“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”實(shí)驗(yàn)的問題及改進(jìn)策略

李福玉 （四川師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 四川成都 610101）

“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”是人教版高中教材《生物必修1·分子與細(xì)胞》第2章第1節(jié)的內(nèi)容，是教材安排的第1個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。本節(jié)內(nèi)容在學(xué)生學(xué)習(xí)了“細(xì)胞中的元素和化合物”的基礎(chǔ)上，過渡到糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的學(xué)習(xí)，旨在幫助學(xué)生直觀地認(rèn)識細(xì)胞中的有機(jī)化合物，克服對微觀世界的認(rèn)識困難，并通過合作學(xué)習(xí)、對多種實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行重復(fù)檢測等方法提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。此外，高一學(xué)生思維活躍、好奇心強(qiáng)、對實(shí)驗(yàn)很感興趣，但他們大多時(shí)候只是喜歡實(shí)驗(yàn)的輕松氛圍，并未真正掌握知識，且本實(shí)驗(yàn)需要探究的內(nèi)容較多，操作繁瑣，學(xué)生會出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)做不完、現(xiàn)象不明顯等問題。為此，本文從實(shí)驗(yàn)原理的角度對此實(shí)驗(yàn)的不足進(jìn)行了分析并給出改進(jìn)方案，有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

1 本實(shí)驗(yàn)常見問題

1.1 顏色干擾

1.1.1 材料顏色干擾 馬鈴薯組織勻漿后若不進(jìn)行抗氧化處理，則易發(fā)生酶促褐變而導(dǎo)致顏色改變。在完整的組織中，多酚氧化酶（PPO）與底物是分隔開的，不會發(fā)生褐變；但當(dāng)植物細(xì)胞受機(jī)械損傷后，生物組織的完整性被破壞，O2的侵入造成酚類物質(zhì)在酶的作用下迅速氧化成醌類物質(zhì)，醌的積累使得醌進(jìn)行多聚化生成黑褐色素［1］。鮮切馬鈴薯酶促褐變途徑如圖1，馬鈴薯鄰苯二酚氧化機(jī)制如圖2。此外，生物組織中的還原糖和氨基酸，在加熱過程中會發(fā)生非酶促反應(yīng)—梅拉德反應(yīng)（Maillard Reaction），使組織勻漿液顏色改變，干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

圖2 馬鈴薯中鄰苯二酚的氧化機(jī)制

教材中提供的實(shí)驗(yàn)材料為蘋果勻漿和馬鈴薯勻漿，這2種材料極易被氧化，而鑒定這些物質(zhì)利用的是顯色反應(yīng)，要求待測樣品與顯色劑之間的顏色差別要大，顯色時(shí)的顏色變化才明顯，否則會干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果，影響實(shí)驗(yàn)者對實(shí)驗(yàn)的判斷。用褐變的實(shí)驗(yàn)材料與斐林試劑水浴加熱后顏色呈磚紅色，顏色變化并不鮮明，由此得出蘋果中含有還原糖的結(jié)論說服力不夠。

1.1.2 試劑顏色干擾 教材將花生種子或勻漿作為檢測脂肪的實(shí)驗(yàn)材料，雖然使用花生勻漿操作方便，但蘇丹Ⅲ（Ⅳ）染液本身為較深的橘黃色（紅色），滴加到花生種子切片或花生種子勻漿中依舊是橘黃色（紅色），缺少對比，不能證明是蘇丹Ⅲ將脂肪染成了橘黃色（紅色）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法繁瑣 在檢測還原糖中，教材選用蘋果或梨勻漿，雖然還原糖的含量較高，但需將蘋果或梨清洗、削皮、切塊、榨汁、過濾等步驟，在實(shí)際操作中，這一步驟用時(shí)長，工作量較大，且勻漿久置會發(fā)生褐變。

檢測組織中的脂肪，教材要求制作子葉臨時(shí)切片，切片要求用刀片在花生子葉的斷面上平行切下若干薄片。徒手切片操作時(shí)間較長，有可能導(dǎo)致學(xué)生在一定時(shí)間內(nèi)難以完成本實(shí)驗(yàn)；且尖銳的刀片易劃傷手指，即使有些學(xué)生的動作符合要求，所切的薄片也較厚；有些學(xué)生怕切到手，便像切菜一樣進(jìn)行切片，切出的薄片也較厚，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)基本失敗［2］。此外，需用顯微鏡觀察切片中被染色的脂肪粒，操作繁雜，用時(shí)較長。

針對蛋白質(zhì)的檢測，教材提供了豆?jié){和新鮮肝臟研磨液。豆?jié){廉價(jià)易得，實(shí)驗(yàn)效果明顯，是備選材料的首選，而新鮮肝臟研磨液雖含有豐富的蛋白質(zhì)，但是有腥味且不及時(shí)清洗會黏附在試管壁。

1.3 缺少對照 對3類物質(zhì)的檢測，教材實(shí)驗(yàn)均只有一支組織樣液試管，未設(shè)置對照，尤其是對于糖類和蛋白質(zhì)的檢測，其結(jié)果很難有說服力。

