“葉綠體中色素的提取和分離”實驗教學的探索

倪 娟 汪岱華 朱曉蓓

(上海市西南位育中學 200233)

1 設計背景

“葉綠體中色素的提取和分離”是上海科技版高中《生命科學》第四章“光合作用”中的實驗內容，旨在使學生初步學會提取和分離葉綠體中色素的基本方法和技術，并通過對分離得到的色素條帶的觀察，加深對葉綠體各種色素的認識。

教材以新鮮的菠菜葉為實驗材料，分提取和分離兩個步驟完成實驗：首先利用有機溶劑(常用無水乙醇)提取葉綠體色素，涉及稱取、剪碎、添加各種試劑、研磨、過濾等一系列操作，耗時較長；隨后采用紙層析的方法分離色素，其中涉及的劃線、陰干操作也較為復雜。按照教材的實驗流程，經常會有部分學生完成不了實驗，無法及時觀察到層析結果；部分學有余力的學生在完成教材實驗后，還想作進一步探究，如“不同物種的綠葉是否與菠菜含有相同種類的色素”、“既然無水乙醇和混合層析液(石油醚∶丙酮∶苯=20∶2∶1)都是有機溶劑，能否使用無刺激性氣味的無水乙醇完成層析操作”等。

為幫助實驗完成較慢的學生既學會實驗方法，又觀察到實驗結果，筆者組建了兩人小組合作實驗，并且在進行傳統“提取”操作的同時引入了一種簡便方法。為更好地激發學生主動探究的熱情，鼓勵學有余力的學生在完成教材實驗后進行自主探究，教師在實驗前收集探究課題并做好實驗準備，如對不同材料和不同層析液的探究等。

2 教學過程

2.1 兩種提取方法同時進行 針對提取操作耗時多的實際情況，在學生實驗的兩人小組中建議分工合作：甲學生按照教材操作；與此同時，乙學生采用教師提供的簡便方法。然后對兩人結果進行分析比較。

簡便方法如下：在制備好的濾紙條上方平鋪兩層實驗所用綠色葉片(圖1a)，在原來畫濾液細線的位置用水平放置的解剖針用力往下壓(圖1b)，在外界壓力下使得葉綠體破損，讓葉綠體中的色素吸附在濾紙條上，這樣就相當于得到了畫有濾液細線的濾紙條，可馬上進行紙層析分離色素。

當甲學生的提取操作完成時，乙學生的層析結果通常已經顯現，隨后又可以利用甲學生提取的色素溶液進行紙層析。如果實驗順利，甲學生的層析結果也能呈現；如果甲學生的紙層析實驗未能在有限的課時內完成，利用乙學生的層析結果也能對實驗進行分析討論。

a b

2.2 學生探究實驗的教學設計 學生可以在教材實驗完成后自主選擇探究課題：①不同物種的綠葉是否與菠菜含有相同種類的葉綠體色素？②混合層析液的刺激性氣味對身體有一定的毒性，換用無毒的無水乙醇作為層析液是否也能將葉綠體色素得到理想的分離？

針對探究課題，經過連續幾年把實驗安排在不同季節進行，綠葉植物的選擇面得到擴大：春季的薺菜、韭菜，夏季的生菜、綠米莧，秋季的青菜、菠菜，冬季的茼蒿、塔菜，共計有8種材料。

學生自主選擇實驗材料，并對所選的實驗材料分別進行混合層析液和無水乙醇的紙層析，對比實驗結果。

3 結果與分析

3.1 兩種提取方法的比較 分別利用常規方法和簡便方法提取菠菜中葉綠體色素后進行的紙層析結果，都可觀察到分離明顯的4條色素條帶，從上到下依次為橙黃色的胡蘿卜素、黃色的葉黃素、藍綠色的葉綠素a和黃綠色的葉綠素b。

3.2 實驗材料的選擇和比較 表1 列出了8種材料葉綠體色素展示的條帶情況，有7種材料的色素種類及分離順序相同，即與教材實驗相同。僅有韭菜的結果非常特殊，提取的色素在相同長度的濾紙條上沒有得到分離。

表1 8種植物葉綠體色素展示條帶比較

(“+”表示是，“-”表示否)

3.3 不同層析液層析效果的比較 表2 列出了8種植物在不同層析液中得到的分離條帶。在混合層析液中，只有韭菜的葉綠體色素未能成功分離；而在無水乙醇中，所有8種材料的葉綠體色素都未得到分離。

表2 不同層析液的分離效果

4 結論與反思

“葉綠體色素提取簡便方法”的引入相當于把“提取”和“分離”這兩個原先有著先后順序的操作轉變成了兩個平行的可同時進行的操作，對于一部分不能完成教材實驗的學生起到了一定的彌補作用。但是簡便方法不能完全替代傳統方法，傳統的“有機溶劑提取法”在生產中是常用的物質提取方法，學生有必要了解和掌握。

學生關于實驗材料選擇的探究結果顯示，不同物種的綠葉含有與菠菜相同種類的葉綠體色素。學生因而認識到葉綠體色素的種類在自然界具有普遍性；同時由于選用的8種材料來自不同的季節，每個季節都有進行本實驗的理想材料，從而使得本實驗的開展不再受到季節的限制。

學生關于層析液選擇的探究結果顯示，雖然無水乙醇與混合層析液同屬于有機溶劑，但是葉綠體中的4種色素隨混合層析液在濾紙條上的擴散速度差異較大，故分離效果理想；而它們隨無水乙醇的擴散速度較為相近，故分離效果不佳。至于哪一種有機溶劑才是低毒且符合實驗要求的層析液，可進一步探索。