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生物教學(xué)光合色素的提取與分離改進(jìn)實(shí)驗(yàn)
生物教學(xué)光合色素的提取與分離改進(jìn)實(shí)驗(yàn)
韋勝秀
�。ㄕ憬幉ㄊ雄粗輩^(qū)姜山中學(xué)）
一、本實(shí)驗(yàn)在教材中所處的地位與作用
本實(shí)驗(yàn)是浙科版高中生物必修一《分子與細(xì)胞》中的一節(jié)內(nèi)容，是高中生物教學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。光和色素在光合作用中起著吸收、傳遞與轉(zhuǎn)化光能的作用，通過(guò)光合色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生理解光合色素的種類(lèi)和作用、加強(qiáng)學(xué)生對(duì)光合作用的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生提取、分離光合色素的技能。
二、對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的教學(xué)思考
結(jié)合筆者多年的教學(xué)實(shí)踐和學(xué)生操作反饋的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，即使完全按照課本所提供的材料和實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行規(guī)范操作，光合色素提取和分離的效果也不是很理想。主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）教材中提取光合色素使用研磨法，步驟較為繁瑣，藥品種類(lèi)較多。雖然浙科版已經(jīng)改用烘干的菠菜葉干粉作材料，降低了研磨操作的難度，但是所用到的藥品種類(lèi)還是比較多（包括二氧化硅和碳酸鈣等），且用量不好控制，用量過(guò)多影響色素的濃度，用量過(guò)少則得不到很好的研磨效果。另外，研磨時(shí)要求迅速、充分研磨成勻漿，學(xué)生難以把握好勻漿的程度，而且提取液中色素含量不高，導(dǎo)致色素分離不明顯。（2）教材中畫(huà)濾液細(xì)線時(shí)使用毛細(xì)吸管吸取濾液直接畫(huà)線，毛細(xì)吸管很細(xì)、易斷，而且畫(huà)濾液細(xì)線時(shí)，線畫(huà)得較粗且不直，操作上很難符合要求。（3）分離光合色素，用到的工具是濾紙條，且放置于裝有層析液的試管中層析，由于試管口徑較小，所制備的濾紙條也相應(yīng)較小，濾紙條上即使在畫(huà)濾液細(xì)線時(shí)重復(fù)多次，濾紙上色素含量也不多，導(dǎo)致分離出來(lái)的色素帶不是很明顯；另外，操作上也很容易使濾液細(xì)線觸及層析液，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。
三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)之處
1.光合色素提取的改進(jìn)——酒精隔水加熱提取色素
將原實(shí)驗(yàn)中的研磨法改為酒精隔水加熱法。直接將菠菜葉片的綠葉剪碎加入無(wú)水乙醇，進(jìn)行隔水加熱，所得的溶液就是色素溶液，省去了添加二氧化硅和碳酸鈣、過(guò)濾的步驟，操作簡(jiǎn)單，也能使學(xué)生明確色素不溶于水，極易溶于有機(jī)溶劑的知識(shí)點(diǎn)。
2.畫(huà)濾液細(xì)線方法的改進(jìn)
將教材實(shí)驗(yàn)中畫(huà)濾液細(xì)線工具毛細(xì)吸管改為自制畫(huà)線器，如，筆帽、大號(hào)移液槍頭等空心圓柱材料，直接在裝有色素溶液的培養(yǎng)皿中蘸取，印上濾紙圓心處即可，這樣操作更為便利。
3.光合色素分離的改進(jìn)——燈芯法分離色素
將教材中的濾紙條分離改為用圓形濾紙分離，以酒精燈燈芯作為介質(zhì)，將層析液引導(dǎo)至圓形濾紙片上，得到的層析結(jié)果是同心圓色素帶，直接而美觀，避免了濾液細(xì)線觸及層析液的易錯(cuò)步驟。
四、實(shí)驗(yàn)器材
新鮮的菠菜綠葉，無(wú)水乙醇、層析液、天平、剪刀、培養(yǎng)皿、鑷子、玻璃棒，燒杯、試管、試管夾、三腳架、石棉網(wǎng)、酒精燈、火柴、大號(hào)移液槍槍頭、干燥的定性濾紙、量筒、酒精燈芯。
五、實(shí)驗(yàn)原理
