模拟植物吸水实验:植物根毛怎样吸水

植物根毛怎样吸?今天就让童乐福儿童网科学小编给大家来讲讲模拟植物吸实验。让我们来尝试做下面的实验。

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模拟植物吸水实验所需材料:

  • 玻璃纸
  • 镊子
  • 硫酸铜溶液(有毒,注意不要用手取,以免误入嘴里)
  • 胡萝卜

适合年龄:6岁以上12岁以上

难易程度:中级

大多数高等植物的吸水器官是根上的根毛。根毛很细,但是每株植物的根毛加起来总长度却很长。比如一株健壮的玉米,把根毛连接起来,可达二十五公里。这么多的根毛是怎么吸水的?后来知道,根毛吸水是通过细胞膜来完成的。细胞膜是一种很特殊的薄膜,它究竟怎样吸水呢?要弄清这个问题,还需要追溯到一百多年前的实验。

早在 1862 年,英国化学家格拉汉姆发表了胶体物质的研究。几年以后,特劳伯就利用胶体来研究细胞的渗透现象。他用一滴胶体溶液加入到鞣质酸溶液当中,结果在这两种液体相接触的面上就形成了一种薄膜。后来又发现,这个膜只允许某些小分子物质(比如水)透过;而不让大分子的物质(比如糖、蛋白质、脂肪等)透过,科学家把这种膜叫做半透膜。特劳伯是第一个研究半透膜的人。

后来,科学家费倍尔对半透膜进行了广泛的研究,认为动植物的细胞膜都具有半透性的特点。比如,根毛细胞、膀胱壁、毛细血管壁和肠壁等都是半透膜。

实验步骤:

为了进一步了解细胞膜是一种半透膜的道理,我们可以用带微孔的玻璃纸来做个实验。

怎样使玻璃纸打上微孔呢?用小针吗?不行!针眼太大。要用化学方法来打孔。找一张普通玻璃纸,擦干净后平铺在大碗或大碟子里,倒进一些 20%浓度的硫酸铜溶液,要浸没玻璃纸。在室温为 10—20 摄氏度下,浸泡一小时以后,用镊子取出来(硫酸铜有些毒性,不要用手取,以免误入嘴里)。用清水冲洗干净,半透膜就做成了。20%的硫酸铜溶液能把玻璃纸腐蚀成许多肉眼看不见的小洞洞。

你把番茄汁包在玻璃纸半透膜里,用线把膜袋口紧紧扎住,然后慢慢地放在盛有浓盐水的瓶子里,让半透膜袋悬在盐水中。不一会儿,就看到半透膜袋明显地变瘪了。这是番茄汁中的水分通过半透膜进入了浓盐水里造成的。

这时候,你把膜袋取出来,再把它悬在另一个盛有清水的深盆里。不久,你又会看到半透膜袋慢慢地鼓了起来。这是因为水分通过半透膜进入到玻璃纸半透膜袋里来了。植物根毛细胞的吸水跟这个道理完全一样。当土壤溶液的浓度小于细胞液的时候,根毛细胞就吸水;相反,根毛细胞就排水。但是必须强调,细胞膜绝不是一种简单的、机械的半透膜。它的功能跟活细胞的生命活力有密切关系,一旦活细胞的生命活动受到阻碍或停滞了,细胞膜的半透性也会发生很大变化,甚至丧失半渗透能力。再做这个实验,你就会更清楚地懂得根毛细胞的吸水道理了。把一个胡萝卜的顶部顶去,在切口面上用小刀挖一个圆孔,孔的大小要正好能塞紧一个软木塞(或像皮塞)。从圆孔向下,把胡萝卜心里的肉挖出去,成一个长柱形的深坑。注意不要把胡萝卜捅穿——这是实验成败的关键之一。

找一个刚好能把坑口塞紧的软木塞。在软木塞的中心地也钻一个小孔,刚好能插进一根两头开口的玻璃管。在胡萝卜坑里灌满浓糖水(要用白糖或红糖,不能用葡萄糖)。塞上软木塞以后,糖水就进入玻璃管里,记下这时候玻璃管上的水位。然后,用熔化的蜡把软木塞封住,不能漏气——这是实验成败的关键之二。在一个干净的大玻璃或大口瓶里,装上干净的水,再把上面的一套装置放在水中,让玻璃管口露出水面。

大约十分钟左右,玻璃管中的液面慢慢上升。如果玻璃管比较短的话,一小时以后,糖水就会从玻璃管的上口溢出来。时间越长,溢出来的水越多。你尝一尝溢出来的水有甜味,再尝尝杯子里的水,一点甜味也没有。可见,杯子里的水透过胡萝卜,渗进了胡萝卜坑里,所以糖水会增加;然而胡萝卜坑里的糖水却没有进到杯子里去。

这是什么原因呢?秘密也在细胞膜上。胡萝卜的细胞膜就好像我们筛土用的筛子一样。筛子只允许小于筛孔的土粒通过,大于筛孔的土粒就过不去。像水和溶解在水里的食盐等无机物,它们的分子比较小,可以自由通过细胞膜,像白糖、红糖、淀粉、蛋白质等有机物,它们的分子大,就不能通过细胞膜。

那为什么胡萝卜细胞里的水不会倒流到杯子里面去呢?这是由第二种因素,即膜的两边溶液的浓度来决定的。如果细胞液的浓度大于外面溶液的浓度,外面的溶液里的水分就会渗进细胞里;如果细胞液的浓度小于外面溶液的浓度,细胞液里的水会就分流出去。杯子里的清水不含糖类等有机物质,所以水就很快渗进胡萝卜里去了。

在一般情况下,根毛细胞液的浓度总是大于土壤溶液的浓度,所以根里的水是不会倒流到土壤里去的!如果给花草树木及农作物施用太浓的肥料水时,植物体里的水就会倒流到土壤里,很快会打蔫甚至枯死。

科学家利用细胞膜的半渗透特性,来速测种子的成活率,从而快速地了解种子的质量。方法很简单:取 5 毫升红墨水,用 95 毫升的冷开水或自来水稀释,就配制成了 5%的染色液。配制多少染色液要看种子多少来决定,配好随即使用。取 50 粒玉米种子,浸泡在 30 摄氏度左右的温水里,大约泡三四个小时。种子充分膨胀以后,用刀片把每粒种子纵切成两半。再把它们全部浸没在盛有红墨水染色液的碗里,半小时以后,把红墨水染色液倒掉,再用自来水反复冲洗种子,一直到冲洗后的水不带红色为止。

最后把洗净的种子平铺在白纸上,仔细地察看每一粒种子的胚和胚乳的着色情况。如果种子的胚,特别是胚根部分,已经全部被染成红色,而且和胚乳的着色程度相近,这样的种子肯定是丧失发芽能力的死种子。如果种子的胚出现斑斑点点的红色,说明种子的部分组织已经死亡,是生命力较弱的种子。如果种子的胚和胚乳完全没有着色,或者略带浅红色,这些种子就是生命力较强的活种子。用这种方法就可以快速地测算出种子的发芽率。

为什么用红墨水染色就能知道种子的死活呢?这是由于种子活细胞的原生质膜是一种半透膜,这种半透膜不能透过红墨水的微小颗粒,所以活种子的胚就不会染色。死种子细胞的原生质膜丧失了半透性,红墨水的颗粒就可以自由地进入细胞,胚和其他部位就很容易染上红色。

童乐福儿童网提醒小朋友:只要自己亲自动手做一做,然后结合所运用到的知识点才能真正的算掌握了此实验。实验过程中要注意安全。

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