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「物質如何進出細胞」應該是國中生物第一個有「科學知識」的單元(之前的單元大多是常識),以前常用「紅血球泡在鹽水中和泡在蒸餾水中的變化」或「水蘊草等植物細胞的質壁分離」來說明,最近各版本紛紛用「做泡菜」來解釋滲透作用,這時在教學上出現很多現象無法解釋,於是今年自己再修改了一下實驗,結果衍生更多問題。以下是我對滲透的理解及疑問,提出來請較大家:

滲透的背景知識

滲透的定義可以用維基百科所說的:滲透是水分子經半透膜擴散的現象。它由高水分子區域(即低濃度溶液)滲入低水分子區域(即高濃度溶液),直到細胞內外濃度平衡(等張)為止。這裡的半透膜可以指物理性的半透膜如人工製的玻璃紙、腸膜、蛋膜等,原理是這些半透膜上有一定大小的孔所以大於這個孔的分子無法通過,而小於這個孔的分子可以通過,所以半透膜可以當成分子的篩子一樣,篩出大小不同的分子;但細胞膜又是另一個情形,物質能不能通過細胞膜除了分子大小外,還牽涉到分子的極性等,極性的分子、離子等需經過細胞膜上特殊的載體、通道才能通過(也就是國中課本所說的特殊蛋白質協助);國中課本大多會說:水、二氧化碳、氧(當然是溶於水後) 可以單純擴散通過,而鹽、糖、胺基酸等則都需要有特殊蛋白協助才能通過。而水則被認為可以單純擴散或經由水通道而進出細胞!

鹽(或糖)為何不能通過細胞膜?

在解釋「質壁分離或紅血球萎縮」時多數課本或老師會以「鹽(或糖)不能通過細胞膜」解釋,但其實我們有:鹽(或糖)要經特殊蛋白質協助才能通過細胞膜的說法,表示鹽(或糖)是可以通過的。而且學生依據生活經驗會說:「如果鹽(或糖)不能進入細胞被細胞利用,那我們吃鹽(或糖)做什麼?」、「為什麼鹽(或糖)會跑到腎臟去造成腎臟的負擔?」…所以「鹽(或糖)不能通過細胞膜」這個說法是不妥的!我自己會以「任何細胞上都有水分子通道,而且很多,但鹽(或糖)的通道很少而且多集中在某些細胞(如腎臟或小腸壁),所以水的移動相對量大而迅速,鹽(或糖)則幾乎沒有移動」來解釋,但我也不確定這樣講是否完善或正確或適合,請大家來提供專業的知識。

冬瓜條泡水的實驗

這次我將滲透實驗稍稍改了一下:實驗步驟及結果如下圖

當步驟2之後我問學生:你們預測泡清水和泡鹽水的冬瓜會發生什麼變化?很多學生說:「鹽水組會脫水、清水組會膨脹」、「濃度高往濃度低移動…(當我問哪邊較作濃度高…時就答不下去了)」、「ㄟ….就擴散啊….滲透啊…」,這些孩子也許已先學過了但一知半解,總是以專有名詞解釋事情(沒辦法---專有名詞是他們被要求記下的內容因為考試要考啊!),但也有很多孩子說:「鹽水組可以保存比較久不會爛掉…因為鹽可以殺菌啊…」,其中有一個答案是「鹽水組的冬瓜會變鹹、鹽會進到冬瓜內…」,我說:「你為何這樣想呢?」,學生說:「蘿蔔乾不是也這樣做的嗎?用鹽醃一醃會變鹹啊…」

從蘿蔔乾變鹹看滲透

說真的這樣的疑問很正常但也很難回答!前面實驗中泡清水組的冬瓜變硬、胖、長、重而且量桶的水變少,所以「泡清水的冬瓜會吸水」是無庸置疑的;而泡鹽水組的冬瓜變軟(可以把它弄彎)、瘦、短…所以「泡鹽水的冬瓜會脫水」也能接受,但泡鹽水的冬瓜到底會不會變鹹(鹽是否會進入細胞內)?則是無法確認的(重量並未減輕,反而從4.0變4.14---雖然應該是外面的的水重)!

蘿蔔乾變鹹是事實,鹽應該是有進入細胞內的,我猜測原因可能是:蘿蔔乾已經是死細胞,細胞膜早已破壞,無選擇性通透的能力了!所以應該只是單純的濃度差異問題,鹽從外界濃度高往蘿蔔細胞內(濃度低)擴散!所以鹽會不會進入植物細胞的關鍵點應該是:活細胞或死細胞!活細胞有選擇性通透,鹽不會(或很少量)進入;死細胞則依擴散原理,可以進入細胞內(其實應該只是細胞壁圍起來的框框內)。下次來做活細胞與細細胞的比較(ㄟ….還沒想到怎麼做)。

關於做泡菜另一個我很不解的地方是:為何總是用鹽巴而不是用鹽水?照理講「水溶液」不是比較容易發生滲透嗎?為什麼要用乾的鹽巴呢?我還是想不通,不知有人可以幫忙解答嗎?




 
 
 
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  1. 月鈴 Re: 泡菜滲透出的迷思

    JANE,akszo2508好
    目前學生已做了一些小實驗等下週報告完會公布出來!還滿有趣的喔!到時我們再來一起討論!
    akszo--你是???暱稱我認不出來ㄟ!而且回應不要用悄悄話啦,這樣別人就看不到你的回應了!我覺得你的回應很有內容,可以公開嗎?

    [回覆] 月鈴 迴響於 03 十一月, 2012 07:50

  2. Re: 泡菜滲透出的迷思

    我常以糖或鹽醃製生的蔬果 我的理解是鹽巴直接拌入蔬果中 可以使蔬果中的水分快速被釋出 而砂糖則速度慢很多 且水量較少
    拌入鹽巴的蔬果 很快就變鹹 砂糖較慢變甜

    釋出水的蔬果 口感明顯變脆

    提供給您參考

    [回覆] jane 迴響於 01 十一月, 2012 19:44

  3. Re: 泡菜滲透出的迷思

    這是一則悄悄話

    [回覆] akszo2508 迴響於 10 十月, 2012 21:23

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