光合色素不溶于水，極易溶于有機(jī)溶劑，故可用無(wú)水乙醇來(lái)提取色素，且高溫能破壞葉肉細(xì)胞的生物膜，使葉綠體中色素釋放出來(lái)，因此，可以通過(guò)酒精隔水加熱法提取光合色素。光合色素在層析液中的溶解度不同：溶解度高的層析液在濾紙上擴(kuò)散得快；反之則慢。因此，可用層析液來(lái)分離色素。
六、實(shí)驗(yàn)過(guò)程
1.提取綠葉中的色素
取5 g菠菜葉葉片剪碎，裝入試管中，加入5 ml無(wú)水乙醇，在沸水浴中加熱3~5分鐘，即可得到深綠色的色素溶液，用橡皮塞塞好稍冷備用。
2.制備圓形濾紙片
取一干燥的圓形定性濾紙，圓心打一小孔（可用鑷子或剪刀操作），取酒精燈燈芯約5 cm，一端打結(jié)，沿剛打的濾紙片圓心孔穿入，打結(jié)一端留在濾紙上方，制備好后備用。
3.畫(huà)色素細(xì)線
將步驟1所得到的色素溶液倒入培養(yǎng)皿中，用大號(hào)移液槍頭的圓形開(kāi)口在培養(yǎng)皿蘸取色素溶液，印在制備好的濾紙片圓心處，待稍干后再進(jìn)行2~3次。
4.色素的分離
將適量層析液倒入培養(yǎng)皿中，用剛才經(jīng)過(guò)畫(huà)線的濾紙片蓋在培養(yǎng)皿上，將打結(jié)的一面（畫(huà)色素細(xì)線一面）朝上，層析5~10分鐘。
5.觀察與記錄濾紙片上的色素帶
可觀察圓形濾紙上出現(xiàn)由內(nèi)而外的四個(gè)由不同顏色組成的同心圓，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
七、實(shí)驗(yàn)效果
實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后步驟簡(jiǎn)單、操作方便，提取液色素含量高，色素溶液色澤鮮艷，實(shí)驗(yàn)易于成功；用自制畫(huà)線器畫(huà)出的色素細(xì)線均勻，且操作方便，更符合要求；燈芯法分離色素，效果明顯、直接美觀，增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性。
八、總結(jié)與體會(huì)
在提取色素方法上，人教版教材實(shí)驗(yàn)直接用新鮮菠菜葉作為材料研磨，而浙科版教材實(shí)驗(yàn)是用菠菜葉烘干后研磨，對(duì)比之下，浙科版教材操作稍微方便。相比之下，筆者所用的酒精隔水加熱提取色素，操作更是簡(jiǎn)單。在色素溶液的效果上，前兩者所得色素溶液效果相差不大，而筆者的方法更為理想。然而，浙科版教材實(shí)驗(yàn)需要烘干的過(guò)程中，筆者的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)需要隔水加熱，兩者均用到了高溫處理。高溫是否會(huì)破壞了色素結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致色素溶液出現(xiàn)色差。這個(gè)問(wèn)題還有待驗(yàn)證。
筆者的改進(jìn)方法，學(xué)生有可能對(duì)教材實(shí)驗(yàn)要求的一些基本知識(shí)，如，一些藥品的作用和紙層析法操作的關(guān)鍵步驟得不到很好的強(qiáng)化，這可能導(dǎo)致做練習(xí)或考試中會(huì)引起偏差，因此，筆者的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)更適合在興趣小組或選修課中開(kāi)展。
《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出：“生物教學(xué)要加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)和其他實(shí)踐活動(dòng)的教學(xué)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⑺季S能力和自學(xué)能力等能力的培養(yǎng)；要關(guān)注教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)，如，利用替代物品、藥劑、儀器等，爭(zhēng)取創(chuàng)造性地增加低成本的實(shí)驗(yàn)和其他實(shí)踐活動(dòng)，消除生物實(shí)驗(yàn)的安全隱患，促進(jìn)學(xué)生的健康成長(zhǎng)與發(fā)展�！币虼耍P者認(rèn)為，可以以本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)為出發(fā)點(diǎn)，以小見(jiàn)大，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑、敢于創(chuàng)新的能力。