淺談三原色原理在高中生物的一些應用

章成

摘要：高中生物中有較多的物質(zhì)的色彩和顏色反應檢測問題，其顏色的呈現(xiàn)和變化可以用三原色原理進行較好的解釋

關鍵詞：三原色;補色;波長;光譜

首先可見光譜如下圖所示：

如果把這些色彩按照順序排列成圓形，就可以得到色相環(huán)（圖2）

那色相環(huán)中為什么紅色和青色相對，黃色和藍色相對呢？這是因為色相環(huán)的任何直徑兩端相對之色都稱為互補色。互補色的光疊加的結果就是白光，比如綠色+品紅色，藍色+黃色，品紅色+綠色等等，當它們成對出現(xiàn)的時候就是白光。

色相環(huán)中的光學三原色是紅綠藍，色彩的三原色是紅黃藍。

光學的三原色是加法三原色，這三種光是不能再分解的三種基本顏色，但用此三種光疊加后可以呈現(xiàn)新的顏色，比如紅+綠就是黃色，綠+藍就是青色（圖2），新顏色就是兩種光的中間色。這三種光或者各色光以相同的比例混合，達到一定的強度就呈現(xiàn)白色（白光），反之白光（太陽光）經(jīng)過色散系統(tǒng)分光后就會形成如圖1的各色光;若三種光的強度均為零，就是黑色（黑暗）。那問題來了，為什么光學的三原色是紅綠藍呢？不是出于物理原因，而是出于生物原因，是因為人眼有三種感受顏色的視錐細胞，三種視錐細胞最敏感的顏色分別是紅、綠、藍。

色彩三原色是減法三原色，物體所呈現(xiàn)的顏色是光源中被物體吸收后所剩余的部分，所以其成色的原理叫做減色法原理。物體的顏色呈現(xiàn)可以是這樣的：比如綠色顏料它可能吸收了除綠光外所有的色光，那么反射出來的只有綠光，當綠光到達人眼后，人就能看到這是綠色顏料，葉綠素呈現(xiàn)綠色正是如此;也可以是這樣的：比如黃色顏料可能只吸收藍光，反射了所有其他光，由于除了黃光外其他光都有互補色，比如既有綠光也有品紅光的時候，兩者疊加就是白光，顏色就相當于被抵消了，其他光也是如此，但黃光和藍光這一對互補色中的藍光被吸收了，黃光被反射出來且沒法抵消，所以人眼就收到黃光的信號，該顏料在人認知中就是黃色了。所以色彩三原色就采用了紅綠藍的補色：紅的補色是青、綠的補色的是品紅、藍的補色是黃，但由于某些習慣，人們把青當做藍，品紅當做紅，所以色彩三原色俗稱就是紅黃藍。

1、光合色素的吸收光譜和顏色問題

高中生物必修一介紹了光合色素的吸收光譜及顏色問題，比如葉綠素吸收的主要是紅光和藍紫光幾乎不吸收綠光，那么透射和反射的都是以綠光為主，所以葉綠素呈現(xiàn)的是綠色，這是比較容易理解的;但類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，為什么顏色卻是黃色或橙黃色呢？

這個問題可以用三原色原理結合光合色素的吸收光譜來解釋，由于類胡蘿卜素在波長450nm處有吸收峰，此處對應的是藍光（430-470nm），所以根據(jù)色相環(huán)中的補色則類胡蘿卜素呈現(xiàn)的是黃色為主的色彩。按照這個原理我們可以根據(jù)色素的吸收光譜，在沒有親眼目睹的情況下推測出某色素的顏色，比如藻紅蛋白其吸收峰490-570nm，對應的就是綠光區(qū)（500-560nm），而查色相環(huán)可知其補色是品紅色，所以藻紅蛋白是紅色的;藻藍蛋白其吸收峰是610-655nm，對應的主要是橙光區(qū)（600-650nm），查補色可知是靛藍色，所以可以說藻藍蛋白是藍色的。

2、三原色及相關原理還可以解決其他一些顏色問題

比如在尿糖試紙檢測尿糖時，顏色變化按照葡萄糖含量從少到多依次是淺藍、淺綠、淺棕和深棕色，這是為什么呢？

尿糖試紙初始顏色為淺藍色，反應最終結果產(chǎn)生了棕色的物質(zhì)，但當葡萄糖量少的時候，棕色物質(zhì)必然也少，而棕色是紅色和黃色的中間色，所以查色相環(huán)就可以得出棕色和藍色混合會出現(xiàn)它們的中間色，綠色恰好就在中間，所以尿糖試紙顏色變化一定依次是淺藍、淺綠、淺棕和深棕色，而不是其他顏色或者其他順序。

這個原理同樣可以適用于其他的顏色反應，比如用本尼迪特試劑檢測材料中還原糖的存在，根據(jù)還原糖含量的多少其顏色變化也是會依次是藍色、綠色、紅黃色。在用0.1﹪溴麝香草酚藍溶液檢測CO時，0.1﹪溴麝香草酚藍溶液它是一種酸堿指示劑，堿性溶液中呈現(xiàn)藍色，酸性溶液中呈現(xiàn)黃色，所以根據(jù)CO多少就可以推導出其顏色變化是由藍色變成綠色再變成黃色。

那么在蛋白質(zhì)鑒定中顏色會出現(xiàn)這種跨度非常大的變化嗎？不會的，因為雙縮脲試劑是淺藍色的，蛋白質(zhì)與其反應后的產(chǎn)物是紫色的，藍色和紫色是相鄰色，所以該反應的顏色只有從藍色到紫色就是這個道理。

3、利用光電比色法檢測有色物質(zhì)含量的問題

選修1亞硝酸鹽含量測定的時候為什么比色計選用的波長是550nm呢？這是因為我們要測定亞硝酸鹽含量，必定要選擇反應產(chǎn)物吸收最強的光進行照射，而反應產(chǎn)物是紫色的，紫色物質(zhì)必定對紫色的補色光吸收能力最強，紫色的補色查色相環(huán)可知是黃綠色，黃綠光波長500-600nm，最佳波長就是550nm附近。由此我們可以得出結論：利用光電比色法測定有色物質(zhì)含量的時候只要知道有色物質(zhì)的顏色，我們就可以根據(jù)三原色原理和光譜大致推測出的所需要的光的波長。

參考文獻：

[1]吳相鈺，劉恩山.生物學必修1分子與細胞.浙江科學技術出版社，2005

[2]人體組織解剖學（第二版）.高等教育出版社，1989：322

[3]劉恩山.生物學必修1分子與細胞.浙江科學技術出版社，2019

[4]吳相鈺，劉恩山.生物學選修1生物技術實踐.浙江科學技術出版社，2005