“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”實驗的問題及改進策略

李福玉 （四川師范大學生命科學學院 四川成都 610101）

“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”是人教版高中教材《生物必修1·分子與細胞》第2章第1節的內容，是教材安排的第1個驗證性實驗。本節內容在學生學習了“細胞中的元素和化合物”的基礎上，過渡到糖類、脂質和蛋白質的學習，旨在幫助學生直觀地認識細胞中的有機化合物，克服對微觀世界的認識困難，并通過合作學習、對多種實驗材料進行重復檢測等方法提高學生的實驗技能。此外，高一學生思維活躍、好奇心強、對實驗很感興趣，但他們大多時候只是喜歡實驗的輕松氛圍，并未真正掌握知識，且本實驗需要探究的內容較多，操作繁瑣，學生會出現實驗做不完、現象不明顯等問題。為此，本文從實驗原理的角度對此實驗的不足進行了分析并給出改進方案，有利于提高實驗教學效果。

1 本實驗常見問題

1.1 顏色干擾

1.1.1 材料顏色干擾 馬鈴薯組織勻漿后若不進行抗氧化處理，則易發生酶促褐變而導致顏色改變。在完整的組織中，多酚氧化酶（PPO）與底物是分隔開的，不會發生褐變；但當植物細胞受機械損傷后，生物組織的完整性被破壞，O2的侵入造成酚類物質在酶的作用下迅速氧化成醌類物質，醌的積累使得醌進行多聚化生成黑褐色素［1］。鮮切馬鈴薯酶促褐變途徑如圖1，馬鈴薯鄰苯二酚氧化機制如圖2。此外，生物組織中的還原糖和氨基酸，在加熱過程中會發生非酶促反應—梅拉德反應（Maillard Reaction），使組織勻漿液顏色改變，干擾實驗現象。

圖2 馬鈴薯中鄰苯二酚的氧化機制

教材中提供的實驗材料為蘋果勻漿和馬鈴薯勻漿，這2種材料極易被氧化，而鑒定這些物質利用的是顯色反應，要求待測樣品與顯色劑之間的顏色差別要大，顯色時的顏色變化才明顯，否則會干擾實驗結果，影響實驗者對實驗的判斷。用褐變的實驗材料與斐林試劑水浴加熱后顏色呈磚紅色，顏色變化并不鮮明，由此得出蘋果中含有還原糖的結論說服力不夠。

1.1.2 試劑顏色干擾 教材將花生種子或勻漿作為檢測脂肪的實驗材料，雖然使用花生勻漿操作方便，但蘇丹Ⅲ（Ⅳ）染液本身為較深的橘黃色（紅色），滴加到花生種子切片或花生種子勻漿中依舊是橘黃色（紅色），缺少對比，不能證明是蘇丹Ⅲ將脂肪染成了橘黃色（紅色）。

1.2 實驗方法繁瑣 在檢測還原糖中，教材選用蘋果或梨勻漿，雖然還原糖的含量較高，但需將蘋果或梨清洗、削皮、切塊、榨汁、過濾等步驟，在實際操作中，這一步驟用時長，工作量較大，且勻漿久置會發生褐變。

檢測組織中的脂肪，教材要求制作子葉臨時切片，切片要求用刀片在花生子葉的斷面上平行切下若干薄片。徒手切片操作時間較長，有可能導致學生在一定時間內難以完成本實驗；且尖銳的刀片易劃傷手指，即使有些學生的動作符合要求，所切的薄片也較厚；有些學生怕切到手，便像切菜一樣進行切片，切出的薄片也較厚，導致實驗基本失敗［2］。此外，需用顯微鏡觀察切片中被染色的脂肪粒，操作繁雜，用時較長。

針對蛋白質的檢測，教材提供了豆漿和新鮮肝臟研磨液。豆漿廉價易得，實驗效果明顯，是備選材料的首選，而新鮮肝臟研磨液雖含有豐富的蛋白質，但是有腥味且不及時清洗會黏附在試管壁。

