控制水分改進(jìn)色素層析效果

牛波

摘 要：光合作用是高中生物教學(xué)的重要內(nèi)容，并在生物教學(xué)中設(shè)置了光合作用色素提取和分離的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)參考國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)并經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)色素提取方法，側(cè)重控制實(shí)驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)中水分含量，可以提高色素層析效果，清晰分辨4條色素帶。

關(guān)鍵詞：光合作用色素；微量研磨過(guò)濾器；八角金盤葉；電烘箱

中圖分類號(hào)：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9132（2017）34-0174-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.34.106

一、介紹

光合作用是高中生物教學(xué)的重要內(nèi)容，在國(guó)內(nèi)外高中生物教科書中，都有關(guān)于光合作用色素提取和分離的實(shí)驗(yàn)。Storey（1980）建議用酒精提取色素，對(duì)學(xué)生更安全。Foote（1984）介紹用專門制作的薄板分離色素，使用丙酮作為溶劑提取色素，使用新鮮葉片作為實(shí)驗(yàn)材料，但是實(shí)驗(yàn)效果并不理想。為什么用酒精和丙酮提取的色素，進(jìn)行色素分離時(shí)效果不夠理想？主要原因是酒精和丙酮是親水性的有機(jī)溶劑，將其用于提取色素時(shí)極易從新鮮葉片中將水分帶進(jìn)提取液中。提取液中含有水分，則會(huì)阻礙色素層析的清晰度。所以國(guó)內(nèi)教科書主張使用新鮮菠菜葉片作為實(shí)驗(yàn)材料，用無(wú)水酒精作為提取液，提取的色素中含水會(huì)很多，層析效果不夠理想，很難看到四條色素帶。因而需要用干燥器或吹風(fēng)機(jī)吹干葉片中的水分。Katayama（1994）提出：（1）用二氧化硅粉末吸走材料中的水分（國(guó)內(nèi)教科書認(rèn)為加二氧化硅為了研磨充分）；（2）用疏水性溶劑代替親水性溶劑如甲醇或無(wú)水乙醇提取和分離色素。通過(guò)參考國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)并經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，將綠葉中色素的提取和分離步驟做以下幾個(gè)方面的改進(jìn)：實(shí)驗(yàn)材料改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)試劑（包括提取液和層析液）的改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

（一）改進(jìn)提取色素的材料

選用含色素豐富且含水較少的葉片，如校園綠化常用植物八角金盤（Fatsia japonica）葉、洋槐葉等。材料在實(shí)驗(yàn)前最好用電烘箱烘干處理。可將溫度設(shè)置為80℃，時(shí)間為30分鐘。沒(méi)有電烘箱的學(xué)校，實(shí)驗(yàn)前將葉片放在在陽(yáng)光下曬一曬，或用電吹風(fēng)吹一吹，減少葉片中的水分。

（二）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)試劑

改變使用無(wú)水乙醇或丙酮提取液，而采用疏水性的提取液和層析液。提取液的配方是石油醚（沸點(diǎn)是30℃～60℃）和丙酮的體積比是7：3。層析液的配方是石油醚和丙酮的體積比是9：1。

（三）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器

改變提取儀器，使用微量研磨器過(guò)濾器代替研缽研磨、漏斗過(guò)濾的方法提取色素。使用專用的可以封閉的層析缸代替在小燒杯中蓋上培養(yǎng)皿的方法層析。

（四）改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的關(guān)鍵是控制各個(gè)步驟中的水分含量，盡量減少提取材料中的水分，濾紙條中的水分，減少使用親水試劑。具體步驟如下：

1.取材。剪取經(jīng)過(guò)干燥處理后的八角金盤葉1克，大約一枚一元硬幣大小葉片，放入微量研磨過(guò)濾器。

2.加二氧化硅。在微量研磨過(guò)濾器中加入少許經(jīng)干燥處理的二氧化硅粉末（五分之一塑料藥匙），目的是進(jìn)一步吸取葉片中的水分，并使葉片研磨充分。

3.加提取液。在微量研磨過(guò)濾器中加入4毫升提取液，分兩次加入，研磨前加入2毫升，研磨接近結(jié)束時(shí)再加2毫升。

4.研磨。用力研磨3分鐘，或計(jì)數(shù)研磨150次左右。

5.吸取提取液。打開研芯的塑料蓋，用毛細(xì)玻璃管從研磨器的研芯中央吸取研磨過(guò)濾好的色素。

6.畫濾液細(xì)線。在充分干燥處理的長(zhǎng)10厘米，寬1厘米的濾紙條一端，離末端1厘米處畫濾液細(xì)線，干燥后重復(fù)1次。

7.層析。將畫好濾液細(xì)線的濾紙條垂直放入加好1毫升層析液的層析缸中蓋好蓋子開始層析，濾液細(xì)線離層析液面約5毫米。

8.觀察結(jié)果。大約5分鐘即可完成層析過(guò)程，透過(guò)玻璃缸可當(dāng)看到跑得最快的黃色葉黃素線時(shí)，層析完成。

三、討論

Neil Reese（1997）介紹分離光合色素的方法，該方法雖然可以清楚分離色素，但實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求較高，不適合中學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。使用乙醚提取色素雖然效果很好，但乙醚毒性很大。而石油醚和丙酮按一定比例混合比單獨(dú)使用乙醚毒性小，且揮發(fā)量小，更適宜在中學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。在色素的提取和分離環(huán)節(jié)設(shè)法控制水分，包括選葉片、選提取液、選層析液，干燥葉片、濾紙、二氧化硅。盡可能減少水分，這是實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的關(guān)鍵。除此之外，如果使用石油醚和丙酮提取色素，結(jié)合使用微量研磨過(guò)濾器，有機(jī)溶劑的數(shù)量需要的就很少，大大降低實(shí)驗(yàn)成本，經(jīng)過(guò)我連續(xù)多年實(shí)驗(yàn)，可很短時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)，清楚分出4條色素帶，大大提高了實(shí)驗(yàn)的成功率。使用研磨過(guò)濾器所需的實(shí)驗(yàn)材料大大減少，且試劑揮發(fā)的機(jī)會(huì)減少。使用專用層析缸層析，更減少了層析液的揮發(fā)，降低了材料、試劑的使用量，降低有害物質(zhì)的被學(xué)生吸入體內(nèi)。因而改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方法是更加健康、便捷的色素提取及分離方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] Storey R. The Advantages of Chlorophyll Extraction with Alcohol[J]. American Biology Teacher， 1980， 42（3）：180-181.

[2] Foote J. Thin Layer Chromatography （TLC） of Chlorophyll Pigments[J]. American Biology Teacher， 1984， 46（4）：226-229.

[3] Katayama N， Hirata T，Kurashima H， Dasai A and Yokohama Y. A Simple Procedures for Qualitative Analysis of Photosynthetic Pigments from Algal Materials[J]. Japanese Journal of Phycology， 1994（42）：71-77.

[4] Reese R N. Separation of Chloroplast Pigments Using Reverse Phase Chromatography[J]. American Biology Teacher， 1997， 59（2）：114-117.

[ 責(zé)任編輯 杜建立]