课题?双新?背景下高中生物学微课程群的开发和应用研究?主要参考文献?中华人民共和国教育部?普通高中生物学课程标准?年版?年修订?北京?人民教育出版社?周?游?王?倩?海南五指山热带雨林生态缸的制作与保养?现代园艺?祝斯琦?徐绮琪?未来主义在生态缸景观上的表现?以微型空气凤梨生态缸为例?河北农机?康?敏?陈?宇?浅议微水景生态缸景观设计营建?黑龙江农业科学?生物学教学?年?第?卷?第?期?质壁分离时为止?记录为初始细胞质壁分离所需时间?每个小组根据视野中细胞质壁分离情况?统计一定时间后发生质壁分离的细胞占视野中所有细胞的比例?用数码显微镜上刻度尺量取质壁分离后细胞壁与原生质层之间间隙最明显处原生质体长度与细胞长度?并计算两者的比值?以反映细胞质壁分离程度?表?表?个学习小组实验数据汇总表洋葱鳞片叶外表皮葫芦藓叶片常温?常温?组?组?组?组?组?组?组?组?组?组?组?组初始细胞质壁分离所需时间?分?秒结果?均值?相同时间细胞质壁分离占比?结果?均值?相同时间原生质体长度与细胞长度比值?结果?均值?实验结论植物细胞通过增加细胞液浓度适应低温环境?汇总?个合作学习小组数据对比分析?表?常温下洋葱鳞片叶细胞平均初始质壁分离时间为?而?低温处理后的洋葱鳞片叶细胞为?常温下葫芦藓叶片细胞平均初始质壁分离时间为?而?低温处理的葫芦藓叶片细胞为?这两种实验材料均出现一致的实验结果?低温处理的叶片细胞初始质壁分离时间均比常温下的叶片细胞较晚?视野计数中质壁分离细胞占比发现?当常温下洋葱鳞片叶细胞和葫芦藓叶片细胞?发生质壁分离时?低温处理后的洋葱鳞片叶细胞和葫芦藓叶片细胞质壁分离占比仅为?和?远低于常温下植物细胞?原生质体长度与细胞长度的比值可一定程度上反映细胞质壁分离程度?比值越大?说明细胞失水越少?质壁分离程度越小?两者呈负相关?常温下洋葱鳞片叶细胞该值约为?而?低温处理后的洋葱鳞片叶细胞为?常温下和?低温处理的葫芦藓叶片细胞该值分别为?和?说明?低温处理的叶片细胞质壁分离程度均显著低于常温下叶片细胞?通过以上各组数据的对比分析可知?低温处理的植物细胞失水速率显著变慢?质壁分离程度变低?因此?得出推论?低温处理导致植物细胞液浓度升高?即教材中的知识?植物细胞通过增加细胞液浓度适应低温环境?了解植物耐寒机制?指导生产实践基于课堂探究?笔者鼓励学生再广泛地查找资料?并咨询专业人员?来了解植物耐寒机制?降温时植物细胞迅速排出细胞内水分?使细胞液中自由水减少?减少水结晶对细胞的损伤?细胞液中可溶性糖?可溶性氨基酸?可溶性蛋白等增多?增加细胞液浓度?提高防冻能力?细胞膜中不饱和脂肪酸含量增多?以防止细胞膜冻伤?低温抑制植物体内自由基和活性氧的产生?抗氧化能力增强?提高耐寒性?低温诱导植物激素水平?植物生长迟缓甚至进入休眠状态?低温诱导植物细胞中抗冻蛋白基因的表达?同时?笔者引导学生思考利用植物的耐寒机制?如何更好地指导生产实践?例如因地制宜?在不同气候的地区?种植不同抗寒能力的植物?抗寒能力弱的植物渗透压较低?施肥浓度应该较低?转耐寒基因植物的培育等?通过本节课的探究学习?将教材?探究植物细胞的吸水和失水?中质壁分离原理融合在学生熟悉的真实情境和问题中?使学生从实践中进一步深化对本节知识的理解?同时?激发学生更积极地运用生物学知识和方法?对日常生活中所见?所思做出解释和判断?培养学生解决生产生活中问题的担当和能力等社会责任?基金项目?江苏省教育科学规划重点课题?生态伦理学观照下高中生物教学涵育学生社会责任感的实践研究?江苏省基础教育前瞻性教育改革实验一类项目?走向深度融合的普通高中理科教学的创新实践?主要参考文献?中华人民共和国教育部?普通高中生物学课程标准?年版?北京?人民教育出版社?章博远?苔藓植物在中学生物学质壁分离及复原实验中的应用?生物学教学?生物学教学?年?第?卷?第?期