分光光度法在高中生物學實驗中的應用

林建春

(浙江省溫州市洞頭區第一中學 325700)

生物學實驗是高中生物學課程學習的重要組成部分，在培養學生探究能力及形成生物科學素養等方面發揮著重要的作用。其中，生物定量分析實驗有利于學生體驗科學研究過程，促進學生理性思維形成。然而，由于生物定量分析實驗具有操作要求嚴格、耗時多以及對儀器設備要求高等局限性，因而難以在高中生物學實驗課堂中有效開展。因此，急需一種操作簡單、快速有效的定量分析方法應用于高中生物學實驗教學中。

分光光度法，又稱比色法，是一種常見的定量分析方法，具有操作容易、分析快速等優點，普遍運用于科學研究及高校實驗教學中。在國外，分光光度法已廣泛應用于高中實驗教學[1，2]。然而，我國并未重視分光光度法在高中生物學實驗教學中的應用。本文簡單介紹分光光度法的分析原理，評估高中生物學實驗教學中實施分光光度法的可行性，并進一步探究分光光度法在高中生物學實驗中的具體應用，最后提出幾點實施建議，以期將分光光度法推廣應用于高中生物學實驗教學中。

1 分光光度法原理簡介

分光光度法是根據不同濃度溶液對某一特定光的吸收強度(吸光度)不同從而對物質進行定量分析的方法。其定量基礎為朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律，即溶液吸光度=溶液吸光系數×溶液層厚度(cm)×溶液濃度(g/dm3)。其中，吸光系數與溶液自身性質、測定溫度及波長等因素有關。當溶液吸光系數和溶液層厚度固定時，吸光度與溶液濃度成線性關系。根據此定律，可實現溶液中物質的定量分析。分光光度計，又稱光譜儀，是測定溶液吸光度值最為常見的科學儀器。

2 分光光度法在高中生物學實驗教學中實施的可行性分析

目前，高中生物學實驗教學存在多種問題，如教師缺少對生物學實驗教學的研究；實驗內容增加，但教學課時不足；學生實驗操作積極性不高，課堂實施困難；實驗條件不足等[3]。根據以上存在的問題，從以下4方面評估分光光度法在高中生物學實驗教學中實施的可行性。

2.1 成熟的定量分析技術 分光光度法是一種成熟的定量分析技術，有大量文獻作為高中生物學實驗課堂開展的理論基礎，如科學研究中利用分光光度法測定微生物的生物量[4]，采用雙縮脲—分光光度法測定溶液中蛋白質的濃度[5]。教師可通過查閱文獻等途徑，加強相關知識的學習，彌補對生物學實驗教學缺乏研究的不足，并增強自身的實驗研究能力。

2.2 測定時間短，操作簡單 科學研究中定量分析方法有多種，如高效液相色譜法、氣相色譜—質譜聯用儀法等。盡管這些儀器定量精確，但由于儀器操作復雜、設備昂貴，不太適合應用于高中生物學實驗教學。由于高中課堂每節課的時間為40～45min，分光光度法分析測定時間短，操作簡單，有利于實驗教學中時間的合理控制。

2.3 定性實驗轉向定量實驗，提升學生實驗操作積極性 簡單的定性分析結果，學生可通過教材直接獲取。僅開展定性分析實驗，會降低學生的實驗操作興趣，難以調動實驗操作積極性，從而使生物學實驗課堂實施困難。而在課堂中應用分光光度法進行定量分析，從而使定性實驗轉向定量實驗，并采取“小組合作，師生共探究”的課堂組織方式，不僅能提高學生的實驗操作興趣，同時也符合新課標提倡的“自主、合作、探究”學習方式。

2.4 儀器高效利用 分光光度法并不是只應用于高中生物學實驗教學中的某一個實驗，而是可以應用于物質濃度、微生物數量和酶活性分析等三大類實驗中，從而實現儀器的高效利用。

