“綠葉中色素的提取與分離”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)創(chuàng)新

余宏凱

【內(nèi)容摘要】對(duì)“綠葉中色素的提取與分離”的在實(shí)驗(yàn)類型、實(shí)驗(yàn)材料和試劑、實(shí)驗(yàn)操作步驟等方面進(jìn)行大幅度的改進(jìn)以降低實(shí)驗(yàn)操作難度，提高實(shí)驗(yàn)效果，有利于學(xué)生科學(xué)探究核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】色素提取與分離 探究性實(shí)驗(yàn) 改進(jìn)

“綠葉中色素的提取與分離”是普通高中生物學(xué)中教材多次改版但仍然一直保留的一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，也是普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)建議的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。雖然經(jīng)歷了多次教材改版，但該實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)類型、實(shí)驗(yàn)材料選擇，方法步驟上并沒(méi)有較大變化使得該實(shí)驗(yàn)不利于對(duì)學(xué)生科學(xué)探究核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，有必要對(duì)該實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn)。

一、實(shí)驗(yàn)材料的改進(jìn)

原實(shí)驗(yàn)中選擇單一的實(shí)驗(yàn)材料——菠菜。菠菜是一個(gè)季節(jié)性的蔬菜，取材受季節(jié)的限制，選用反季節(jié)的菠菜多來(lái)自溫室大棚培養(yǎng)含水量大，提取的濾液多呈黃綠色實(shí)驗(yàn)效果不佳①。因而改進(jìn)為選用羊蹄、車(chē)前草等多種植物以探究不同植物光合色素的共性和差異選出合適的實(shí)驗(yàn)材料。上述植物均為多年生草本，適應(yīng)性強(qiáng)，在我國(guó)從南到北的校園內(nèi)外，草地路旁河邊隨處可見(jiàn)；取材非常容易，全年均可采摘葉片且葉片都較為寬大色澤深綠。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看羊蹄和車(chē)前草無(wú)論是濾液的顏色還是色素條帶的分離效果都與菠菜比較接近，甚至更好?？梢宰鳛椴げ说牧己锰娲?。

二、實(shí)驗(yàn)試劑的改進(jìn)

人教版新版教材中將提取色素的有機(jī)溶劑由丙酮替換為無(wú)水乙醇。在使用無(wú)水乙醇提取色素的過(guò)程中因?yàn)樗c無(wú)水乙醇可以任意互溶造成新鮮葉片中的水分進(jìn)入乙醇導(dǎo)致乙醇濃度降低光合色素溶解度下降，得到的濾液顏色偏黃效果不佳。所以，在實(shí)驗(yàn)中增加了兩種有機(jī)溶劑乙酸乙酯和石油醚，探究不同試劑提取效果。結(jié)果反映出乙酸乙酯作為提取溶劑得到的色素分離條帶清晰，色澤鮮艷效果非常好。而以石油醚提取出的濾液分離出的色素條帶只觀察到胡蘿卜素一條，效果非常不理想，這可能與葉綠素在石油醚中溶解度較低有關(guān)。乙酸乙酯在揮發(fā)性，光合色素的溶解性都優(yōu)于無(wú)水乙醇而且還不容易造成濾液變黃，可以在今后的實(shí)驗(yàn)中替代無(wú)水乙醇。

三、實(shí)驗(yàn)操作的改進(jìn)

1.增加濃縮環(huán)節(jié)，提高色素濃度

提取色素過(guò)程中10ml有機(jī)溶劑造成濾液中色素濃度較低，增加了畫(huà)濾液細(xì)線的次數(shù)導(dǎo)致濾液細(xì)線很難出現(xiàn)細(xì)、直、齊，分離出的色素條帶顏色也較淺。針對(duì)這一問(wèn)題在實(shí)驗(yàn)中增加濃縮環(huán)節(jié)，而且對(duì)色素提取液的濃縮不是采用常規(guī)的蒸餾濃縮法而是利用不同的原理自制濃縮裝置（圖1）進(jìn)行。該裝置由氣泵、連接導(dǎo)管、氣針、高度可調(diào)節(jié)支架和試管架組成，利用氣泵產(chǎn)生的高速氣流吹入樣品表面使樣品中的溶劑快速揮發(fā)從而達(dá)到濃縮的目的。該裝置與蒸餾濃縮相比操作簡(jiǎn)單，只需將裝有提取液的試管置于試管架上插入氣針，調(diào)節(jié)好高度打開(kāi)氣泵即可進(jìn)行濃縮。該裝置可以對(duì)微量、多個(gè)樣品同時(shí)處理，大大提高了濃縮效率。以該裝置為原型設(shè)計(jì)的濃縮儀已經(jīng)申報(bào)國(guó)家實(shí)用新型專利，審批程序正在進(jìn)行中。

2.畫(huà)濾液細(xì)線用廢棄水筆芯替代毛細(xì)管

使用毛細(xì)吸管畫(huà)濾液細(xì)線時(shí)由于毛細(xì)吸管為玻璃細(xì)管不容易握持，與濾紙條接觸的力度和移動(dòng)速率不好控制。用力較輕濾液出不來(lái)，用力較重就會(huì)折斷毛細(xì)管；而移動(dòng)速率不均勻畫(huà)出的濾液細(xì)線就粗細(xì)不均勻，想要畫(huà)出符合要求的濾液細(xì)線非常困難。對(duì)于這一問(wèn)題很多老師都想了一些改進(jìn)辦法，比如蓋玻片沾蘸法②、摩擦葉片法③等，但是筆者在操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)效果都不是很理想。筆者從水筆芯出墨十分均勻得到靈感，將廢棄水筆芯筆頭內(nèi)的殘墨用注射器沖洗干凈、晾干，然后將制備好的濾液用注射器注入筆管中即可畫(huà)線。該方法在提高實(shí)驗(yàn)效果的同時(shí)，對(duì)廢棄水筆芯的回收利用也在潛移默化中培養(yǎng)了學(xué)生的生態(tài)意識(shí)，增強(qiáng)了社會(huì)責(zé)任感。

3.自制層析裝置

實(shí)驗(yàn)中常規(guī)的層析裝置是用小燒杯加培養(yǎng)皿蓋或者是塞棉塞的小試管。上述裝置在層析過(guò)程中都很容易出現(xiàn)濾紙條吸收層析液軟化帖壁或是滑入層析液中的現(xiàn)象影響色素分離效果。所以，將層析裝置改進(jìn)為帶橡皮塞的廣口瓶并在其橡皮塞下側(cè)插入回形針（圖2），使用時(shí)只需加入少量層析液，在橡皮塞的回形針上插好濾紙條在塞上橡皮塞進(jìn)行層析即可。該裝置利用實(shí)驗(yàn)室原有器材，制作容易，使用方便。利用回形針將濾紙條垂直固定住避免了濾紙條帖壁、滑落等問(wèn)題。而且該裝置氣密性較好，也減少了有機(jī)溶劑揮發(fā)對(duì)環(huán)境的污染。

【注釋】

① 周臻華. 關(guān)于“綠葉中的色素提取和分離”的思考與改進(jìn)[J]. 生物學(xué)教學(xué)，2016（6）：43-44.

② 陳淑麗. “綠葉中色素的提取和分離”探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J]. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2017（2）：36-38.

③ 李富霞、王富余. “綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)步驟的改進(jìn)[J]. 生物學(xué)通報(bào)2010（1）：49-50.

（作者單位：安徽省肥東第一中學(xué)安徽合肥市）