用自制光譜儀觀察光合色素提取液吸收光譜

孫天予 韓 爍 李 霞

（北京匯文中學 北京 100061）

吸收光譜是光合色素的重要物理特征，該特征廣泛應用于科學研究和生產實踐等領域。本知識點也是高中生物學階段體現生物學與物理學相聯系的內容之一。

普通高中生物學課程標準要求教師引導學生主動參與探究過程、勤于動手和動腦，培養學生的創新精神和實踐能力。結合課程標準要求，圍繞“光合色素的吸收光譜”進行實踐活動，設計了自制光譜儀，用于觀察光合色素提取液吸收光譜，取得了良好效果。

1 材料準備

1.1 實驗材料 自制簡易光譜儀 （如圖1所示，標準比色皿 2個，菠菜葉片光合色素提取液。

1.2 簡易光譜儀的制作 光譜是復色光經過色散系統 （如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小依次排列的圖案。通過控制入射光的方向，可以獲得復色光源（如實驗臺上的日光燈）的光譜，如圖2所示。

圖1 自制光譜儀

圖2 自制簡易光譜儀原理（θ=22.5°）

利用該原理，可借助卡紙、光柵等材料，自制簡易光譜儀。光譜儀的平面展開圖如圖3所示。狹縫可用硬質卡片自制，長2 cm，寬0.2 mm。光柵為金濤光電生產透射光柵（1 200線，15.5 mm×15.5 mm×4 mm）。

圖3 自制光譜儀展開圖（cm）

按照展開圖從卡紙剪下相應形狀，沿虛線折疊，并將實線處粘貼、密封。狹縫橫向粘貼在較大開孔（2 cm×2 cm）處，光柵刻線方向與狹縫平行，粘貼或用夾子固定在較小開孔（1.5 cm×1.5 cm）處。

在簡易光譜儀狹縫前用黑卡紙制作支架，放入裝有色素提取液的比色皿，可觀察到色素提取液的吸收光譜，如圖4。

圖4 觀察色素提取液吸收光譜裝置示意圖

2 實驗步驟

本實驗是課程標準建議活動“綠葉中色素的提取和分離”的補充。學生獲得菠菜葉片光合色素提取液后可著手進行。

操作步驟如下：

1）向一比色皿中加入菠菜葉片光合色素提取液，向另一比色皿中加入空白提取液。

2）將比色皿安裝到自制光譜儀狹縫前端的支架上。

3）將光譜儀前端對準白色光源，從光譜儀后側觀察光合色素的吸收光譜，觀察角度應與光柵垂直，如圖5所示。

圖5 從光柵一側觀察光譜

3 實驗結果

可清晰地觀察到光合色素提取液吸收光譜，其中，空白提取液對照組為日光燈管的發射光譜。由于實驗中使用的日光燈管為市售民用產品，非全光譜光源，因此觀察到的光譜中紫色光譜帶較窄，但可清晰觀察到汞元素燈在436 nm（藍紫光區）、546 nm（綠光區）和 576 nm（黃光區）波長處的發射線。左側為光合色素提取液實驗組，可觀察到光合色素提取液在波長小于500 nm（藍紫光區）和波長大于640 nm（紅光區）的強吸收區。

4 在課堂教學中的應用

本實驗可與課程標準中的建議活動“光合色素的提取和分離”同堂實施。在學生將吸水紙條放入光合色素提取液后，等待層析結果時，教師說明光譜儀的使用方法。學生通過觀察光合色素的吸收光譜，能夠直觀感受光合色素的功能，為其理解光合作用這一核心概念提供更多的感性材料。

條件允許時，教師可提前制備紫甘藍葉片水溶性色素提取液，指導學生對水溶性色素和光合色素的吸收光譜進行比較，紫甘藍葉片水溶性色素吸收光譜，可觀察到波長545 nm（綠光區）的吸收峰，并提出問題：2種色素都能吸收一定波長范圍內的光，這些被吸收的光能是否都被植物用于有機物的合成？引導學生思考植物實現光合作用功能的結構基礎，為光合作用場所和過程的學習鋪平道路。

5 小結

借助本實驗中所使用的學具，學生可同時觀察2種溶液的吸收光譜，并且能夠對多種實驗材料的吸收光譜進行直觀對比。為學生進一步探究諸如“探究不同植物葉片中光合色素的吸收光譜與其生境的關系”等提供便捷的工具。教師可根據具體情況，引導學生對相關問題進行探究。

現行各版本教材中都安排了豐富、經典的實驗和探究活動，為學生實踐能力和創新精神的培養提供了許多珍貴素材。但隨著社會信息化水平的迅速提升，相對于教師的講解和演示，學生對實踐活動的需求正與日俱增。如果教師能設計更多學生參與度較高的實踐活動，將更好地激發學生主動探究的興趣，對學生深入理解生物學核心概念、主動構建生物學學科概念體系等學習活動大有裨益。

主要參考文獻

［1］楊忠生.高中生物教學與其他學科之間的相互聯系.濟南:山東師范大學碩士學位論文,2010.

［2］中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準.北京：人民教育出版社，2003.