“葉綠體中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索

倪 娟 汪岱華 朱曉蓓

(上海市西南位育中學(xué) 200233)

1 設(shè)計(jì)背景

“葉綠體中色素的提取和分離”是上海科技版高中《生命科學(xué)》第四章“光合作用”中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，旨在使學(xué)生初步學(xué)會(huì)提取和分離葉綠體中色素的基本方法和技術(shù)，并通過對(duì)分離得到的色素條帶的觀察，加深對(duì)葉綠體各種色素的認(rèn)識(shí)。

教材以新鮮的菠菜葉為實(shí)驗(yàn)材料，分提取和分離兩個(gè)步驟完成實(shí)驗(yàn)：首先利用有機(jī)溶劑(常用無水乙醇)提取葉綠體色素，涉及稱取、剪碎、添加各種試劑、研磨、過濾等一系列操作，耗時(shí)較長；隨后采用紙層析的方法分離色素，其中涉及的劃線、陰干操作也較為復(fù)雜。按照教材的實(shí)驗(yàn)流程，經(jīng)常會(huì)有部分學(xué)生完成不了實(shí)驗(yàn)，無法及時(shí)觀察到層析結(jié)果；部分學(xué)有余力的學(xué)生在完成教材實(shí)驗(yàn)后，還想作進(jìn)一步探究，如“不同物種的綠葉是否與菠菜含有相同種類的色素”、“既然無水乙醇和混合層析液(石油醚∶丙酮∶苯=20∶2∶1)都是有機(jī)溶劑，能否使用無刺激性氣味的無水乙醇完成層析操作”等。

為幫助實(shí)驗(yàn)完成較慢的學(xué)生既學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)方法，又觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，筆者組建了兩人小組合作實(shí)驗(yàn)，并且在進(jìn)行傳統(tǒng)“提取”操作的同時(shí)引入了一種簡便方法。為更好地激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究的熱情，鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生在完成教材實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行自主探究，教師在實(shí)驗(yàn)前收集探究課題并做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，如對(duì)不同材料和不同層析液的探究等。

2 教學(xué)過程

2.1 兩種提取方法同時(shí)進(jìn)行 針對(duì)提取操作耗時(shí)多的實(shí)際情況，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的兩人小組中建議分工合作：甲學(xué)生按照教材操作；與此同時(shí)，乙學(xué)生采用教師提供的簡便方法。然后對(duì)兩人結(jié)果進(jìn)行分析比較。

簡便方法如下：在制備好的濾紙條上方平鋪兩層實(shí)驗(yàn)所用綠色葉片(圖1a)，在原來畫濾液細(xì)線的位置用水平放置的解剖針用力往下壓(圖1b)，在外界壓力下使得葉綠體破損，讓葉綠體中的色素吸附在濾紙條上，這樣就相當(dāng)于得到了畫有濾液細(xì)線的濾紙條，可馬上進(jìn)行紙層析分離色素。

當(dāng)甲學(xué)生的提取操作完成時(shí)，乙學(xué)生的層析結(jié)果通常已經(jīng)顯現(xiàn)，隨后又可以利用甲學(xué)生提取的色素溶液進(jìn)行紙層析。如果實(shí)驗(yàn)順利，甲學(xué)生的層析結(jié)果也能呈現(xiàn)；如果甲學(xué)生的紙層析實(shí)驗(yàn)未能在有限的課時(shí)內(nèi)完成，利用乙學(xué)生的層析結(jié)果也能對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析討論。

a b

2.2 學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì) 學(xué)生可以在教材實(shí)驗(yàn)完成后自主選擇探究課題：①不同物種的綠葉是否與菠菜含有相同種類的葉綠體色素？②混合層析液的刺激性氣味對(duì)身體有一定的毒性，換用無毒的無水乙醇作為層析液是否也能將葉綠體色素得到理想的分離？

針對(duì)探究課題，經(jīng)過連續(xù)幾年把實(shí)驗(yàn)安排在不同季節(jié)進(jìn)行，綠葉植物的選擇面得到擴(kuò)大：春季的薺菜、韭菜，夏季的生菜、綠米莧，秋季的青菜、菠菜，冬季的茼蒿、塔菜，共計(jì)有8種材料。

學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)材料，并對(duì)所選的實(shí)驗(yàn)材料分別進(jìn)行混合層析液和無水乙醇的紙層析，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3 結(jié)果與分析

3.1 兩種提取方法的比較 分別利用常規(guī)方法和簡便方法提取菠菜中葉綠體色素后進(jìn)行的紙層析結(jié)果，都可觀察到分離明顯的4條色素條帶，從上到下依次為橙黃色的胡蘿卜素、黃色的葉黃素、藍(lán)綠色的葉綠素a和黃綠色的葉綠素b。

3.2 實(shí)驗(yàn)材料的選擇和比較 表1 列出了8種材料葉綠體色素展示的條帶情況，有7種材料的色素種類及分離順序相同，即與教材實(shí)驗(yàn)相同。僅有韭菜的結(jié)果非常特殊，提取的色素在相同長度的濾紙條上沒有得到分離。

表1 8種植物葉綠體色素展示條帶比較

(“+”表示是，“-”表示否)

3.3 不同層析液層析效果的比較 表2 列出了8種植物在不同層析液中得到的分離條帶。在混合層析液中，只有韭菜的葉綠體色素未能成功分離；而在無水乙醇中，所有8種材料的葉綠體色素都未得到分離。

表2 不同層析液的分離效果

4 結(jié)論與反思

“葉綠體色素提取簡便方法”的引入相當(dāng)于把“提取”和“分離”這兩個(gè)原先有著先后順序的操作轉(zhuǎn)變成了兩個(gè)平行的可同時(shí)進(jìn)行的操作，對(duì)于一部分不能完成教材實(shí)驗(yàn)的學(xué)生起到了一定的彌補(bǔ)作用。但是簡便方法不能完全替代傳統(tǒng)方法，傳統(tǒng)的“有機(jī)溶劑提取法”在生產(chǎn)中是常用的物質(zhì)提取方法，學(xué)生有必要了解和掌握。

學(xué)生關(guān)于實(shí)驗(yàn)材料選擇的探究結(jié)果顯示，不同物種的綠葉含有與菠菜相同種類的葉綠體色素。學(xué)生因而認(rèn)識(shí)到葉綠體色素的種類在自然界具有普遍性；同時(shí)由于選用的8種材料來自不同的季節(jié)，每個(gè)季節(jié)都有進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)的理想材料，從而使得本實(shí)驗(yàn)的開展不再受到季節(jié)的限制。

學(xué)生關(guān)于層析液選擇的探究結(jié)果顯示，雖然無水乙醇與混合層析液同屬于有機(jī)溶劑，但是葉綠體中的4種色素隨混合層析液在濾紙條上的擴(kuò)散速度差異較大，故分離效果理想；而它們隨無水乙醇的擴(kuò)散速度較為相近，故分離效果不佳。至于哪一種有機(jī)溶劑才是低毒且符合實(shí)驗(yàn)要求的層析液，可進(jìn)一步探索。