“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)的改良和拓展

安徽

一、實(shí)驗(yàn)改良的指導(dǎo)思想

“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)是人教版高中生物必修1《分子與細(xì)胞》第5章第4節(jié)第1課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容，《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》對(duì)本部分知識(shí)的要求是能提取和分離葉綠體中的色素，簡(jiǎn)述葉綠體中色素的吸收光譜；要求教師能指導(dǎo)學(xué)生做好提取和分離葉綠體中色素的實(shí)驗(yàn)，有條件的學(xué)校教師應(yīng)該組織部分學(xué)生參與葉綠素吸收光譜的實(shí)驗(yàn)。《課程標(biāo)準(zhǔn)》中還指出“課程資源是決定課程目標(biāo)能否有效達(dá)成的重要因素。充分利用現(xiàn)有的課程資源，積極開發(fā)新的課程資源，是深化課程改革、提高教學(xué)效率的重要途徑。”

二、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足和困難

教材中提供的實(shí)驗(yàn)材料是菠菜葉，每次實(shí)驗(yàn)都要臨時(shí)購(gòu)買菠菜，才能保證菠菜的新鮮。由于許多學(xué)校沒(méi)有專門的實(shí)驗(yàn)教師，那么實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備就由任課教師來(lái)完成，通常需要提前一天買來(lái)備用，但是由于菠菜葉質(zhì)較嫩，葉片極易發(fā)黃、腐爛，因此，常常造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不明顯和實(shí)驗(yàn)材料的浪費(fèi)。利用紙層析法進(jìn)行色素的分離時(shí)，新鮮的菠菜葉含有的水分較多，水分容易被濾紙吸收，畫一次濾液還要等干燥后才能再畫第二次，有的學(xué)生一節(jié)課完成不了該實(shí)驗(yàn)；此外，學(xué)生用毛細(xì)吸管在濾紙條上畫出的濾液細(xì)線多數(shù)是粗而彎的，很難做到細(xì)、直、齊，這樣就會(huì)導(dǎo)致四種色素分離的結(jié)果參差不齊而不明顯，學(xué)生也會(huì)因?qū)嶒?yàn)的失敗而灰心沮喪，失去探究的興趣。

三、實(shí)驗(yàn)材料選擇的改良

為了更好地完成該實(shí)驗(yàn)，我們選用多種校園常見的綠色植物為材料來(lái)進(jìn)行，結(jié)果表明：利用香樟、黃素梅、長(zhǎng)葉女貞、紅葉石楠這四種植物的成熟葉片（嫩葉顏色發(fā)黃，含葉綠素較少）為材料，提取的色素濾液顏色均為墨綠色，色素含量多、濾液中的水分含量少，利用燈芯法分離的結(jié)果十分明顯。香樟、黃素梅、長(zhǎng)葉女貞、紅葉石楠這四種植物是校園內(nèi)常見的綠化植物，且四季常綠、枝葉茂盛。這些植物常常要進(jìn)行修剪，適當(dāng)摘取部分密度較大處的葉片，對(duì)校園綠化也沒(méi)有什么影響。實(shí)驗(yàn)前教師安排學(xué)生自行取材，還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。但是要提醒學(xué)生摘取葉片時(shí)，不能破壞植物。

四、實(shí)驗(yàn)操作的改進(jìn)和拓展

1.色素的提取

香樟、黃素梅、長(zhǎng)葉女貞、紅葉石楠這四種植物的葉片呈革質(zhì)或蠟質(zhì)、質(zhì)地較硬，若用研缽研磨比較費(fèi)力費(fèi)時(shí)，且研磨得不充分，為了解決這一困難，我們利用家用小型榨汁機(jī)或豆?jié){機(jī)進(jìn)行榨汁來(lái)代替研磨。操作如下：稱量長(zhǎng)葉女貞成熟葉片50 g并剪碎、量取50 mL無(wú)水乙醇（用來(lái)溶解色素）加入榨汁機(jī)，再加入半藥勺碳酸鈣（防止研磨過(guò)程中色素被破壞）和半藥勺二氧化硅（有助于充分研磨），加蓋并啟動(dòng)榨汁機(jī)榨汁2～3 min，用單層尼龍布（或用絲襪代替）過(guò)濾汁液，收集色素濾液并分裝至若干個(gè)小試管中，用棉塞塞緊試管口，分給各小組備用。這樣一次實(shí)驗(yàn)采摘50 g葉片提取的色素量就能滿足全班10～15個(gè)小組的使用，利用榨汁機(jī)速度快、榨取充分、提取的色素多，且榨汁用的材料用具少、準(zhǔn)備方便、省時(shí)省力。

