“檢測生物組織中的蛋白質”的實驗教學改進

摘 要：色度傳感器具有高靈敏度、高精確度、操作簡便等優(yōu)點。本文利用色度傳感器對含蛋白質的溶液進行定量檢測，將傳統(tǒng)的驗證性實驗優(yōu)化成為探究性實驗。

關鍵詞：色度傳感器；定量；探究性實驗

文章編號：1003-7586（2024）07-0046-02 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

“檢測生物組織中的蛋白質”是蘇教版普通高中教科書《生物學·必修1·分子與細胞》（以下簡稱“教材”）第1章第3節(jié)中經典的驗證性實驗。本實驗的材料容易獲得，實驗試劑配制簡便，實驗步驟相對簡單，實驗結果較為明顯，因此在高中生物學課堂中的開設率較高。但在學時緊張的情況下，部分學校在教學過程中，會將其和還原糖及脂肪的鑒定實驗整合為一節(jié)課來完成。

1 背景分析

1.1 學科課程標準中的要求

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）中在教學建議部分明確指出：組織以探究為特點的主動學習是落實生物學學科核心素養(yǎng)的關鍵。實驗教學是促成學生發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)的重要支撐。

教師在重視定性實驗的同時，也應重視定量實驗，讓學生在量的變化中了解事物的本質。

在檢測生物組織中的蛋白質的傳統(tǒng)實驗中，蛋白質會與雙縮脲試劑進行反應，溶液顯紫色，從而得出生物組織中含有蛋白質的實驗結論。教材在該節(jié)的練習部分，也設置了一道關于不同食物中蛋白質含量的資料分析題，學生在此基礎上產生疑問：如何檢測組織中蛋白質的含量？

1.2 傳感器進入課堂，實現(xiàn)實驗課程轉型

在中學階段開展定量實驗，對教師、學生及實驗室的設備儀器都提出了較高的要求。以檢測溶液中的蛋白質含量為例，雙縮脲試劑檢測法是一種常用的方法，其原理是蛋白質分子中的肽鍵與Cu2＋在堿性溶液中發(fā)生顯色反應，且顏色的深淺與蛋白質的含量在一定范圍內成正比關系。一般實驗思路是配制一系列濃度梯度的標準蛋白質溶液并使用雙縮脲試劑處理后，使用分光光度計檢測反應后溶液的吸光度，并根據(jù)標準蛋白質溶液的濃度梯度繪制標準曲線，進而確定待測溶液的蛋白質濃度。［1］［2］由于受到條件限制，高中生物學實驗室能夠提供的分光光度計數(shù)量較為有限，因此很難在有限的課堂時間內完成所有小組的實驗活動。

將傳感器引入中學生物學實驗，能使實驗教學脫離實驗器材的限制，而更集中于如何設計實驗、減小實驗誤差等方面，進而發(fā)展學生的科學素養(yǎng)。傳感器種類眾多，如二氧化碳傳感器、pH傳感器等，在很多中學實驗中都有廣泛的應用。本實驗采用色度傳感器替代傳統(tǒng)的分光光度計，其具有體積小、靈敏度高、使用便捷等優(yōu)點，更適用于高中階段的分組實驗。

2 實驗流程

2.1 實驗準備

2.1.1 教師準備

實驗材料：結晶牛血清白蛋白、雞蛋清、乳制品等。

實驗儀器及試劑：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、色度傳感器、電子秤、移液槍、100mL容量瓶、試劑瓶、試管、比色杯、雙縮脲試劑。

2.1.2 學生準備

3～4人為一個小組，選擇實驗材料；學生通過查找相關資料和商品信息，了解待檢測溶液的蛋白質含量；明確實驗原理，自主設計實驗流程。

2.2 實驗步驟

2.2.1 配制不同濃度的標準蛋白質溶液

學生稱取結晶牛血清白蛋白0.5g，加入蒸餾水溶解，并定容至100mL，即可得到5g／L的蛋白質溶液。使用移液槍進行梯度稀釋，分別得到濃度為1.25g／L、2.5g／L、3.75g／L的標準蛋白質溶液。

2.2.2 對待測溶液進行合理稀釋

學生分別以稀蛋清和某乳制品為實驗對象，并各自取樣1mL，分別加蒸餾水定容至100mL。兩組待測稀釋液分別命名為蛋清組和乳制品組。

2.2.3 蛋白質鑒定

學生取6支試管進行編號，1號試管加入2mL蒸餾水，2～5號試管分別加入2mL不同濃度的標準蛋白質溶液，6號試管加入稀釋后的待測溶液。在1～6號試管中分別加入1mL 0.1g／mL的氫氧化鈉溶液搖勻，再分別滴加6滴0.01g／mL的硫酸銅溶液搖勻，最終記錄每個試管的顏色變化。

2.2.4 蛋白質含量測定

學生將各試管中的溶液轉移至比色杯中，打開專用檢測軟件，設置濃度范圍和吸光值范圍，建立坐標，并在數(shù)據(jù)記錄表中依次輸入0、1.25、2.5、3.75、5。打開色度傳感器的蓋子，依次將比色杯放入，點擊“開始實驗”按鈕，選擇G值記錄數(shù)據(jù)，當吸光值穩(wěn)定后，點擊“記錄數(shù)據(jù)”按鈕，將所測數(shù)值記錄在表格中。點擊“計算”即可獲得稀釋后待測溶液蛋白質含量。點擊“繪圖”按鈕獲得蛋白質標準曲線，保存圖片記錄實驗結果。

3 實驗結果與分析

3.1 實驗結果

3.1.1 蛋清組

本實驗中雞蛋約為50 g，蛋清體積約為30mL，通過本實驗現(xiàn)象可知，稀蛋清液與雙縮脲試劑反應顯紫色，說明稀蛋清液中含有蛋白質。通過計算實驗所測數(shù)據(jù)可知，蛋清液中約含有蛋白質3.21g。蛋清組所查資料中顯示，一個雞蛋清的蛋白質含量約為3g，與該組實驗數(shù)據(jù)吻合。

3.1.2 乳制品組

該乳制品體積為100mL，通過本實驗現(xiàn)象可知該乳制品稀釋液與雙縮脲試劑反應顯紫色，說明該乳制品含有蛋白質。通過計算實驗所測數(shù)據(jù)可知，蛋白質含量約為1.1g。

某乳制品組按照商品包裝上相關信息所示，該乳制品含有蛋白質1.2g，與該組實驗的數(shù)據(jù)基本一致。

4 實驗創(chuàng)新及反思

本節(jié)課巧妙地利用了色度傳感器，將測定蛋白質含量的實驗融入到中學課堂中，形成探究性實驗課。課堂以學生為主體，教師作為引導者和觀察者，充分調動學生的學習興趣，引導學生掌握科學的實驗方法和思維過程。

實驗的過程是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程，而驗證性實驗課程通常具有規(guī)范的操作步驟，學生按部就班地實施，易導致學生實驗能力和科學思維得不到充分的鍛煉，降低學生的求知欲望。本節(jié)課屬于半開放式課堂，既有常規(guī)的實驗步驟，也有學生親自設計的創(chuàng)新方法，例如對于實驗材料的選擇；配制標準蛋白質溶液時牛血清白蛋白的質量；待測樣液的稀釋倍數(shù)；標準蛋白質的濃度梯度等。

參考文獻

［1］林建春.基于課程標準的高中生物學實驗教學改進——以“檢測生物組織中的蛋白質”為例［J］.中學生物學，2021，37（4）：35-37．

［2］張峰.高中生物學實驗探究與指導［M］.福建：福建人民出版社，2019：67-68．