張淼

摘 要：高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是中學(xué)生物教學(xué)的重要組成部分，目的是提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)， 隨著高中課程改革的推進(jìn)和我校小班化的實(shí)施，生物實(shí)驗(yàn)所占的比例越來(lái)越重，但是由于課時(shí)的限制、生物實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜、耗時(shí)、成功率低等原因，將高中生物實(shí)驗(yàn)引進(jìn)小班化常規(guī)課堂中仍存在不少難題。因此要從實(shí)驗(yàn)材料、方法、設(shè)備上進(jìn)行創(chuàng)新，節(jié)省課堂時(shí)間，化繁為簡(jiǎn)顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：液氮；凍干粉技術(shù)；小班化；生物實(shí)驗(yàn)

1液氮凍干粉技術(shù)在生物實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用重要性

高中生物課本必修一中的綠葉中色素的提取和分離，是一個(gè)必修課程中的分組實(shí)驗(yàn)，以往這個(gè)實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)操作方法需要老師帶領(lǐng)學(xué)生在學(xué)習(xí)完新課后用一個(gè)課時(shí)的時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室來(lái)操作，并且成功率還不是特別高，而進(jìn)行改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)大大簡(jiǎn)化了藥品儀器的使用，僅僅需要學(xué)生操作10分鐘左右，成功率非常高，可以伴隨教師授課一同進(jìn)行，成功的引入到小班化常規(guī)教學(xué)中，同時(shí)節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本、減輕實(shí)驗(yàn)老師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的勞動(dòng)量。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)主要需要一種藥品液氮，液氮是一種極低溫液體，是惰性的，無(wú)毒，無(wú)色，無(wú)嗅，無(wú)腐蝕性，不可燃，在常壓下，液氮溫度為-196℃。我們利用液氮的極低溫瞬間就可以均勻的將菠菜綠葉的細(xì)胞冷凍粉碎成干燥細(xì)末形成凍干粉（圖1），而且低溫可破壞細(xì)胞壁和內(nèi)膜系統(tǒng)使存在與菠菜葉綠體中的色素有效釋放，并且低溫可以保存葉綠體中各種色素不被破壞。

2 試驗(yàn)分析

下面是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的對(duì)比：傳統(tǒng)的綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)是由兩個(gè)基本步驟組成：一，研磨綠葉用無(wú)水乙醇提取綠葉中的色素；二，用層析液將綠葉中的色素層析。此實(shí)驗(yàn)的弊端存在于第一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟中，學(xué)生用研缽加入二氧化硅和碳酸鈣作為研磨顆粒增加研磨力來(lái)研碎菠菜葉，此過(guò)程由學(xué)生操作大概需要20分鐘甚至更多時(shí)間。由于在研磨過(guò)程中同時(shí)加入無(wú)水乙醇萃取色素，造成無(wú)水乙醇在研磨過(guò)程中揮發(fā)，氣味難聞?dòng)泻熒】?，有安全隱患，同時(shí)又造成試劑的浪費(fèi)。在準(zhǔn)備一個(gè)級(jí)部做實(shí)驗(yàn)時(shí)，最后幾個(gè)班級(jí)同學(xué)所剩的菠菜葉片往往不夠新鮮或者葉片失水，提取出的溶液色素含量少，直接影響下一步層析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。個(gè)別學(xué)生層析后葉黃素的細(xì)線基本看不出來(lái)，原因就是提取液中的色素含量太少不達(dá)標(biāo)，而造成實(shí)驗(yàn)失敗。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)還有一個(gè)問(wèn)題就是污染環(huán)境，除了研磨過(guò)程中整間教室都是刺鼻的味道，個(gè)別學(xué)生研磨完畢還存在亂倒有機(jī)溶劑進(jìn)下水道的陋習(xí)，污染寶貴的水源，有機(jī)溶劑揮發(fā)可燃，在下水道中遇到沼氣很可能發(fā)生爆炸事件。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)由實(shí)驗(yàn)教師來(lái)進(jìn)行第一步操作，直接將符合標(biāo)準(zhǔn)的凍干粉色素提取液提供給學(xué)生，而學(xué)生僅需要操作的實(shí)驗(yàn)第二步，用毛細(xì)吸管蘸取提取液涂于濾紙上，干燥后，放入層析液中進(jìn)行層析觀察。此實(shí)驗(yàn)的教學(xué)大綱要求學(xué)生需要通過(guò)觀察層析現(xiàn)象理解色素能夠溶于有機(jī)溶劑中，并且在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上的擴(kuò)散速度快；反之，則慢。這樣，僅僅需要幾分鐘之后，綠葉中的色素就會(huì)隨著層析液在濾紙上的擴(kuò)散而分離開形成四條顏色不同的條帶（圖3）。因此改進(jìn)后的學(xué)生實(shí)驗(yàn)雖然沒(méi)有第一步操作，但不影響大綱要求，不但完全可以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的目的，而且可以培養(yǎng)學(xué)生節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境的好習(xí)慣。