3 分光光度法在高中生物學實驗教學中的具體應用

新課標高中生物學考試大綱中，必修課生物學實驗共有19個，分光光度法可用于其中的5個實驗，可歸納為溶液濃度、微生物數量和酶活性測定3大類。

3.1 物質定量分析 教材中僅對還原糖(尿糖)和蛋白質進行定性分析，即根據顏色反應判斷溶液中是否存在這些物質。定性分析的結果，學生可通過教師在課堂中的知識講解，或通過課外輔導材料預習后就能獲得。對物質進一步進行定量分析，如將“檢測牛奶中的蛋白質存在情況”轉變成“比較不同品牌牛奶中蛋白質的含量高低”，可增強學生對實驗操作的興趣。盡管在光合色素的分離和提取實驗中，可以根據紙層析結果大致判斷出各種色素含量(半定量)，但運用分光光度法可以獲得更準確的數值，幫助學生更直觀、更理性地認識樣品中光合色素的含量。

3.2 微生物數量分析 利用分光光度法可以直接測定微生物培養液的吸光度值，吸光度值越大，表明培養液濁度也越大，從而能夠根據吸光度值間接反映培養液中微生物的數量(教材中的比濁法是將培養液的濁度與標準濁度進行比較，從而得到半定量結果)。根據不同培養時間點培養液的吸光度值，以發酵時間為橫坐標、吸光度值為縱坐標建立微生物數量的動態變化曲線。可以將此方法獲得的微生物數量動態變化曲線，與血球計數法、比濁法獲得的曲線進行比較分析。

3.3 酶活性分析 教材中“探究影響酶活性的因素”實驗僅設計了觀察實驗現象，如H2O2裂解釋放O2速度。將分光光度法應用于酶活性分析，同樣可以獲得更直觀、更具體的數值結果。目前，應用分光光度計測定酶活性的研究報道很多，具體可參考文獻進行操作，如利用分光光度計測定過氧化氫酶[6]，淀粉酶[7]等酶活性。

4 分光光度法在高中生物學實驗教學中的實施建議

為了更好地將分光光度法應用在高中生物學實驗教學中，提出以下3點實施建議：

4.1 課前查資料 由于分光光度法技術成熟，教師可事先查閱文獻，尋找待測物質最適吸收波長，如雙縮脲試劑—分光光度法測定蛋白質的波長為540nm[5]，微生物生物量測定的最適波長為600nm[4]。并且，盡可能以教材中的定性方法為主，輔之分光光度法進行定量分析。如蛋白質的測定方法有雙縮脲試劑法、Lowry法等，但建議采用雙縮脲試劑法先進行定性分析，再進行定量檢測。

4.2 課堂分組合作 將全班學生劃分成若干個小組，組內同學分工協作，一起完成實驗。分組的目的在于縮短實驗操作時間，留足夠多的時間進行實驗結果分析等。

4.3 師生共同分析 對獲得實驗數據，教師要與學生共同進行分析，以及繪制相應圖表，獲得直觀的結果展示。如比較不同品牌牛奶中蛋白質含量的高低，學生首先要獲得不同牛奶樣品的吸光度值，師生一起根據標準曲線計算牛奶中蛋白質的含量，進而比較含量高低，得出結論。圖1為3大類實驗數據結果展示參考圖。其中，A為不同溶液中物質含量比較分析；B為微生物生長曲線；C為pH、溫度等因素對酶活性的影響。

圖1 實驗結果展示

盡管定量分析方法有多種，但分光光度法由于自身所具有的優勢，可以廣泛應用于高中生物學實驗教學中。教師可以有選擇地進行幾個實驗，將分光光度法拓展運用于必修課程的實驗課中。除以上5個實驗作為必修課程的拓展外，分光光度法還為學生進行探究性課題提供了新思路，如“應用分光光度法比較不同水果中維生素C的含量”“培養基中氮含量對酵母胞外蛋白水解酶活性的影響”等。

*前文受翰思科學儀器公司關注*