1.3 缺少對照 對3類物質的檢測，教材實驗均只有一支組織樣液試管，未設置對照，尤其是對于糖類和蛋白質的檢測，其結果很難有說服力。

2 實驗改進

基于以上分析，按照生物學實驗“單一變量、對照原則、等量原則、科學性原則”的基本要求，通過探究，對本實驗進行改進。

2.1 還原糖的檢測 在實驗材料選擇上，新增2種材料——白蘿卜和葡萄。白蘿卜廉價易得，組織液透明，可儲備到第2天且不變色，能取得良好的實驗效果。葡萄中還原糖含量高，水分充足，無須研磨和粉碎，只需去皮擠壓即可得到組織液。

在實驗操作上，增設3 mL 5%葡萄糖液+3 mL斐林試劑及3 mL蒸餾水+3 mL斐林試劑2組對照組。在反應過程中，教材將試管放入盛有50～65℃溫水的大燒杯中加熱約2 min，改進方案采用恒溫水浴鍋60℃水浴加熱，溫度可控且避免酒精燈加熱的安全隱患。

2.2 脂肪的檢測 經分析和實踐，有4種方法可以解決脂肪檢測中的問題。

1）雙刀片切片法：將2片刀片合在一起連續切幾次，這樣在2片刀片之間很容易得到薄片，再將2刀片之間的薄片放至清水中，使各薄片分散，用毛筆蘸取最薄的一片用于制作裝片。

2）涂片法：學生用刀片在浸泡并去除種皮的花生種子斷面上輕輕刮取一些碎屑，做成涂片，經染色后，在顯微鏡下易找到被染成橘黃色的脂肪顆粒，實驗得以順利開展。

3）壓紙條顯色法：取一張白紙條，將其分為4個區域，并編號 A、B、C、D。取 1粒花生種子，去種皮，切成小塊備用，對照表1進行處理。先用 A和D區域壓榨小花生塊（可用直尺輔助），使花生種子中的脂肪流出。然后在 C區域滴加適量的植物油，對比植物油與花生種子壓榨物的顏色，之后在B區滴加指示劑顏色，作為指示劑顏色對照。最后在C、D區域分別滴加適量的蘇丹Ⅲ（Ⅳ）染液，染色2～3 min后，觀察并記錄相應點位的顏色變化并分析得出實驗結果［3］。該方法中花生種子直接使用，無需浸泡；無需刀片，不制作裝片，減少了實驗器材的使用并避免劃傷；不使用顯微鏡，簡化了實驗裝置。改進后的操作更簡單，難度降低，現象明顯。

表1 壓紙條顯色法的4個區域

4）肥肉涂片觀察法：該法在材料選取上進行了創新，可檢測動物組織中的脂肪。動物脂肪以脂滴（油滴狀的微粒）的形式存在于脂肪細胞的細胞質中。脂肪被染色，實際上是蘇丹染料被脂肪溶解、積累并吸附在脂滴上，從而呈現染料的顏色。肥肉涂片觀察法操作簡便，現象明顯。具體做法為將肥肉切成小塊，用解剖刀刮取肥肉的油脂涂抹于載玻片上，制成涂片，用蘇丹Ⅲ（Ⅳ）染色，鏡檢。

2.3 蛋白質的檢測 針對實驗材料，新增雞蛋清稀釋液和蛋白研磨汁（將雞蛋煮熟，去除蛋黃，將蛋白研磨成汁）。該材料不僅可以用于檢測，且二者之間構成對照，加深學生對實驗原理的認識：蛋白質變性后，雖空間結構被破壞，但肽鍵依然存在，這表明雙縮脲試劑反應的本質是與肽鍵反應。

在實驗操作中，除教材的實驗組外，增設蒸餾水2 mL+雙縮脲試劑A液1 mL+雙縮脲試劑B液4滴的空白對照組。因此，雞蛋清稀釋液試管為淺藍紫色，雞蛋白研磨汁試管為深紫色，蒸餾水試管為藍色，現象明顯。

3 教學反思

生物學是一門以實驗為基礎的科學，大量的科學知識來自實驗，利用實驗開展生物學教學，對實現課程標準理念的“核心素養為宗旨，教學過程重實踐”至關重要。教材中的實驗固然有許多無法替代的優越性，但教師可在教學過程中對教材實驗進行適當創新。此外，在實驗過程中，學生會問較多與實驗原理相關的問題，教師應細致講解實驗原理，并進行一定的拓展，培養學生多思考的探究精神和實驗動手能力。