“生物組織中的糖類的檢測”實驗改進

劉江 李涵

文件編號： 1003 - 7586（2015）10 - 0045 - 02

“生物組織中的糖類的檢測”是人教版高中生物學《必修1·分子與細胞》第二章第一節“細胞中的元素和化合物”中的一個重要實驗，也是生物高考考綱中所要求的實驗之一，多次出現在全國各地的高考試題中。可見本實驗在高中階段是學生必須掌握的重要實驗，學生不但要熟知實驗原理、實驗材料、實驗過程、實驗結果，還應該掌握原理的內涵和外延、材料的選擇、實驗操作中顏色的變化等。在為學生準備實驗材料的過程中，材料加工后顏色較深，會對實驗操作過程的顏色變化有一定的干擾，筆者通過熱處理方法有效地控制了材料加工后的顏色，且實驗效果良好。

1 實驗中的不足

1.1 材料顏色的干擾

教材中提供的實驗材料是蘋果勻漿和馬鈴薯勻漿，可當這些材料制備好放入容器后，材料本身的顏色很快就會發生變化，呈褐色。而鑒定這些物質利用的是顯色反應（通過化學變化改變了化學物質的顏色），這就要求待檢測的樣品與顯色劑之間的顏色差別要大，這樣顯色時的顏色變化才鮮明，否則會干擾實驗結果，從而影響實驗者對實驗的判斷。例如在還原糖的鑒定過程中，筆者選擇的實驗材料是蘋果勻漿，如果不經過處理，顏色呈褐色，而還原糖與斐林試劑水浴加熱后顏色呈磚紅色，顏色變化不鮮明，這樣就得出蘋果中含有還原糖的結論說服力還不夠。

1.2 不改進的弊端

基于顯色反應對材料和顯色劑顏色的要求，高中教材中有關顯色反應的實驗材料一般應為無色或白色。如果讓學生用褐變后的材料去完成實驗，教師根據蘋果勻漿顏色、斐林試劑顏色和二者混合后的顏色，不難發現：將蘋果勻漿與斐林試劑混合后發生的顏色變化較大。那么在混合后蘋果勻漿與斐林試劑是否已經發生反應？但理論上還原糖與斐林試劑發生反應需要在50～65 ℃水浴加熱的條件下才進行。

這樣必然會讓學生感覺到實驗室真正的操作和教師課堂所講的一些實驗的注意事項不同，學生勢必會覺得生物學不是一個嚴謹的學科，從而打擊其學習生物的興趣和積極性，改變其對生物科學的認識，不利于學生生物學知識的學習以及生物學素養的養成。

2 實驗的改進及現象

2.1 改進依據的原理

實驗材料蘋果勻漿和馬鈴薯勻漿放置后呈褐色屬于褐變反應。

馬鈴薯的褐變有2個方面的原因。一方面是在酶的催化條件下進行的，所以又叫酶促褐變。酶促褐變主要由多酚氧化酶（PPO）引起，這種酶催化內源性的酚類底物及酚類衍生物而發生復雜的化學變化，最終形成褐色或黑色物質。在完整的馬鈴薯組織中，PPO與酚類底物是分離的；細胞內多酚氧化酶（PPO）與質體、線粒體等細胞器內膜結合，因此活性很低，此時褐變不會發生。當植物細胞受到破壞后，生物體組織完整性被破壞，特別是膜系統受到傷害后，潛在的PPO可被激活，正常的呼吸鏈被打斷，氧氣的侵入造成酚類物質在酚酶的作用下迅速氧化生成鄰醌，轉而又通過快速的聚合作用形成褐色素或黑色素。另一方面馬鈴薯中含有還原糖（葡萄糖、果糖）和氨基酸，在加熱過程中發生美拉德反應，此過程也稱為酶促褐變。

蘋果的褐變與馬鈴薯的褐變一樣存在酶促褐變和非酶促褐變2種原因，而且兩者機理相同。

2.2 材料的處理

馬鈴薯和蘋果勻漿的褐變主要是酶促褐變。蘋果勻漿控制pH為3.0、遮光、熱處理5 min、添加質量分數分別是0.05%的維生素溶液和0.5%的檸檬酸溶液、4 ℃存放、隔離氧氣以及榨汁前后護色等處理條件，對控制蘋果汁褐變有較好的效果。馬鈴薯勻漿可通過控制pH在3.5以下，以及采用Ca2+濃度為0.6%、抗壞血酸濃度300×10-6、NaHSO3濃度為60×10-6、檸檬酸濃度為0.2%的護色劑處理，來有效地抑制PPO引起的褐變和非酶褐變。但低濃度的檸檬酸有激活PPO活性的作用，而高濃度的NaHSO3有漂白成品的效應。

從上述研究中，可以看出，抑制褐變的方法很多，其中熱處理是高中實驗處理的一個非常方便和理想的方法。因此可用75～85 ℃熱水處理20～45 s，使多酚氧化酶失活從而抑制褐變。將馬鈴薯和蘋果迅速切塊后放入80 ℃的熱水中處理45 s，然后取出放入榨汁機中并加入一定量的水榨汁，結果與不經處理直接榨汁相比，明顯抑制褐變現象。

2.3 實驗結果

經過熱處理后的蘋果鑒定結果是出現磚紅色沉淀，實驗結果與未處理相同。經過熱處理后的馬鈴薯鑒定結果呈藍色，且藍色較未處理更深、實驗效果好。

3 總結

通過對實驗材料的處理，解決了褐變的問題，使得實驗更加科學合理。這有利于教學中的理論講解和實驗中的操作結果相一致，真正地達到了理論和實驗的統一；有利于學生通過理論的學習去設計和解決實驗中的問題，通過實驗操作加深對理論知識的記憶和理解；有利于學生形成生物學習方法和研究方法，提高學生生物學素養。而高中階段的學生本身對實驗充滿好奇和激情，實驗細節的改進有利于激發學生的興趣和激情，這將成為學生生物學學習的助推器。

參考文獻：

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