02 细胞膜渗透性实验

山东大学实验报告2018年3月19日
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姓名：丁志康系年级：2016级班级：生科一班组别：周一
科目：细胞生物学实验题目：细胞膜渗透性实验学号：201600140055
一、目的要求
1、了解细胞膜的渗透性
2、了解各种小分子物质跨膜进入红细胞的速度
二、实验原理
1、细胞膜
细胞膜是防止细胞外物质自由进入细胞的屏障，它保证了细胞内环境的相对稳定，使各种生化反应能够有序运行。

但是细胞必须与周围环境发生信息、物质与能量的交换，才能完成特定的生理功能，因此细胞必须具备一套物质转运体系，用来获得所需物质和排出代谢废物。

2、选择透过性
细胞膜具有对物质选择透过的生理功能。

脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非极性分子比极性容易透过，小分子比大分子容易透过。

水分子可通过水孔蛋白（aquaporins）快速地进
出细胞。

非极性的小分子如O
2、CO
2
、N
2
可以很快透过脂双层，不带电荷的极性小分子，如尿素、甘
油等也可以透过人工脂双层，尽管速度较慢，分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过，而膜对带电荷的物质如：H+、Na+、K+、Cl–、HCO3–是高度不通透的。

3、渗透
渗透是水分子经半透膜扩散的现象。

它由高水分子区域（即低浓度溶液）渗入低水分子区域（即高浓度溶液），直到细胞内外浓度平衡（等张）为止。

水分子会经由扩散方式通过细胞膜，这样的现象，称为渗透。

渗透作用是细胞膜的基本功能之一。

2、溶血现象
将红细胞放入低渗盐溶液中，水分子会大量渗入细胞内，导致细胞涨破，血红蛋白释放到周围液体介质中，使介质由不透明的红细胞悬液变为红色透明的血红蛋白溶液，这种现象称为溶血。

将红细胞放入数种等渗溶液中，细胞不会立即吸水张破，但由于红细胞对各种溶质的透性不同，有的溶质可以渗入，有的溶质不能渗入，渗入的溶质可以提高红细胞内的渗透压，促进水分进入细胞，引起细胞涨破，发生溶血。

由于溶质渗入的速度不同，因此溶血时间也并不相同。

发生溶血现象所需的时间，可以作为测量某种物质进入红细胞速度的一种指标。

（溶血速度→穿膜速度）
3、物质穿膜运输的类型
i.被动运输
a.简单扩散：不需要载体蛋白参与的扩散称为简单扩散。

顺浓度梯度，不需要载体，不消耗ATP。

b.协助扩散：协助扩散是指非脂溶性物质或亲水性物质，如氨基酸、糖和金属离子等借助细胞膜上的膜蛋白的帮助顺浓度梯度或顺电化学浓度梯度，不消耗ATP进入膜内的一种运输方式。

ii.主动运输
主动运输是指物质沿着逆化学浓度梯度差(即物质从低浓度区移向高浓度区) 的运输方式，主动运
输不但要借助于镇嵌在细胞膜上的特异性的传递蛋白分子作为载体，而且还必须消耗细胞代谢所产生的能量来完成。

4、物质穿膜运输所符合的物理化学规律
物质跨膜扩散速率的大小除与膜两边分子浓度梯度大小有关外，还同物质的油水分配系数及分子大小有关。

分子穿膜的通透性以P表示，有公式：P=KD/t
K：油水分配系数，即一种溶质在油相与水相中的含量值比
D：扩散系数，即相对分子质量的函数，物质分子越小，扩散系数越大
t：膜的厚度
三、实验用品
1、实验材料：鸡血（已离心、洗涤、并加入抗凝血剂）
2、实验试剂：0.85%的氯化钠溶液，0.085%的氯化钠溶液，0.8mol/L的甲醇，0.8mol/L的丙三醇，
6%的葡萄糖溶液，2%的Triton X-100溶液。

3、实验器材：试管，离心机，离心管，滴管，载玻片，盖玻片，显微镜等。

四、实验步骤
1、取鸡血8ml,加入0.85%的氯化钠溶液4ml，在1000r/min条件下离心5分钟。

（RBC压积量不少于
0.6ml）
2、将上述离心的红细胞按沉淀量配成50%浓度的溶液。

（总体积量不少于1.2ml）
3、每组取七支试管，分别加入如下溶液各3ml ：
a.0.85%的氯化钠溶液
b.0.085%的氯化钠溶液
c.0.8mol/L（0.32mol等渗）的甲醇溶液
d.0.8mol/L（0.32mol等渗）的丙三醇溶液
e.6%（5%等渗）的葡萄糖溶液
f.5%的葡萄糖溶液(用6%的葡萄糖溶液稀释得到)
g.2%(1.5%等渗)的Triton X-100溶液
4、向上述六支试管中加入50%的红细胞悬液1滴，轻摇混匀，观察是否有溶血现象发生（观察时间
1小时），记录溶血时间并于显微镜下观察各种溶液中的细胞。

