培育玉米黃化苗進行“色素的提取與分離”實驗

郭愛平 （對外經(jīng)貿(mào)大學附中 北京 100102）

光是綠色植物進行光合作用的必要條件，也會影響光合色素的合成，多數(shù)植物在黑暗中生長時葉片會呈現(xiàn)黃色，即產(chǎn)生黃化現(xiàn)象。缺乏光照引起的葉片黃化現(xiàn)象與哪些色素的含量變化有關(guān)？色素的缺失是否會影響植物對光能的捕捉？與正常生長的植物相比，黃化苗的光合作用強度是否會明顯下降？由黃化苗引出的這些問題，可幫助教師開展“葉片中色素的提取與分離”實驗，引導學生在真實的問題情境中掌握實驗的原理與方法，同時實驗結(jié)果也會成為學生構(gòu)建新概念的事實依據(jù)。本文介紹培育玉米黃化苗的過程，及其光合特性的測定方法和結(jié)果，可作為高中生物學課堂教學的素材與依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料培養(yǎng) 取玉米種子于室溫下加水培養(yǎng)，每日觀察萌發(fā)情況，并適時添水、換水。待幼苗的真葉沖破胚芽鞘后，挑選長勢基本相同的玉米幼苗移栽至空白瓊脂培養(yǎng)基中。培養(yǎng)基的作用是為幼苗的生長提供固著的基質(zhì)，培養(yǎng)基表面覆蓋棉花并加適量清水。

將2 個燒杯共16 株幼苗置于暗箱中培養(yǎng)，另取2 個燒杯16 株幼苗置于自然光下室溫培養(yǎng)。培養(yǎng)1 周后獲得玉米黃化苗及對照組正常幼苗。

1.2 光合色素含量測定

1.2.1 光合色素的提取

1）用電子天平稱取玉米黃化苗和對照組正常苗葉片各2.5 g。2）取研缽2 個，加入0.25 g 碳酸鈣和0.5 g 二氧化硅；再注入無水乙醇5 mL。3）將2組幼苗葉片剪碎后分別置于研缽中研磨。利用研缽中較高濃度的色素提取液在濾紙條上畫濾液細線后，再注入無水乙醇5 mL，繼續(xù)研磨。4）用紗布分別對上述提取液進行過濾以備離心。

1.2.2 紙層析法分離色素

1）制備濾紙條，并剪去兩角。2）利用載玻片邊緣（斜向）蘸取色素提取液，反復多次在濾紙條距剪角端約1 cm 處畫濾液細線。3）取等量層析液（95%乙醇∶苯=9∶1）分別置于燒杯中，并將濾紙條剪角端接觸層析液。

1.2.3 利用分光光度計檢測各種色素含量

1）取黃化苗和對照組苗的色素提取液置于2 mL 離心管中，以16 000 r／min 的轉(zhuǎn)速離心5 min。2）利用無水乙醇將離心后的色素提取液稀釋25 倍后再進行離心。3）用無水乙醇校正分光光度計，測定663 nm、646 nm 和470 nm 處的光吸收值［1］，并據(jù)此計算葉綠素a、葉綠素b 和類胡蘿卜素的含量。

1.3 淀粉的測定

1.3.1 幼苗照光 將對照組苗暗處理一晝夜后（消耗掉原有淀粉），再將黃化苗與對照組苗一起接受自然光照射5 h。

1.3.2 葉片脫色 取等量50%乙醇注入2只燒杯中，剪取玉米黃化苗和對照組苗各6 片葉，分別浸沒于酒精中，并用電磁爐隔水加熱。

1.3.3 碘液檢測 將脫色后的葉片展平，滴加碘液覆蓋葉片。一段時間后，用清水反復漂洗，將多余碘液去除。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米黃化苗和正常苗光合色素含量比較

2.1.1 紙層析法分離色素的實驗結(jié)果 實驗共進行2 次，每次黃化苗和對照組各取2 張濾紙點樣（圖1，本文附圖見封四）。

2.1.2 分光光度計的測量結(jié)果 表1中數(shù)據(jù)為2組色素提取液中葉綠素a、葉綠素b 和類胡蘿卜素的含量。

表1 黃化苗和正常苗葉綠體色素含量比較（單位：mg／g）

上述結(jié)果分別從定性和定量2 個方面說明，缺乏光照導致黃化苗葉綠素a 和葉綠素b 難以合成，類胡蘿卜素合成減少。葉片中葉綠素和類胡蘿卜素比例的改變也是引發(fā)玉米苗黃化的原因。

2.2 玉米黃化苗和正常苗照光5 h 后淀粉的檢測圖2為脫色后的玉米葉片，圖3是加碘液處理并漂洗4 次后的結(jié)果。由于葉片經(jīng)酒精處理后質(zhì)地變軟，因此葉片邊緣略卷曲，會影響顏色的呈現(xiàn)。

圖3結(jié)果顯示，正常苗葉片經(jīng)碘液染色后，顏色明顯深于黃化苗。結(jié)果說明，與黃化苗相比，正常苗進行光合作用能產(chǎn)生較多淀粉。

3 小結(jié)與討論

新課程標準中要求學生能“說明植物細胞的葉綠體從太陽中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉(zhuǎn)換并儲存為糖分子中的化學能”［2］，達成此要求的過程就是構(gòu)建“光合作用”這一新概念的過程。新概念的形成需要引導學生尋找事實作為證據(jù)，其中“葉片中的光合色素能捕捉光能”這一事實即可通過“色素的提取與分離”實驗逐步揭示。

以往教學中，“葉片中色素的提取與分離”常常為完成教學而實驗，脫離構(gòu)建新概念這一最終目標。教師可嘗試按照本文介紹的方法培育玉米黃化苗，通過引導學生比較黃化苗和對照組正常苗的色素種類與含量，讓學生在真實的問題情境中掌握實驗的原理和方法。同時，利用分光光度計對色素進行定量的分析，結(jié)合儀器的作用原理幫助學生認識到“色素能夠捕捉光能，不同色素吸收光的范圍不同”這一事實。此外，對淀粉含量的測定不但回顧了薩克斯的經(jīng)典實驗，還讓學生直觀感受到色素缺失會導致葉片光合作用能力的下降。

總之，培育黃化苗進行課堂教學實現(xiàn)了一舉多得，為“光合作用”這一新概念的生成提供了充分的事實和實驗依據(jù)。