關(guān)于“綠葉中的色素提取和分離”的思考與改進(jìn)

周臻華

(江蘇省前黃高級中學(xué) 常州 213161)

1 問題的提出

在進(jìn)行人教版高中生物學(xué)教材 “綠葉中的色素提取和分離”實(shí)驗(yàn)時(shí)，會(huì)遇到如下問題：提取的色素濾液為什么是黃綠色的？哪種提取劑提取的色素含量最多？如何才能做到充分研磨？究竟加多少 SiO2和CaCO3是合適的?濾紙條的一端為什么要減去兩個(gè)小角？怎樣才能劃好濾液細(xì)線?為什么濾紙條上的濾液細(xì)線不能浸入層析液中？等等。為了解決這些問題，筆者和興趣小組的學(xué)生一起進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，嘗試以不同的方法進(jìn)行探索。

2 問題的解決

通過對下列實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的思考與改進(jìn)，最終獲得更清晰的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)成功率得到明顯提高。

2.1 實(shí)驗(yàn)材料的選擇 教材建議的實(shí)驗(yàn)材料是新鮮菠菜葉。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，菠菜是有季節(jié)性的蔬菜，跨季節(jié)的菠菜大多來自溫室大棚培養(yǎng)。這樣綠葉提取的濾液多呈現(xiàn)黃綠色，實(shí)驗(yàn)效果不佳。采集了多種校園植物葉片進(jìn)行嘗試，有法國冬青、大葉黃楊、火棘、酢漿草、龍葵、烏蘞莓等。結(jié)果顯示龍葵和烏蘞莓的實(shí)驗(yàn)效果最佳。

茄科茄屬的龍葵和葡萄科烏蘞莓屬的烏蘞莓，均為小型草本植物，葉片深綠色。本文以烏蘞莓為材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)。選擇烏蘞莓葉片，洗凈、晾干(這樣提取液中水分含量少些，制備的提取液顏色較深)。

2.2 提取劑的選擇 教材中用丙酮作為提取劑。綠葉中的色素均為脂類化合物，不溶于水，僅溶解于非極性的有機(jī)溶劑。提取液為淺綠色或黃綠色。根據(jù)“石油醚、乙醚等醚類能夠提高類胡蘿卜素的提取效率”[1]和“提取液以丙酮加少量石油醚，提取效果好”[2]的提議，采用先加入3 mL丙酮研磨，再加入2 mL石油醚的方法，獲得提取液為墨綠色。色素提取效果較好。

2.3 研磨方法的選擇 教材中采用方法是：稱取2 g葉片，剪碎，加入2 mL丙酮和少量石英砂 SiO2和少量CaCO3進(jìn)行快速和充分的研磨。一般認(rèn)為，加入 SiO2是為了研磨更充分；加入CaCO3是為了保護(hù)色素，防止色素被破壞。可是關(guān)于取少量的 SiO2和少量CaCO3，怎樣充分研磨？很多學(xué)生不得要領(lǐng)，要么快速研磨，但不夠充分，導(dǎo)致濾液色淺；要么充分研磨，但時(shí)間過長，由于丙酮揮發(fā)速度快于研磨速度，結(jié)果反而沒有得到提取液。少量究竟用多少？筆者采用方法為：(A)稱取2 g葉片(去掉主葉脈的)，疊加整齊，順次剪成煙絲狀，再剪成碎末，放入研缽中，加入 0.5 g CaCO3和 0.5 g SiO2，充分研磨成葉泥。加3 mL丙酮稍研磨后加入2 mL石油醚再研磨幾下；同時(shí)設(shè)計(jì)了對比實(shí)驗(yàn)組；(B)用Na2CO3代替CaCO3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；(C)在原有用料基礎(chǔ)上添加 0.5 g NaCl的實(shí)驗(yàn);(D)在原有用料基礎(chǔ)上去掉 0.5 g CaCO3的實(shí)驗(yàn)。每組都進(jìn)行了相同的操作，獲得的提取液均為墨綠色(表1)。

表1 烏蘞莓綠葉色素的提取(提取液的顏色)

2.4 過濾提取液 在過濾提取液時(shí)，采用單層尼龍布過濾：用尖嘴鑷子夾住尼龍布包好的濾渣按順時(shí)針方向擠捏，加快過濾速度。用小試管收集濾液，立即用棉塞塞緊試管口。

2.5 濾紙條制備和點(diǎn)樣 教材中將干燥的定性濾紙，剪成長與寬略小于試管的長與寬的濾紙條，并將一端剪去兩角，并在這一端1 cm處用鉛筆畫一條細(xì)線。試管狹小，濾紙條不易放入層析液中，更多的情況是濾紙條上的濾液細(xì)線浸沒入層析液中，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。本文采用方法為：改小試管為50 mL小燒杯，濾紙條制作為長7.5 cm，寬1.5 cm，并將一端剪去兩角，剪角后底邊寬度接近濾紙條寬度的1/2。并在這一端1 cm處用鉛筆畫一條細(xì)線。至于為什么剪去兩角，和學(xué)生一起設(shè)計(jì)剪去兩角和不剪兩角的濾紙條實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行對照。發(fā)現(xiàn)可有效防止由液體表面張力引起的濾紙條邊緣擴(kuò)散過快的現(xiàn)象。

劃濾液細(xì)線時(shí)，采用“推血涂片方法[3]。具體做法為：取兩片載玻片，一支膠頭滴管。用膠頭滴管吸色素濾液，把濾液滴加兩滴在一塊潔凈的載玻片上中央位置，用另一塊潔凈載玻片傾斜45°輕輕推濾液成一薄層，稍等片刻。等提取液大量揮發(fā)后，濾液薄層還沒干燥時(shí)，在濾紙條距離1 cm處折疊，折痕處在載玻片的薄層濾液上輕輕推過，可來回幾次直到把載玻片上的濾液全部吸干。將對折的濾紙拉直，就可看見濾液細(xì)線可以在濾紙條上呈現(xiàn)“直、細(xì)、勻、齊”的特點(diǎn)。此法嘗試2～3次之后，就可熟練掌握濾液揮發(fā)的狀態(tài)和涂抹色素的時(shí)機(jī)。這樣劃出的濾液細(xì)線達(dá)到“直、細(xì)、勻、齊”，效果較好。

2.6 色素的層析 采用50 mL小燒杯和培養(yǎng)皿組合進(jìn)行層析。濾紙條的長度與小燒杯對比，長出的部分彎折處理，便于掛在小燒杯的杯沿，這樣可以防止色素濾液細(xì)線浸入層析液中。

層析液的配制：選擇4種層析液進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，其中①石油醚∶丙酮∶苯=20∶2∶1；② 石油醚∶丙酮 = 9∶1；③無水乙醇∶丙酮 = 9∶1；④ 四氯化碳 +無水硫酸鈉(少許)。

2.7 層析最終結(jié)果分析 將A、B、C、D四組提取液分別用4種層析液層析。在相同時(shí)間內(nèi)，A組(2 g葉片+ 0.5 g CaCO3+ 0.5 g SiO2)和B組(2 g葉片+ 0.5 g Na2CO3+ 0.5 g SiO2)濾液，在4種不同的層析液中分離效果都很明顯；C組(2 g葉片+ 0.5 g CaCO3+ 0.5 g SiO2+ 0.5 g NaCl)墨綠色濾液在4種層析液中，分離效果均不明顯；D組(2 g葉片+ 0.5 g SiO2)墨綠色濾液分離效果居間。

結(jié)論：層析液最佳的配方是①石油醚∶丙酮∶苯=20∶2∶1；其次為② 石油醚∶丙酮 = 9∶1。