五、实验结果
1、溶血时间记录
2、实验照片
图一 0.85% NaCl 溶液中的鸡红细胞（10×40） 图二 0.4% NaCl 溶液中的鸡红细胞（10×40）
图三0.085% NaCl 溶液（10×40，示血影） 图四 0.085% NaCl 溶液（左）与0.85% NaCl 溶液（右）
图五 5%葡萄糖溶液中的鸡红细胞（10×40） 图六 5%葡萄糖溶液（左）与0.85% NaCl 溶液（右）
图七 0.8mol/L 丙三醇溶液（15min ，10×40） 图八 0.8mol/L 丙三醇溶液（30min ，10×40）
图九 0.8mol/L 丙三醇溶液（45min ，10×40） 图十 0.8mol/L 丙三醇溶液（60min ，10×40）
图11 等渗NaCl 与丙三醇（左） 图12 等渗NaCl 与甲醇（左） 图13等渗NaCl 与Triton X-100（左）
图14 0.8mol/L的甲醇溶液（10×40）图15 2%的Triton X-100溶液（10×40）
2、实验结果叙述
a.0.85%的氯化钠溶液：细胞不膨大，呈饼状；
b.0.085%的氯化钠溶液：细胞迅速吸水涨破，有少量接近透明的不溶物质贴在破裂的细胞膜上，细胞膜近乎透明；
c.0.4%左右的氯化钠溶液（用0.85%的氯化钠溶液稀释得到）：细胞吸水涨破的速度比0.085%的氯化钠溶液慢，可以看到大部分细胞都迅速膨胀成圆球状（如图二），之后细胞逐渐破裂，吐出内部难溶性物质；
d.0.8mol/L的丙三醇溶液：细胞基本与等渗溶液（0.85%的氯化钠溶液）中形态相同，1h内未看出明显变化；
e.0.8mol/L的甲醇溶液：溶血时间短，细胞迅速破裂，显微镜下看到细胞破裂后内含的难溶性物质皱缩，体积变小，折光性增强；
f.6%的葡萄糖溶液：细胞基本与等渗溶液（0.85%的氯化钠溶液）中形态相同，1h内未看出明显变化；
g.2%的Triton X-100溶液：溶液表面出现泡沫，溶血时间极短，细胞迅速破裂，显微镜下看到细胞破裂后内含的难溶性物质皱缩，体积变小，折光性增强，且比甲醇溶液中的难溶物颗粒折光性更强。

六、注意事项
1、有的试剂（例如甲醇、Triton X-100等）中鸡红细胞的破裂速度很快，相应的溶血时间也很快，所
以如果操作不够敏捷可能会导致停止计时过晚，导致读数偏大，影响数据准确性。

2、在拍照记录不同试剂发生溶血现象后的细胞悬液澄清程度时，应当以白纸作为背景，以等渗的鸡红
细胞悬液作为对照，使实验结果更加直观明了。

3、在显微镜下观察6%葡萄糖溶液和0.8mol/L的丙三醇溶液中的红细胞时，要同时进行计时，并每隔
10min或者15min就进行一次拍照，记录景象，作为前后自身对照。

4、在利用鸡红细胞悬液进行制片时，要注意好细胞的密集程度，如果细胞过密会导致拍摄效果差，这
时应当适用该细胞悬液相对应的试剂进行稀释，以获得更好的显微摄影照片。

七、思考与讨论
1、溶血是一个逐渐的过程，不是突变，溶血时间也只是一个大概的时间，并不准确，所以溶血时
间的记录也不需要过于精确，个人认为溶血时间记录到s就足够，计时器记录到的更精确数值应当舍弃。

2、0.85%的氯化钠溶液和0.085%的氯化钠溶液浓度差距太大，在进行细胞渗透性实验的时候往往难
以观察到中间状态的细胞形态，所以建议设置一个0.5%左右的NaCl溶液进行进一步的对照，我在本次试验中用0.85%的氯化钠溶液和蒸馏水粗配了一份浓度大约在0.4%左右的氯化钠溶液进行实验，并成功观察到了鸡红细胞吸水膨胀成球形，以及继续吸水到膨胀的情形。

3、老师上课时讲到了将鸡红细胞放在等渗溶液中几天过去后也会膨胀破裂，但由于实验时间的缘
故我们无法看到鸡红细胞在等渗溶液中膨胀破裂后的状态，也无法看到鸡红细胞在0.8mol/L的丙三醇溶液以及6%的葡萄糖溶液中破裂后的状态，建议老师在实验开始前一天提前准备一份鸡红细胞0.8mol/L的丙三醇细胞悬液和一份6%的葡萄糖细胞悬液，让我们在上课时刚好可以观察鸡红细胞在0.8mol/L的丙三醇溶液和6%的葡萄糖溶液中静置一天后的状态，作为本次实验的补充。

4、本实验中鸡红细胞在不同试剂中的溶血时间并不好测量，这一方面是由于溶血现象的发生并非
是突变的，另一方面则是由于细胞悬液的状态并不十分容易观察，结合无机化学实验时老师教授的观察溶液是否澄清的方法，我认为本次实验中可以用到：准备一张空白的A4，将其竖放作为背景，将两装有等渗和低渗试剂细胞悬液的离心管放在白纸前（迎光），旋转离心管使刻度线刚好旋转到视野背面，这时候等渗悬液因为模糊故看不见离心管背面的刻度线，而低渗悬液中细胞会逐渐破裂，悬液会逐渐清澈，背面的刻度线会逐渐清晰。

又因为刻度线底部呈锥形，从小往上逐渐变粗，所以视野也会逐渐模糊，在细胞破裂过程中刻度线会由下往上逐渐的清晰。

我们可以规定到能看见第几条刻度线作为停止计时的标记（例如2mL刻度线），这样就可以在一定程度上对细胞破裂程度进行量化，减小计时误差。