具體實(shí)驗(yàn)操作步驟是這樣改進(jìn)的：

（1）實(shí)驗(yàn)老師根據(jù)各班同學(xué)數(shù)目和分組情況（假設(shè)10組），每組3克綠葉共稱取30克綠葉，放入研缽中。

（2）在研缽中倒入適量液氮，以沒(méi)過(guò)菠菜葉為度，等待菠菜葉被冷凍粉碎，待液氮被揮發(fā)后，用研缽錘輕輕研磨，即可得到極細(xì)的綠葉凍干粉，收集放入密封容器中，冰箱零下20攝氏度儲(chǔ)存，可隨用隨取。

（3）實(shí)驗(yàn)前稱取凍干粉以1g/2ml比例兌上無(wú)水乙醇溶解提取色素，300目過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾后分裝形成色素提取液（圖4），供學(xué)生實(shí)驗(yàn)使用.

（4）在分裝時(shí)每一小組分裝5ml色素提取液，供層析的使用。

[注]：1.綠葉凍干粉乙醇溶解液還可以用于光合色素光譜實(shí)驗(yàn)。

2. 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作方法：（1）每一小組稱取5克綠葉，剪碎，放入研缽。（2）向研缽中放入少許二氧化硅和碳酸鈣，再加入10 mL無(wú)水乙醇，進(jìn)行迅速、充分的研磨。（二氧化硅有助于研磨的充分，碳酸鈣可防止研磨中色素被破壞。）（3）將研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一塊單層尼龍布）中進(jìn)行過(guò)濾。將濾液收集到試管中，及時(shí)用棉塞將試管口塞嚴(yán)。

3試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的好處，除了節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間，可以將此實(shí)驗(yàn)成功引入小班化常規(guī)教學(xué)，還能夠大大降低了成本，不需要提供碳酸鈣，二氧化硅，研缽等藥品和儀器，實(shí)驗(yàn)材料菠菜葉也可以節(jié)省50%以上。并大大減少實(shí)驗(yàn)教師勞動(dòng)量，實(shí)驗(yàn)教師僅需要購(gòu)買500克新鮮的菠菜就足夠全級(jí)部大約500名的學(xué)生同時(shí)使用，因?yàn)橐旱擞欣鋬龇鬯榈墓δ苓€有冷凍保存的功能，當(dāng)制成的綠葉凍干粉后被立即放入冰箱冷凍室中，就可以保存葉綠素活性半年以上，同時(shí)可滿足開放實(shí)驗(yàn)室使用，學(xué)生可以隨到隨取進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。液氮制凍干粉對(duì)環(huán)境無(wú)污染，比較過(guò)去傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)整間實(shí)驗(yàn)室都是揮發(fā)的有機(jī)溶劑的味道，現(xiàn)在基本上不存在污染環(huán)境的問(wèn)題。但是需要注意的是液氮是極低溫的液體，實(shí)驗(yàn)教師操作時(shí)一定要帶厚棉手套進(jìn)行操作，防止凍傷，此外操作間要通風(fēng)，避免液氮揮發(fā)時(shí)引起室內(nèi)缺氧而發(fā)生危險(xiǎn)。當(dāng)然根據(jù)學(xué)校情況不同，在一些實(shí)驗(yàn)條件較好的學(xué)校，此過(guò)程也可以要求訓(xùn)練有素的學(xué)生興趣小組進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)小班化的梯度教學(xué)，制作錄像供上課演示，效果也非常不錯(cuò)。

4結(jié)論

液氮制作凍干粉技術(shù)，因其操作簡(jiǎn)單，效果好，降低成本，保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在我校除了應(yīng)用于色素提取實(shí)驗(yàn)中，還可以應(yīng)用到顏色反應(yīng)和酶活性的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中去，效果都非常好。此技術(shù)推進(jìn)了我校將高中分組實(shí)驗(yàn)融入小班化常規(guī)課堂中，實(shí)現(xiàn)授課時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，真正體現(xiàn)生物科學(xué)從實(shí)踐出真知的教學(xué)認(rèn)知規(guī)律，與國(guó)際生物教學(xué)接軌，大幅度提高高中學(xué)生生物試驗(yàn)操作素養(yǎng)，可以被廣泛推薦到高中實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行使用。

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