葉綠體中色素的提取和分離實(shí)驗中容易出現的問(wèn)題論文
在高中生物實(shí)驗中，“葉綠體中色素的提取和分離”是一個(gè)重要的實(shí)驗,學(xué)生在做這個(gè)實(shí)驗時(shí)容易出現以下幾個(gè)問(wèn)題：
一是研磨植物葉片的時(shí)間過(guò)長(cháng)，掌握不好加入二氧化硅的用量，往往是二氧化硅過(guò)量，致使濾液含有較多的二氧化硅，濾液顏色變淺，影響實(shí)驗效果；
二是毛細吸管易堵塞，色素線(xiàn)畫(huà)得不夠細、平、齊，使色素帶重疊；
三是層析液中含有苯，苯是一種毒性很強的有機物；
四是在分離色素時(shí)，濾紙條上的濾液細線(xiàn)容易沒(méi)及到層析液，使色素溶于層析液中，導致色素不清晰。做這個(gè)實(shí)驗，主要是讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗操作，學(xué)會(huì )提取分離葉綠體中色素的方法和技能，在探索、思考和主動(dòng)實(shí)踐中，吸取知識、應用知識、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，從而培養學(xué)生的科學(xué)素養、創(chuàng )新精神和實(shí)踐能力。
一、實(shí)驗前的知識準備
1、證明葉綠體中存在色素。取一支干燥的白色粉筆，將其一端（約0.7cm）豎直浸入預做好的葉綠體色素提取液中，充分吸液后，使其稍微干燥，接著(zhù)將該端豎于95%的乙醇中，片刻后，粉筆會(huì )出現四條不同顏色的色帶。
2、實(shí)驗原理：由于光合作用色素位于葉綠體中的類(lèi)囊體膜上，要把它提取出來(lái)就必須破壞葉表皮、細胞壁和細胞膜、葉綠體的雙層膜，所以要剪碎葉片后加入二氧化硅進(jìn)行研磨，以便使色素被充分提取，又因為葉綠體中色素不溶于水，但可溶于有機溶劑，如酒精或丙酮，形成色素液，所以要加入丙酮使色素溶解來(lái)提取各種色素。另外要加碳酸鈣以保護葉綠體中的色素，原因是碳酸鈣可調節色素液中的酸堿度，防止葉綠素被破壞。分離葉綠體色素常用的紙層析法是一種分配層析，即利用混合物各組分在流動(dòng)相和固定相兩種不同溶液中的分配系數差異將它們分離。在紙層析中的流動(dòng)相是指層析液，在毛細拉力作用下，層析液可不斷地由下向上流動(dòng)。由于濾紙纖維素上的羥基親水性，因此水分子被吸附在纖維之間不易擴散而成為固定相。在層析過(guò)程中，當層析液在毛細拉力作用下，上升流經(jīng)色素濾液細線(xiàn)時(shí)，濾液細線(xiàn)的色素就相繼融入層析液，隨層析液上升并發(fā)生再分配，即有一部分色素從層析液分配溶解到固定相中直到平衡。由于分配系數不同，那些分配系數大的色素分子隨層析液向上移動(dòng)得快，形成的色素帶集中在液紙的上部；而分配系數小的色素分子隨層析液向上移動(dòng)得慢，形成的色素帶集中在濾紙的下部。
葉綠素a和葉綠素b的結構相似，但前者有一個(gè)烷基，而后者只有一個(gè)醛基，前者分子量較后者小，故葉綠素a比葉綠素b在濾紙上擴散的速度較快；β胡蘿卜素與葉黃素結構相似，但葉黃素比β胡蘿卜素多兩個(gè)醛基，且分子量比β胡蘿卜素大，故葉黃素在濾紙上移動(dòng)速度較β胡蘿卜素慢。所以色素帶從上到下依次為β胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。
