張風(fēng)俠

摘 要：光合色素的提取和分離是普通高中生物學(xué)的一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生掌握光合色素的種類及作用。簡述了該實(shí)驗(yàn)的原理，針對實(shí)驗(yàn)過程耗時(shí)較長、濾液色淡、分離效果不佳等常見問題進(jìn)行分析并提出解決辦法。特別改進(jìn)了色素的提取過程，提高了實(shí)驗(yàn)的成功率，增加了色素萃取及乙酸乙酯溶解胡蘿卜素步驟，體現(xiàn)了必修1與選修1模塊間的橫向聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：提取；光合色素；分離；乙酸乙酯

綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)是高中生物（人教版必修1）第5章第4節(jié)光合作用中的一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。光合作用是生物最基本的新陳代謝之一，是高中生物學(xué)的重難點(diǎn)。完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生了解光合色素的種類及作用。同時(shí)，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、操作能力和探究能力。

一、實(shí)驗(yàn)原理

1.光合色素的提取原理——相似相溶原理

綠葉中的色素有葉綠素和類胡蘿卜素2類。葉綠素主要有葉綠素a（C55H72O5N4Mg）和葉綠素b（C55H70O6N4Mg），葉綠素為吡咯衍生物與金屬鎂的配合物，具有親脂性，不溶于水，能溶于乙醇、丙酮和石油醚等有機(jī)溶劑。類胡蘿卜素包括胡蘿卜素（C40H56）和葉黃素（C40H56O2），胡蘿卜素是一種橘黃色物質(zhì)，有α、β、γ3種同分異構(gòu)體，其中以β-胡蘿卜素在植物體中含量最多。β-胡蘿卜素在動物體內(nèi)被水解成兩分子維生素A，這正是動物營養(yǎng)中維生素A的主要來源。胡蘿卜素不溶于水，在乙醇、丙酮中溶解度不如在乙酸乙酯中溶解度大。葉黃素為一種黃色色素，與葉綠素同存在于植物體中，是胡蘿卜素的羥基衍生物，較易溶于乙醇，在乙醚中溶解度較小。

上述提取原理表明，葉綠素在水溶性有機(jī)溶劑中溶解度大，提取效果好。常用的提取試劑有無水乙醇和丙酮，均易揮發(fā)，其中乙醇對人體傷害較小，丙酮毒性較大。兩者對胡蘿卜素的溶解均不夠理想。

2.光合色素的分離原理——利用色素在層析液中的溶解度不同進(jìn)行層析分離

本實(shí)驗(yàn)采用紙層析法對光合色素進(jìn)行分離。其固定相是指濾紙纖維上吸附的水分。流動相為水不溶性的有機(jī)溶劑，比如層析液，它能在濾紙纖維的毛細(xì)拉力作用下沿濾紙不斷由下向上流動。在層析過程中，層析液經(jīng)濾液細(xì)線時(shí)，濾液細(xì)線上的色素就相繼溶入層析液并隨其上升，發(fā)生分離。溶解度大的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，形成的色素帶分布在濾紙的上部，反之則慢，色素帶分布在濾紙的下部。這樣，幾分鐘之后，就會在濾紙上留下4條色素帶。

二、實(shí)驗(yàn)中的常見問題及改進(jìn)措施

1.實(shí)驗(yàn)時(shí)間長難進(jìn)課堂

高中生物學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，需要在1課時(shí)（40min）內(nèi)完成，本實(shí)驗(yàn)由于需制備濾紙條、劃濾液細(xì)線時(shí)需干燥后重復(fù)畫線，占用大量的時(shí)間，學(xué)生若操作失誤，重新實(shí)驗(yàn)可能沒有時(shí)間，這樣學(xué)生就會因?yàn)閷?shí)驗(yàn)失敗導(dǎo)致情緒低落，甚至對實(shí)驗(yàn)課喪失興趣。針對此問題，可以統(tǒng)籌時(shí)間，過濾制備提取液的同時(shí)制備濾紙條。可用細(xì)的縫衣線代替毛細(xì)吸管，蘸取濾液后印出濾液細(xì)線。此外，學(xué)生做此實(shí)驗(yàn)時(shí)，正值冬季，溫度較低，濾液細(xì)線不易干，可備些吹風(fēng)機(jī)，節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

2.提取液呈黃綠色，顏色淺淡

實(shí)驗(yàn)材料含水量過大、溶劑蒸發(fā)過多、未加CaCO3或研磨不充分都會導(dǎo)致濾液呈較淡的黃綠色。解決方法是將實(shí)驗(yàn)材料放在通風(fēng)避光處放置1-2d，散失掉一些水分，提取色素時(shí)可加少許無水Na2SO4或NaCl。研磨時(shí)，按教材要求先將綠葉剪碎并加SiO2、CaCO3（加入量要少，否則濾液雜質(zhì)多、混濁、顏色淺，實(shí)驗(yàn)效果差）進(jìn)行初步研磨，使葉片全部接近乳糜狀的細(xì)小碎片時(shí)，再加提取劑進(jìn)一步研磨，這樣可防止因提取劑蒸發(fā)而造成濾液含水量過大和乳化不良的現(xiàn)象。同時(shí)研磨要迅速充分，葉綠素不穩(wěn)定，易被破壞，時(shí)間過長會導(dǎo)致色素含量太少。還需注意不能將綠葉研磨過細(xì)，這樣會使濾液黏稠度增大，不利于過濾。

3.紙層析分離效果不佳

采用紙層析法分離光合色素時(shí)，影響因素眾多，分離效果不光取決于分離時(shí)的操作，很大程度上取決于提取過程，應(yīng)注意：

（1）過濾用的尼龍布或脫脂棉一定要用提取液浸透，否則在過濾過程中會發(fā)生大量色素被吸附的現(xiàn)象。

（2）增加萃取步驟。將學(xué)生收集在試管中的濾液，加入少許層析液進(jìn)行萃取，震蕩后靜止，光合色素大部分被溶解到上層的層析液中，用棉塞將試管口塞嚴(yán)，可減少溶劑揮發(fā)。由于光合色素被濃縮，可見明顯的色素?zé)晒猬F(xiàn)象。激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的興趣。用縫衣線蘸取試管上層經(jīng)濃縮的色素溶液，印出濾液細(xì)線，層析后各色素帶清晰可見，分離效果非常好。經(jīng)多次試驗(yàn)，無論色素濾液是否理想，經(jīng)萃取后，層析結(jié)果都會有所改善。目前，高考試題已從模塊內(nèi)綜合轉(zhuǎn)向模塊間綜合，特別是選修題的考查，本試驗(yàn)增加萃取步驟實(shí)現(xiàn)了跨模塊知識的整合，使學(xué)生對必修1“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)與選修1“胡蘿卜素的提取與鑒定”進(jìn)行聯(lián)系，體現(xiàn)了綜合能力的培養(yǎng)，較好地實(shí)踐了新課改的理念。

參考文獻(xiàn)：

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