影响细胞质流动的因素和改进措施

摘 要： 本文围绕水、温度、光照三个方面，分析了影响细胞质流动的因素。选取黑藻作为材料，加温并双向光照，定时定点强光刺激，观察细胞质流动的教学效果比较理想。

关键词： 细胞质流动 黑藻 影响 因素 有效措施

现行人教版高中生物（必修）教材中，在“细胞膜的结构和功能”、“细胞质的结构和功能”两个知识点后，安排了“用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质流动”的学生实验，目的在于使学生巩固细胞质、细胞器等基本概念，让学生通过观察，认识叶绿体的形态和分布；以细胞内最具特征的细胞器――叶绿体作为标志物，观察叶绿体在细胞内的位移情况，感知细胞内细胞质处于流动状态；理解细胞是生命活动的基本单位，活细胞是生命活动的具体表现单位的概念；通过对一个或几个植物细胞的观察，明白细胞不是静止的，生命永远在运动。

从上面可看出，“用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质流动”是高中生物学科一个有代表性的实验，做好这一实验有利于激发学生学习生物学的兴趣，有利于学生学习生物科学知识。

近几年，选用黑藻叶片作为观察叶绿体和细胞质流动的材料，已成生物学科同行的共同选择。黑藻属单子叶多年生沉水草本植物，在自然环境中，根入泥，茎细长，披针形叶，3―5片轮生。嫩叶长0.7―1.0m，宽0.1―0.2cm，叶缘有锯齿，一条中脉贯穿叶尖至叶基部，无侧脉。黑藻一年四季可培养繁殖。剪取带嫩枝的15cm左右枝条，置于20℃以上水中，三天后节基部就会长出新根。

黑藻叶片只有一层细胞构成，有利于显微观察，细胞内的细胞器大，观察叶绿体的教学容易完成，然而观察细胞质流动却有一定难度。观察叶绿体的形态，无论叶绿体在细胞中处于静态或移动状态都不影响观察。观察细胞质流动是将叶绿体作为标志物，根据叶绿体的移动，认定细胞质在流动。笔者根据多年的教学实践，就影响细胞质流动的因素和可采取的有效措施作以下探讨。

一、影响细胞质流动的因素

1.水是生命活动的物质条件。水占细胞质量的80―90%。当细胞吸水膨胀时，其体积增大，叶绿体等细胞器移动范围增大；当细胞失水时，细胞萎缩，体积减小，细胞器移动范围受限；细胞一旦干燥，其新陈代谢将停止，细胞处于休眠状态；细胞严重脱水时，蛋白质变性，细胞死亡。活性细胞的细胞质呈溶胶状态，缺水将导致细胞质变成凝胶状态，生命活动减弱。

2.温度是细胞进行正常生命活动的环境条件。温度低，原生质粘度变大，水分流动缓慢，细胞呼吸减弱，产生的能量减少。温度过高，会对生物体形成热害，使酶失去活性，蛋白质结构改变，导致细胞死亡。

3.光照是植物光合作用的重要能源。绿色植物必须利用太阳光或人工光源，才能通过叶绿体把二氧化碳和水转化成存储能量的有机物，完成植物生命活动中最重要的新陈代谢。光源的类别、光照时间的长短、光照的强度都对活细胞有重要影响。

水、温度和光照是植物生命活动的三个基本因素。观察细胞质流动必须紧紧围绕这三个因素。在实验教学中，由于各学校所处的地域不同，气候条件不同，自然条件下难以满足三个因素。即使是同一学校、同一教师，一天内上课时间段不同，教学效果也不一样。解决的办法是有效调控以上三个因素，必要时采取增加叶片局部创伤和化学刺激两项措施。创伤一般是损坏黑藻叶片叶脉，改变中脉及其细胞的渗透压，细胞液外渗形成引流，大量水分流动导致叶绿体移动速度加快，便于观察。化学刺激是利用生物的应激特性，将化学试剂作为一种激活剂，增加酶的活性。