二、實(shí)驗材料的選擇和處理
為蕕取高濃度濾液，要選擇新鮮的顏色較深的成熟葉片，葉片表面沒(méi)有或者少有蠟質(zhì)層，細胞含水量少且較軟，同時(shí)這種葉數量多容易購買(mǎi)得到，如菠菜葉、胡蘿卜葉。選擇的葉片要去柄晾干水分。
三、解決問(wèn)題的方法
1、制備層析液時(shí)，用20份石油醚、2份丙酮和1份甲苯混合而成，用甲苯代替課本介紹用的苯。經(jīng)多次實(shí)驗證明，在濾紙條上出現四條色帶的幾率大大提高，并且甲苯的毒性比苯小，減少了對學(xué)生和老師身體的危害。
2、制備濾紙條時(shí)，據小孔（邊緣）擴散原理，物質(zhì)分子沿邊緣擴散速度大于里邊擴散速度，因此要將濾紙一端剪去兩角，主要為了增長(cháng)邊緣長(cháng)度，這樣可使色素在濾紙條上擴散均勻，便于觀(guān)察實(shí)驗結果。并且，在實(shí)驗前要將制備好的濾紙條放進(jìn)干燥箱中充分干燥。
3、為充分研磨葉片，加入二氧化硅破壞細胞結構。由于二氧化硅是特別細的白色粉末，加上不好控制用量往往過(guò)量，使濾液含有較多的二氧化硅導致濾液顏色變淺，使實(shí)驗現象不明顯，改用干燥的白細河沙代替二氧化硅粉末，這樣研磨更充分，濾液中減少了雜質(zhì)含量，顏色變深綠，實(shí)驗效果明顯。
4、加入少許碳酸鈣與葉片一起混合研磨，用以中和有機酸，防止葉綠素受到破壞而保持色素結構。
5、研磨要迅速、充分。原因有三個(gè)：一是丙酮有毒且易揮發(fā)；二是為使葉綠體完全破裂，能提取較多色素；三是葉綠素極不穩定，容易水解。
6、在玻璃漏斗底部放一塊雙層的尼龍布，將研磨液迅速倒入其中過(guò)濾，將濾液收集到試管中后及時(shí)用膠塞塞緊，防止氧氣氧化分解色素。
7、為了得到清晰的四條色素帶，改進(jìn)課本中在濾紙條上畫(huà)濾液細線(xiàn)的方法，使濾液細線(xiàn)接近“細、直、齊”的要求，即用蓋玻片代替毛細吸管。操作方法：用拇指和食指夾住常規蓋玻片，然后用其一邊沾取少量色素提取濾液，對準濾紙條上原來(lái)用鉛筆畫(huà)出來(lái)的細線(xiàn)，垂直放下，接觸濾紙條后稍用力，便得到較理想的濾液細線(xiàn)，最后分離的色素帶也較明顯，能清晰地觀(guān)察到不同色素的分布、顏色和寬度。
8、在分離色素時(shí)，將3ml層析液倒入100ml燒杯中，將濾紙條上畫(huà)有濾液細線(xiàn)的一端朝下，略微斜靠著(zhù)燒杯的內壁，輕輕插入到層析液中，另一端輕折一下鉤住燒杯口邊緣，但不要讓濾紙條上的濾液細線(xiàn)接觸到層析液，這樣可防止色素溶于層析液中，導致色素帶不清晰，影響實(shí)驗效果。
在實(shí)驗教學(xué)中，讓學(xué)生了解實(shí)驗原理，在保證實(shí)驗安全的前提下，要求學(xué)生嚴格操作、細心觀(guān)察，一絲不茍地對待實(shí)驗操作的每一步驟，這是實(shí)驗成功的必需條件。實(shí)驗取得成功會(huì )激發(fā)學(xué)生對實(shí)驗教學(xué)產(chǎn)生濃厚興趣和熱情，同時(shí)也能培養學(xué)生科學(xué)嚴謹的學(xué)習態(tài)度，對培養和提高學(xué)生整體素質(zhì)具有重要的促進(jìn)作用。
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