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生物教學光合色素的提取與分離改進實驗
生物教學光合色素的提取與分離改進實驗
韋勝秀
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一、本實驗在教材中所處的地位與作用
本實驗是浙科版高中生物必修一《分子與細胞》中的一節(jié)內(nèi)容，是高中生物教學中的一個重要實驗。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，通過光合色素的提取和分離實驗，有助于學生理解光合色素的種類和作用、加強學生對光合作用的理解和掌握，培養(yǎng)學生提取、分離光合色素的技能。
二、對教材實驗的教學思考
結(jié)合筆者多年的教學實踐和學生操作反饋的實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，即使完全按照課本所提供的材料和實驗方案進行規(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，用量過多影響色素的濃度，用量過少則得不到很好的研磨效果。另外，研磨時要求迅速、充分研磨成勻漿，學生難以把握好勻漿的程度，而且提取液中色素含量不高，導致色素分離不明顯。（2）教材中畫濾液細線時使用毛細吸管吸取濾液直接畫線，毛細吸管很細、易斷，而且畫濾液細線時，線畫得較粗且不直，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較小，濾紙條上即使在畫濾液細線時重復多次，濾紙上色素含量也不多，導致分離出來的色素帶不是很明顯；另外，操作上也很容易使濾液細線觸及層析液，導致實驗失敗。
三、實驗改進之處
1.光合色素提取的改進——酒精隔水加熱提取色素
將原實驗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水乙醇，進行隔水加熱，所得的溶液就是色素溶液，省去了添加二氧化硅和碳酸鈣、過濾的步驟，操作簡單，也能使學生明確色素不溶于水，極易溶于有機溶劑的知識點。
2.畫濾液細線方法的改進
將教材實驗中畫濾液細線工具毛細吸管改為自制畫線器，如，筆帽、大號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——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，避免了濾液細線觸及層析液的易錯步驟。
四、實驗器材
新鮮的菠菜綠葉，無水乙醇、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、大號移液槍槍頭、干燥的定性濾紙、量筒、酒精燈芯。
五、實驗原理
光合色素不溶于水，極易溶于有機溶劑，故可用無水乙醇來提取色素，且高溫能破壞葉肉細胞的生物膜，使葉綠體中色素釋放出來，因此，可以通過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散得快；反之則慢。因此，可用層析液來分離色素。
六、實驗過程
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.畫色素細線
將步驟1所得到的色素溶液倒入培養(yǎng)皿中，用大號移液槍頭的圓形開口在培養(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)過畫線的濾紙片蓋在培養(yǎng)皿上，將打結(jié)的一面（畫色素細線一面）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)而外的四個由不同顏色組成的同心圓，記錄實驗結(jié)果。
七、實驗效果
實驗改進后步驟簡單、操作方便，提取液色素含量高，色素溶液色澤鮮艷，實驗易于成功；用自制畫線器畫出的色素細線均勻，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，增加了實驗的趣味性。
八、總結(jié)與體會
在提取色素方法上，人教版教材實驗直接用新鮮菠菜葉作為材料研磨，而浙科版教材實驗是用菠菜葉烘干后研磨，對比之下，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，浙科版教材實驗需要烘干的過程中，筆者的改進實驗需要隔水加熱，兩者均用到了高溫處理。高溫是否會破壞了色素結(jié)構(gòu)，導致色素溶液出現(xiàn)色差。這個問題還有待驗證。
筆者的改進方法，學生有可能對教材實驗要求的一些基本知識，如，一些藥品的作用和紙層析法操作的關鍵步驟得不到很好的強化，這可能導致做練習或考試中會引起偏差，因此，筆者的改進實驗更適合在興趣小組或選修課中開展。
《義務教育生物學課程標準》明確提出：“生物教學要加強對實驗和其他實踐活動的教學，加強對學生觀察能力、實驗能力、思維能力和自學能力等能力的培養(yǎng)；要關注教學資源的開發(fā)，如，利用替代物品、藥劑、儀器等，爭取創(chuàng)造性地增加低成本的實驗和其他實踐活動，消除生物實驗的安全隱患，促進學生的健康成長與發(fā)展�！币虼�，筆者認為，可以以本實驗的改進為出發(fā)點，以小見大，培養(yǎng)學生敢于質(zhì)疑、敢于創(chuàng)新的能力。