淺析生物學實驗中顏色反應的原理

王子武

(安徽省利辛縣高級中學 236700)

“顏色反應”是鑒定一些化合物或結構的重要方法[1]。相關試劑與待測樣品的顏色反應大多是一些化學反應，也包含物理染色。人教版高中生物學教材中一共涉及13類顏色反應，本文對其理化原理進行分析。

1 鑒定類的顏色反應

1.1 淀粉的鑒定 淀粉中的淀粉鏈呈螺旋狀，其中的葡萄糖基有羥基暴露在螺旋外部，碘與這些羥基作用，與6個葡萄糖基配合，然后嵌入淀粉螺旋體的軸心，形成包合物。包合物的吸光性能發生改變，當葡萄糖基小于6個時不呈色，當葡萄糖基平均為20個左右時呈紅色，當葡萄糖基大于60個時呈藍色[2]。直鏈淀粉的淀粉鏈長，故而遇碘呈藍色，支鏈淀粉的分支短，一般只有20～30個葡萄糖基，遇碘呈現藍、紅混合的紫紅色。

1.2 還原性糖的鑒定 斐林試劑由甲液(0.1 g/mL的NaOH溶液)和乙液(0.05 g/mL的CuSO4溶液)構成，兩者混合后生成藍色的Cu(OH)2沉淀。還原性糖中含還原性的醛基(-CHO)，在水浴加熱的條件下，可將藍色的Cu(OH)2沉淀還原成磚紅色的CuO2沉淀。因此，斐林試劑可以用來區分水溶性的醛和酮官能團，也可以對還原糖進行鑒定。

1.3 蛋白質的鑒定 雙縮脲試劑由A液(0.1 g/mL的NaOH溶液)和B液(0.01 g/mL的CuSO4溶液)構成。其中A液提供堿性環境，在堿性條件下，CuSO4溶液電離出的Cu2+與蛋白質中的肽鍵發生雙縮脲反應，生成紫色絡合物。所以，雙縮脲試劑可用來鑒定蛋白質，現象為有紫色物質生成。

1.4 脂肪的鑒定 蘇丹染料在脂質中的溶解度大于有機溶劑，因此蘇丹溶液中的染料分子與脂質的親和力更強。依據溶解度的差異，可用蘇丹溶液對脂肪進行染色，其作用原理主要是物理性脂溶和吸附作用。常用的蘇丹試劑有蘇丹Ⅲ和蘇丹Ⅳ，前者可將脂肪染成橘黃色，后者可將脂肪染成紅色。

1.5 二氧化碳的鑒定 溴麝香草酚藍是一種酸堿指示劑，顏色可隨pH的變化而變化，變色范圍為6.0～7.6(黃→綠→藍)。CO2溶于水生成H2CO3，H2CO3水溶液呈弱酸性，所以用溴麝香草酚藍鑒定呼吸作用釋放的CO2時，會出現顏色由藍變綠再變黃的現象。

1.6 酒精的鑒定 重鉻酸鉀在強酸(濃硫酸)環境下，可將乙醇(C2H5OH)氧化為乙醛(CH3CHO)，再進一步被氧化為乙酸(CH3COOH)，并生成硫酸鉻(CrSO4)，CrSO4水溶液電離出Cr2+，Cr2+呈綠色。所以，酸性的重鉻酸鉀遇酒精會由橙紅色變為灰綠色。

1.7 亞硝酸鹽的鑒定 亞硝酸鹽在特定條件下可轉化為亞硝胺，后者具有致癌和致畸作用。在泡菜的腌制初期，亞硝酸鹽的含量會升高，因此要進行亞硝酸鹽含量的測定。在鹽酸提供酸性的條件下，亞硝酸鹽與對氨基苯磺酸發生重氮反應生成重氮鹽，后者進一步與N-1-萘基乙二胺鹽酸鹽偶合形成玫瑰紅復合物。將顯色反應后的樣品與標準溶液進行比較，可估算出亞硝酸鹽的含量。

1.8 DNA的鑒定 在酸性條件下加熱，DNA中的嘌呤堿基與脫氧核糖之間的糖苷鍵會發生斷裂，生成嘌呤堿基、脫氧核糖和嘧啶堿基脫氧核苷酸，脫氧核糖進一步脫水生成ω-羥基-γ-酮基戊醛，該物質與二苯胺試劑反應可生成藍色物質。

1.9 分解尿素的細菌的鑒定 酚紅是一種酸堿指示劑，當pH小于6.6時呈黃色，在6.6～8.0之間時呈橙色，高于8.4時呈紅色。分解尿素的細菌可利用脲酶將尿素(CO(NH)2)水解成CO2和NH3，NH3溶于水呈堿性，可使酚紅指示劑變成紅色。

1.10 分解纖維素的細菌的鑒定 分解纖維素的細菌，利用纖維素酶可將培養基平板上的纖維素降解成小分子糖，剛果紅染色劑可以與大分子的纖維素牢固結合形成紅色復合物，而不與小分子糖結合。用NaCl溶液沖洗平板后，小分子糖被洗脫下來。因此，在生長過分解纖維素的細菌的周圍會形成透明圈。

2 染色類的顏色反應

2.1 甲基綠、吡羅紅對DNA和RNA的染色 觀察DNA和RNA在細胞中的分布實驗，使用的是甲基綠-吡羅紅混合染色劑。DNA和RNA分子都是多聚體，但聚合程度不同，甲基綠選擇性地與細胞核中的聚合程度高的DNA結合，呈綠色；吡羅紅選擇性地與細胞質中的聚合程度較低的RNA結合，呈紅色(解聚了的DNA也能和吡羅紅結合呈紅色)。所以，吡羅紅對RNA的親和力大，細胞質被染成紅色；而甲基綠對DNA的親和力大，細胞核被染成綠色。

2.2 健那綠對線粒體的染色 健那綠是一種線粒體專一性活體染色劑，自然狀態下呈綠色，具有脂溶性，能穿過細胞膜。健那綠中有染色能力的基團帶正電，可與線粒體帶負電的內膜結合，內膜上的細胞色素c氧化酶使健那綠保持氧化狀態呈藍綠色，而在周圍的細胞質中，被還原成無色狀態。通過健那綠對細胞的染色，可以在高倍顯微鏡下觀察活細胞中線粒體的形態和分布。

2.3 堿性染色劑對染色體的染色 染色體在解螺旋狀態下又稱染色質，因易被堿性染料染成深色而得名。染色體自然狀態下是無色的，對其觀察和計數需要用染色劑染色，常用的堿性染色劑有醋酸洋紅和龍膽紫溶液。堿性(或酸性)染色劑的界定并非由染料溶液的pH值決定的，而是根據染料物質中助色基團電離后所帶的電荷來決定的。一般來說，助色基團帶正電荷的染色劑為堿性染色劑；反之則為酸性染色劑。雖然龍膽紫染液的pH值為3.0，醋酸洋紅染液的pH值為1.9，兩者均為酸性溶液，但兩者的助色基團帶正電荷，所以是堿性染色劑[3]，可對染色體進行染色。