二、影响细胞质流动的有效措施

1.选枝加温。取茎尖嫩叶较多的黑藻约15枝，每枝长4―10m，放入水温25℃左右、水深不超过3cm的玻璃水槽中，以水刚浸没黑藻枝条为宜。升高水温可适量加入热水，但不能直接倒入开水；也不要一次升温太大，加水一次升温8℃左右较好；若从15℃左右一次加温到40―45℃，材料只能一个教学班用，下节课细胞已失去活性，不能再用。

2.双向光照。把水槽放在普通投影仪的工作台面上，将投影仪平面反光镜置水平闭合位，按下强光开关，让大于300W的卤钨灯照射黑藻嫩枝约15min。光在水中具有穿透性，黑藻枝叶少，水层浅，水槽和投影仪台面均透明。光源光线与反光碗光线汇合，经聚光镜组照射黑藻，继而投射到平面反光镜，又从平面反光镜反射到黑藻，形成双向光照。

3.制片观察。在载玻片上滴一滴玻璃水槽中的温水，选一片黑藻嫩叶制成装片，置于显微镜下，一般就能看到细胞质流动的正常情况。

4.定时定点强光刺激。上午第一节课或天阴、低温时上课，学生用上述处理的材料制成装片，有时观察效果不太理想。教师应事先准备典型示范装片来弥补：选择经双向光照的黑藻嫩叶制成装片，开启投影仪电源开关（不能用强光），将装片置于投影仪工作台面正中，让投影仪中心光轴穿射黑藻叶片，强光刺激4―6min（少于4min效果差，超过8min细胞会被强光灼伤或脱水失去活性）。经中心光轴强光刺激的叶片，观察时可看到细胞质流动明显，一个视野中往往可同时看到布朗运动、环流、穿棱运动等叶绿体移动情况，材料处理方式与效果如下：

定时定点强光刺激制作示范装片需注意：①观察部位接近中心光轴穿射点。一般情况，观察叶中部中脉外侧2―5行细胞，中心光轴正对叶中部即可。较嫩叶片，可观察叶片近尖部细胞，中心光轴应正对叶尖部中脉，效果特好时，可观察到中脉外侧叶边缘甚至叶边缘的小锯齿处细胞质都在快速流动。②用此法制成的示范装片，细胞质流动很典型，课前教师应尽量多做几片，分别在讲台、中后排学生实验桌上示范，让学生都能看到细胞质快速流动的真实状况。③做好的示范装片，上一个教学班用后，下一个班仍可再用，但须每隔半小时左右加一些水，让叶片始终处于不缺水状态。

上述综合调控促使细胞质流动的方法措施，满足了黑藻叶片细胞对水分、温度和光照的要求条件。同时，较高的水温、强烈的卤钨灯光实际上都会对叶片细胞形成刺激。在15―35℃范围内，温差较大，加热水升温处理后效果更好；同样，光照差别越大，处理后观察效果也越好。处理前后的差别在上午第一节课最突出。

综合调控水分、温度和光照，人为改变黑藻生活的小环境（一个玻璃水槽）气候，定时定点强光照射能激化并迅速改变一个叶片及细胞的微环境因素，目的都是促使细胞质流动以利于观察。在实际教学中，要解决一个年级几个、十几个教学班的实验材料问题，应以正常气温下（我国长江以南地区，9月下旬至10月上旬，气温在20―30℃）完成观察细胞质流动的教学实验较妥。

参考文献：

［1］人民教育出版社生物室.全日制普通高级中学教科书（必修）生物（第一册）［M］.北京：人民教育出版社，2003.

［2］施忆・探索・实验・研究丛书（生物）［M］.杭州：淅江教育出版社，2003.

［3］崔军，郝秋菊.观察黑藻原生质流动实验的思考［J］.科教文汇（上半月），2007，（2）：196.

［4］张恒泽.观察叶绿体和细胞质流动实验的改进［J］.生物学教学，2003，（3）：52-53.