叶绿体中色素的提取和分离实验的改进

叶绿体中色素的提取和分离实验的改进

在高中生物实验中，“叶绿体中的色素提取和分离”相对复杂而重要。这是学习植物生殖生物化学所必需的实验。但从以前的人教版教材到目前比较流行的北师大版新教材,实验方法几乎没有变化。按照教材所提供的方法进行实验教学时,操作技术要求较高,实验方法较陈旧,程序繁琐,实验耗时长,材料用量多,学生操作起来有一定的难度;另外,在实验中还用了丙酮等一些易挥发的有机试剂,会影响学生健康叶绿体色素是植物吸收太阳光能进行光合作用的重要物质,主要由叶绿素a和叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素组成,叶绿体的各种色素都是脂类化合物,不溶于水,仅溶于非极性的有机溶剂中,故常用丙酮或95%乙醇提取,提取液可用色层分析原理加以分离,从外到内分离依次是胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)。材料和方法1.1材料表面菠菜(1.2方法1.2.1材料的变化1999年版的《生物》实验选菠菜叶为材料1.2.2萃取溶液的改变高中生物教材选用丙酮为提取液1.2.3改变研磨方法人教版高中生物(必修)教材第一册采取的方法是:称取2g鲜绿叶片剪碎,再加入2mL丙酮和少许石英砂进行研磨1.2.4过滤方法的变化高中《生物》教材用脱脂棉过滤1.2.5画带植物激发识别法高中《生物》(第一册)采取的分离方法是:在滤纸条的尖端约1cm处画出1条铅笔横线,作为涂放色素提取液的位点,用毛细管吸取色素提取液,沿着横线处小心均匀地画出1条滤液细线,或者在横线中央涂1个色点1.2.6比较试验的建立以菠菜叶和女贞叶为材料,从研磨、过滤及点样等方面,比较原教材与优化后做法的不同。结果与分析2.1女贞叶的分离效果好,容易造成材料分离。根据克氏原螯虾5.菠菜属春季蔬菜,选材受季节限制。白菜多为大棚蔬菜,色素含量少。胡萝卜叶春季取材为宜,冬季取材不便。法国梧桐叶受季节限制(冬季落叶),未普遍种植,取材不便。女贞叶不受季节及环境限制,广泛种植,取材方便且经济实惠。从分离效果看,白菜能得到4条色素带,但第2条色带欠清晰。其余4种材料均能看到4条清晰、明显的色素带。由于学生实验耗材多,若取菠菜叶、白菜叶、胡萝卜叶或法国梧桐叶,不但受其他因素的影响,而且会增加实验成本。而女贞叶取材方便,经济实惠,且不影响实验效果,因此,取材为女贞叶最佳。2.2深碧绿色提取液的制备用女贞叶,分别加丙酮、丙酮+石油醚和95%乙醇研磨,均能得到深碧绿色的色素提取液,实验效果相同:滤纸上均呈现层次分明、颜色各异的4条色素带;但丙酮挥发性较强且有毒性,影响学生的身体健康,故选95%乙醇为宜。2.3提取量少,丙酮少,量挥发油少,学生健康用2g绿叶加2mL丙酮及少许石英砂研磨,由于丙酮大量挥发,导致提取量少,而且丙酮有毒,不利学生健康。而先用2g绿叶加少许石英砂磨碎后,再加2mL95%乙醇,迅速研磨几下即可,提取液量多,且不影响实验效果。2.4滤液、提取液、提取液现用现现象用脱脂纱布过滤,纱布网眼大,弃渣易漏入滤液,堵塞毛细吸管,影响画线,但过滤快,提取液为深绿浑浊液。用脱脂棉过滤,大量色素被吸附,提取液为淡绿色。不过滤,节省时间,且省去50%的材料和试剂,尼龙布上渗出大量碧绿色提取液,因此,不过滤可使实验更方便,且实验效果好。2.5学生实验结果不够明显,个别学生起着心理压力不佳。请看实验现象,观察组用毛细吸管画滤液细线,毛细管太细,易折断,学生画线很难均匀且直,实验现象不够明显,4条色素分离不清晰。用吸管点液,方便且简单,但学生不易掌握,点1滴效果不明显,点2滴色素带就混乱,效果不佳。用盖玻片印,方便且省去了过滤的麻烦,滤液线又直又均匀,效果好。2.6原实验与优化实验的比较优化后具体方法、原教材做法以及2种方法的对比分析见表1,实验结果示意图如图1。提取液的色素分离实验优化后的优点包括:学生没有中毒的心理压力,都能积极动手进行操作;操作简单,无需过滤和制备毛细吸管及滤纸条等复杂技术,降低了实验难度,节省了实验时间;减少了实验仪器和药品损耗。优化前的实验中,为了使色素扩散得均匀,要将滤纸条的两角剪去,但剪去之后,还是会出现色素扩散不均匀的现象,优化后的实验用圆形定性滤纸,就不用担心上述问题的出现;提取液中色素浓度大,色素带或色素环的色差明显;整个实验取材方便,不受季节和环境的限制。不同材料采用相同处理方法色素分离效果不同。5种植物材料中,菠菜叶和白菜叶的色素提取和分离效果一般,而胡萝卜叶、法国梧桐叶和女贞叶的提取和分离效果较好。蔬菜叶中的色素是否受到化肥、农药等其他因素的干扰,有待进一步研究。同一材料采用不同的处理方法效果也不同,如以女贞叶为材料:(1)叶片剪碎,加入2mL丙酮及少许石英砂研磨,用脱脂棉过滤后,分离效果不明显,