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

基于以上分析，按照生物學(xué)實(shí)驗(yàn)“單一變量、對照原則、等量原則、科學(xué)性原則”的基本要求，通過探究，對本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

2.1 還原糖的檢測 在實(shí)驗(yàn)材料選擇上，新增2種材料——白蘿卜和葡萄。白蘿卜廉價(jià)易得，組織液透明，可儲備到第2天且不變色，能取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。葡萄中還原糖含量高，水分充足，無須研磨和粉碎，只需去皮擠壓即可得到組織液。

在實(shí)驗(yàn)操作上，增設(shè)3 mL 5%葡萄糖液+3 mL斐林試劑及3 mL蒸餾水+3 mL斐林試劑2組對照組。在反應(yīng)過程中，教材將試管放入盛有50～65℃溫水的大燒杯中加熱約2 min，改進(jìn)方案采用恒溫水浴鍋60℃水浴加熱，溫度可控且避免酒精燈加熱的安全隱患。

2.2 脂肪的檢測 經(jīng)分析和實(shí)踐，有4種方法可以解決脂肪檢測中的問題。

1）雙刀片切片法：將2片刀片合在一起連續(xù)切幾次，這樣在2片刀片之間很容易得到薄片，再將2刀片之間的薄片放至清水中，使各薄片分散，用毛筆蘸取最薄的一片用于制作裝片。

2）涂片法：學(xué)生用刀片在浸泡并去除種皮的花生種子斷面上輕輕刮取一些碎屑，做成涂片，經(jīng)染色后，在顯微鏡下易找到被染成橘黃色的脂肪顆粒，實(shí)驗(yàn)得以順利開展。

3）壓紙條顯色法：取一張白紙條，將其分為4個(gè)區(qū)域，并編號 A、B、C、D。取 1粒花生種子，去種皮，切成小塊備用，對照表1進(jìn)行處理。先用 A和D區(qū)域壓榨小花生塊（可用直尺輔助），使花生種子中的脂肪流出。然后在 C區(qū)域滴加適量的植物油，對比植物油與花生種子壓榨物的顏色，之后在B區(qū)滴加指示劑顏色，作為指示劑顏色對照。最后在C、D區(qū)域分別滴加適量的蘇丹Ⅲ（Ⅳ）染液，染色2～3 min后，觀察并記錄相應(yīng)點(diǎn)位的顏色變化并分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果［3］。該方法中花生種子直接使用，無需浸泡；無需刀片，不制作裝片，減少了實(shí)驗(yàn)器材的使用并避免劃傷；不使用顯微鏡，簡化了實(shí)驗(yàn)裝置。改進(jìn)后的操作更簡單，難度降低，現(xiàn)象明顯。

表1 壓紙條顯色法的4個(gè)區(qū)域

4）肥肉涂片觀察法：該法在材料選取上進(jìn)行了創(chuàng)新，可檢測動物組織中的脂肪。動物脂肪以脂滴（油滴狀的微粒）的形式存在于脂肪細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。脂肪被染色，實(shí)際上是蘇丹染料被脂肪溶解、積累并吸附在脂滴上，從而呈現(xiàn)染料的顏色。肥肉涂片觀察法操作簡便，現(xiàn)象明顯。具體做法為將肥肉切成小塊，用解剖刀刮取肥肉的油脂涂抹于載玻片上，制成涂片，用蘇丹Ⅲ（Ⅳ）染色，鏡檢。

2.3 蛋白質(zhì)的檢測 針對實(shí)驗(yàn)材料，新增雞蛋清稀釋液和蛋白研磨汁（將雞蛋煮熟，去除蛋黃，將蛋白研磨成汁）。該材料不僅可以用于檢測，且二者之間構(gòu)成對照，加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)識：蛋白質(zhì)變性后，雖空間結(jié)構(gòu)被破壞，但肽鍵依然存在，這表明雙縮脲試劑反應(yīng)的本質(zhì)是與肽鍵反應(yīng)。

在實(shí)驗(yàn)操作中，除教材的實(shí)驗(yàn)組外，增設(shè)蒸餾水2 mL+雙縮脲試劑A液1 mL+雙縮脲試劑B液4滴的空白對照組。因此，雞蛋清稀釋液試管為淺藍(lán)紫色，雞蛋白研磨汁試管為深紫色，蒸餾水試管為藍(lán)色，現(xiàn)象明顯。

3 教學(xué)反思

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，大量的科學(xué)知識來自實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)開展生物學(xué)教學(xué)，對實(shí)現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)理念的“核心素養(yǎng)為宗旨，教學(xué)過程重實(shí)踐”至關(guān)重要。教材中的實(shí)驗(yàn)固然有許多無法替代的優(yōu)越性，但教師可在教學(xué)過程中對教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)創(chuàng)新。此外，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生會問較多與實(shí)驗(yàn)原理相關(guān)的問題，教師應(yīng)細(xì)致講解實(shí)驗(yàn)原理，并進(jìn)行一定的拓展，培養(yǎng)學(xué)生多思考的探究精神和實(shí)驗(yàn)動手能力。