2.色素對(duì)光的吸收

利用物理實(shí)驗(yàn)室的分光鏡進(jìn)行色素對(duì)光的吸收的觀察，效果很明顯。首先，調(diào)整分光鏡的光柵和光源（強(qiáng)光手電筒）的位置，使之呈現(xiàn)出七色光的連續(xù)光譜。然后將盛有3～5 mL無(wú)水乙醇（對(duì)照組）的小試管置于強(qiáng)光光源和分光鏡的光柵之間，因?yàn)闊o(wú)水乙醇基本不吸收光能，所以在目鏡處觀察到的光譜仍然是七色光。再將盛有3～5 mL色素濾液（實(shí)驗(yàn)組）的小試管置于強(qiáng)光光源和分光鏡的光柵之間，會(huì)觀察到紅光和藍(lán)紫光區(qū)域明顯變黑（變暗）。由此學(xué)生可分析出色素濾液中的色素將部分紅光和藍(lán)紫光吸收了。為了區(qū)別葉綠素和類胡蘿卜素吸收的光譜有所不同，可利用香樟或長(zhǎng)葉女貞發(fā)黃的衰老葉片的色素濾液進(jìn)行觀察，衰老葉片的色素濾液呈黃褐色，用分光鏡會(huì)觀察到只有藍(lán)紫光區(qū)域明顯變暗。通過(guò)比較分析，學(xué)生能得出類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，葉綠素吸收紅光較多。

3.色素的熒光現(xiàn)象

教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行熒光現(xiàn)象的觀察：一手持盛有3～5 mL色素濾液（實(shí)驗(yàn)組）的小試管，另一手持光源（手電筒或臺(tái)燈），使小試管中色素液層中間與人眼同高，人的視線與光源的光線方向一致；在試管與光源連線的方向上，以試管為中心，人的眼睛在逆時(shí)針0～90o的范圍內(nèi)和在順時(shí)針0～90o的范圍內(nèi)可觀察到色素溶液呈紫紅色，而在另一面則呈綠色。即色素濾液在透射光下呈綠色，反射光下呈紅色。若色素濾液的色素含量少，顏色淺，則熒光現(xiàn)象不明顯；若用衰老葉片的色素濾液作為觀察對(duì)象則看不到熒光現(xiàn)象。教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析其中的原因，這樣不僅培養(yǎng)了學(xué)生的探究興趣，還拓展了學(xué)生的知識(shí)面，提高了學(xué)生的思維能力。

4.“燈芯法”分離色素

相對(duì)濾紙條紙層析法，利用燈芯法分離色素，色素濾液連續(xù)滴加，量多、省時(shí)，分離出的四種色素呈現(xiàn)出明顯的四個(gè)色素環(huán)，操作簡(jiǎn)單、極易成功。具體操作如下：

（1）制備濾紙片：取常用的圓形濾紙片，在紙片中心用牙簽扎一個(gè)孔（比粗棉線略小），取長(zhǎng)約2 cm的粗棉線（直徑約2～3 mm）做燈芯，將棉線從圓形濾紙片中心的小孔穿入，棉線頭高于濾紙片約2 mm,備用。

（2）滴加色素濾液：把制備好的穿有燈芯的圓形濾紙片放在培養(yǎng)皿上，在燈芯處連續(xù)滴加4～5滴色素濾液，蓋上培養(yǎng)皿蓋；另取一培養(yǎng)皿，將92號(hào)汽油（層析液）倒入培養(yǎng)皿至1/3處，蓋上培養(yǎng)皿蓋。（實(shí)驗(yàn)裝置模式及結(jié)果圖見圖1）

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置及結(jié)果模式圖

（3）分離色素：把制備好的滴有色素濾液的圓形濾紙片放在盛有層析液的培養(yǎng)皿上，讓燈芯尾部插入層析液中，用一個(gè)大燒杯蓋上整個(gè)裝置，防止汽油揮發(fā)。幾分鐘后，在圓形濾紙片上，就會(huì)出現(xiàn)四個(gè)鮮明的色素環(huán)。由外到內(nèi)依次為橙黃色的胡蘿卜素，黃色的葉黃素、藍(lán)綠色的葉綠素a、黃綠色的葉綠素b，且不同色素間的界限比較明顯。

五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的反思與收獲

實(shí)驗(yàn)改良后不僅提高了同學(xué)的實(shí)驗(yàn)興趣，還縮短了實(shí)驗(yàn)用時(shí)。與“研磨”相比，同學(xué)們對(duì)用豆?jié){機(jī)打碎綠葉更感興趣。縮短實(shí)驗(yàn)用時(shí)體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是縮短了色素提取的時(shí)間，而且提取的色素濾液色素含量多，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更明顯；二是節(jié)省了制備濾紙條的時(shí)間；另外，利用燈芯法連續(xù)滴加色素濾液避免了由于細(xì)線不直而引起的色素帶不明顯的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)改良前，一課時(shí)內(nèi)往往完成不了全部的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，經(jīng)過(guò)改良后，既能保證學(xué)生輕松地完成課本要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，拓展了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，觀察了熒光現(xiàn)象，又增強(qiáng)了學(xué)生探索知識(shí)的欲望。由于改良后的實(shí)驗(yàn)操作中要使用豆?jié){機(jī)，因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師要注意指導(dǎo)學(xué)生正確使用豆?jié){機(jī)，防止出現(xiàn)意外。