改進實驗方法 探索光合色素的奧秘

張風俠

摘 要：光合色素的提取和分離是普通高中生物學的一個經典實驗，有助于學生掌握光合色素的種類及作用。簡述了該實驗的原理，針對實驗過程耗時較長、濾液色淡、分離效果不佳等常見問題進行分析并提出解決辦法。特別改進了色素的提取過程，提高了實驗的成功率，增加了色素萃取及乙酸乙酯溶解胡蘿卜素步驟，體現了必修1與選修1模塊間的橫向聯系。

關鍵詞：提取；光合色素；分離；乙酸乙酯

綠葉中色素的提取和分離實驗是高中生物（人教版必修1）第5章第4節光合作用中的一個經典實驗。光合作用是生物最基本的新陳代謝之一，是高中生物學的重難點。完成這個實驗，有助于學生了解光合色素的種類及作用。同時，也有利于培養學生的觀察能力、操作能力和探究能力。

一、實驗原理

1.光合色素的提取原理——相似相溶原理

綠葉中的色素有葉綠素和類胡蘿卜素2類。葉綠素主要有葉綠素a（C55H72O5N4Mg）和葉綠素b（C55H70O6N4Mg），葉綠素為吡咯衍生物與金屬鎂的配合物，具有親脂性，不溶于水，能溶于乙醇、丙酮和石油醚等有機溶劑。類胡蘿卜素包括胡蘿卜素（C40H56）和葉黃素（C40H56O2），胡蘿卜素是一種橘黃色物質，有α、β、γ3種同分異構體，其中以β-胡蘿卜素在植物體中含量最多。β-胡蘿卜素在動物體內被水解成兩分子維生素A，這正是動物營養中維生素A的主要來源。胡蘿卜素不溶于水，在乙醇、丙酮中溶解度不如在乙酸乙酯中溶解度大。葉黃素為一種黃色色素，與葉綠素同存在于植物體中，是胡蘿卜素的羥基衍生物，較易溶于乙醇，在乙醚中溶解度較小。

上述提取原理表明，葉綠素在水溶性有機溶劑中溶解度大，提取效果好。常用的提取試劑有無水乙醇和丙酮，均易揮發，其中乙醇對人體傷害較小，丙酮毒性較大。兩者對胡蘿卜素的溶解均不夠理想。

2.光合色素的分離原理——利用色素在層析液中的溶解度不同進行層析分離

本實驗采用紙層析法對光合色素進行分離。其固定相是指濾紙纖維上吸附的水分。流動相為水不溶性的有機溶劑，比如層析液，它能在濾紙纖維的毛細拉力作用下沿濾紙不斷由下向上流動。在層析過程中，層析液經濾液細線時，濾液細線上的色素就相繼溶入層析液并隨其上升，發生分離。溶解度大的隨層析液在濾紙上擴散得快，形成的色素帶分布在濾紙的上部，反之則慢，色素帶分布在濾紙的下部。這樣，幾分鐘之后，就會在濾紙上留下4條色素帶。

二、實驗中的常見問題及改進措施

1.實驗時間長難進課堂

高中生物學課堂實驗時間有限，需要在1課時（40min）內完成，本實驗由于需制備濾紙條、劃濾液細線時需干燥后重復畫線，占用大量的時間，學生若操作失誤，重新實驗可能沒有時間，這樣學生就會因為實驗失敗導致情緒低落，甚至對實驗課喪失興趣。針對此問題，可以統籌時間，過濾制備提取液的同時制備濾紙條。可用細的縫衣線代替毛細吸管，蘸取濾液后印出濾液細線。此外，學生做此實驗時，正值冬季，溫度較低，濾液細線不易干，可備些吹風機，節約實驗時間。

2.提取液呈黃綠色，顏色淺淡

實驗材料含水量過大、溶劑蒸發過多、未加CaCO3或研磨不充分都會導致濾液呈較淡的黃綠色。解決方法是將實驗材料放在通風避光處放置1-2d，散失掉一些水分，提取色素時可加少許無水Na2SO4或NaCl。研磨時，按教材要求先將綠葉剪碎并加SiO2、CaCO3（加入量要少，否則濾液雜質多、混濁、顏色淺，實驗效果差）進行初步研磨，使葉片全部接近乳糜狀的細小碎片時，再加提取劑進一步研磨，這樣可防止因提取劑蒸發而造成濾液含水量過大和乳化不良的現象。同時研磨要迅速充分，葉綠素不穩定，易被破壞，時間過長會導致色素含量太少。還需注意不能將綠葉研磨過細，這樣會使濾液黏稠度增大，不利于過濾。

3.紙層析分離效果不佳

采用紙層析法分離光合色素時，影響因素眾多，分離效果不光取決于分離時的操作，很大程度上取決于提取過程，應注意：

（1）過濾用的尼龍布或脫脂棉一定要用提取液浸透，否則在過濾過程中會發生大量色素被吸附的現象。

（2）增加萃取步驟。將學生收集在試管中的濾液，加入少許層析液進行萃取，震蕩后靜止，光合色素大部分被溶解到上層的層析液中，用棉塞將試管口塞嚴，可減少溶劑揮發。由于光合色素被濃縮，可見明顯的色素熒光現象。激發學生進一步探究的興趣。用縫衣線蘸取試管上層經濃縮的色素溶液，印出濾液細線，層析后各色素帶清晰可見，分離效果非常好。經多次試驗，無論色素濾液是否理想，經萃取后，層析結果都會有所改善。目前，高考試題已從模塊內綜合轉向模塊間綜合，特別是選修題的考查，本試驗增加萃取步驟實現了跨模塊知識的整合，使學生對必修1“綠葉中色素的提取和分離”實驗與選修1“胡蘿卜素的提取與鑒定”進行聯系，體現了綜合能力的培養，較好地實踐了新課改的理念。

參考文獻：

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[2]王洪鐘，謝莉萍，李玉明，等.葉綠體色素分離實驗改進與拓展[J].生物學通報，2012，47（7）：44-46.