培育玉米黃化苗進行“色素的提取與分離”實驗

郭愛平 （對外經貿大學附中 北京 100102）

光是綠色植物進行光合作用的必要條件，也會影響光合色素的合成，多數植物在黑暗中生長時葉片會呈現黃色，即產生黃化現象。缺乏光照引起的葉片黃化現象與哪些色素的含量變化有關？色素的缺失是否會影響植物對光能的捕捉？與正常生長的植物相比，黃化苗的光合作用強度是否會明顯下降？由黃化苗引出的這些問題，可幫助教師開展“葉片中色素的提取與分離”實驗，引導學生在真實的問題情境中掌握實驗的原理與方法，同時實驗結果也會成為學生構建新概念的事實依據。本文介紹培育玉米黃化苗的過程，及其光合特性的測定方法和結果，可作為高中生物學課堂教學的素材與依據。

1 材料與方法

1.1 材料培養 取玉米種子于室溫下加水培養，每日觀察萌發情況，并適時添水、換水。待幼苗的真葉沖破胚芽鞘后，挑選長勢基本相同的玉米幼苗移栽至空白瓊脂培養基中。培養基的作用是為幼苗的生長提供固著的基質，培養基表面覆蓋棉花并加適量清水。

將2 個燒杯共16 株幼苗置于暗箱中培養，另取2 個燒杯16 株幼苗置于自然光下室溫培養。培養1 周后獲得玉米黃化苗及對照組正常幼苗。

1.2 光合色素含量測定

1.2.1 光合色素的提取

1）用電子天平稱取玉米黃化苗和對照組正常苗葉片各2.5 g。2）取研缽2 個，加入0.25 g 碳酸鈣和0.5 g 二氧化硅；再注入無水乙醇5 mL。3）將2組幼苗葉片剪碎后分別置于研缽中研磨。利用研缽中較高濃度的色素提取液在濾紙條上畫濾液細線后，再注入無水乙醇5 mL，繼續研磨。4）用紗布分別對上述提取液進行過濾以備離心。

1.2.2 紙層析法分離色素

1）制備濾紙條，并剪去兩角。2）利用載玻片邊緣（斜向）蘸取色素提取液，反復多次在濾紙條距剪角端約1 cm 處畫濾液細線。3）取等量層析液（95%乙醇∶苯=9∶1）分別置于燒杯中，并將濾紙條剪角端接觸層析液。

1.2.3 利用分光光度計檢測各種色素含量

1）取黃化苗和對照組苗的色素提取液置于2 mL 離心管中，以16 000 r／min 的轉速離心5 min。2）利用無水乙醇將離心后的色素提取液稀釋25 倍后再進行離心。3）用無水乙醇校正分光光度計，測定663 nm、646 nm 和470 nm 處的光吸收值［1］，并據此計算葉綠素a、葉綠素b 和類胡蘿卜素的含量。

1.3 淀粉的測定

1.3.1 幼苗照光 將對照組苗暗處理一晝夜后（消耗掉原有淀粉），再將黃化苗與對照組苗一起接受自然光照射5 h。

1.3.2 葉片脫色 取等量50%乙醇注入2只燒杯中，剪取玉米黃化苗和對照組苗各6 片葉，分別浸沒于酒精中，并用電磁爐隔水加熱。

1.3.3 碘液檢測 將脫色后的葉片展平，滴加碘液覆蓋葉片。一段時間后，用清水反復漂洗，將多余碘液去除。

2 結果與分析

2.1 玉米黃化苗和正常苗光合色素含量比較

2.1.1 紙層析法分離色素的實驗結果 實驗共進行2 次，每次黃化苗和對照組各取2 張濾紙點樣（圖1，本文附圖見封四）。

2.1.2 分光光度計的測量結果 表1中數據為2組色素提取液中葉綠素a、葉綠素b 和類胡蘿卜素的含量。

表1 黃化苗和正常苗葉綠體色素含量比較（單位：mg／g）

上述結果分別從定性和定量2 個方面說明，缺乏光照導致黃化苗葉綠素a 和葉綠素b 難以合成，類胡蘿卜素合成減少。葉片中葉綠素和類胡蘿卜素比例的改變也是引發玉米苗黃化的原因。

2.2 玉米黃化苗和正常苗照光5 h 后淀粉的檢測圖2為脫色后的玉米葉片，圖3是加碘液處理并漂洗4 次后的結果。由于葉片經酒精處理后質地變軟，因此葉片邊緣略卷曲，會影響顏色的呈現。

圖3結果顯示，正常苗葉片經碘液染色后，顏色明顯深于黃化苗。結果說明，與黃化苗相比，正常苗進行光合作用能產生較多淀粉。

3 小結與討論

新課程標準中要求學生能“說明植物細胞的葉綠體從太陽中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉變為糖與氧氣的過程中，轉換并儲存為糖分子中的化學能”［2］，達成此要求的過程就是構建“光合作用”這一新概念的過程。新概念的形成需要引導學生尋找事實作為證據，其中“葉片中的光合色素能捕捉光能”這一事實即可通過“色素的提取與分離”實驗逐步揭示。

以往教學中，“葉片中色素的提取與分離”常常為完成教學而實驗，脫離構建新概念這一最終目標。教師可嘗試按照本文介紹的方法培育玉米黃化苗，通過引導學生比較黃化苗和對照組正常苗的色素種類與含量，讓學生在真實的問題情境中掌握實驗的原理和方法。同時，利用分光光度計對色素進行定量的分析，結合儀器的作用原理幫助學生認識到“色素能夠捕捉光能，不同色素吸收光的范圍不同”這一事實。此外，對淀粉含量的測定不但回顧了薩克斯的經典實驗，還讓學生直觀感受到色素缺失會導致葉片光合作用能力的下降。

總之，培育黃化苗進行課堂教學實現了一舉多得，為“光合作用”這一新概念的生成提供了充分的事實和實驗依據。