林建春

(浙江省溫州市洞頭區(qū)第一中學(xué) 325700)

生物學(xué)實驗是高中生物學(xué)課程學(xué)習(xí)的重要組成部分，在培養(yǎng)學(xué)生探究能力及形成生物科學(xué)素養(yǎng)等方面發(fā)揮著重要的作用。其中，生物定量分析實驗有利于學(xué)生體驗科學(xué)研究過程，促進學(xué)生理性思維形成。然而，由于生物定量分析實驗具有操作要求嚴(yán)格、耗時多以及對儀器設(shè)備要求高等局限性，因而難以在高中生物學(xué)實驗課堂中有效開展。因此，急需一種操作簡單、快速有效的定量分析方法應(yīng)用于高中生物學(xué)實驗教學(xué)中。

分光光度法，又稱比色法，是一種常見的定量分析方法，具有操作容易、分析快速等優(yōu)點，普遍運用于科學(xué)研究及高校實驗教學(xué)中。在國外，分光光度法已廣泛應(yīng)用于高中實驗教學(xué)[1，2]。然而，我國并未重視分光光度法在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用。本文簡單介紹分光光度法的分析原理，評估高中生物學(xué)實驗教學(xué)中實施分光光度法的可行性，并進一步探究分光光度法在高中生物學(xué)實驗中的具體應(yīng)用，最后提出幾點實施建議，以期將分光光度法推廣應(yīng)用于高中生物學(xué)實驗教學(xué)中。

1 分光光度法原理簡介

分光光度法是根據(jù)不同濃度溶液對某一特定光的吸收強度(吸光度)不同從而對物質(zhì)進行定量分析的方法。其定量基礎(chǔ)為朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律，即溶液吸光度=溶液吸光系數(shù)×溶液層厚度(cm)×溶液濃度(g/dm3)。其中，吸光系數(shù)與溶液自身性質(zhì)、測定溫度及波長等因素有關(guān)。當(dāng)溶液吸光系數(shù)和溶液層厚度固定時，吸光度與溶液濃度成線性關(guān)系。根據(jù)此定律，可實現(xiàn)溶液中物質(zhì)的定量分析。分光光度計，又稱光譜儀，是測定溶液吸光度值最為常見的科學(xué)儀器。

2 分光光度法在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中實施的可行性分析

目前，高中生物學(xué)實驗教學(xué)存在多種問題，如教師缺少對生物學(xué)實驗教學(xué)的研究；實驗內(nèi)容增加，但教學(xué)課時不足；學(xué)生實驗操作積極性不高，課堂實施困難；實驗條件不足等[3]。根據(jù)以上存在的問題，從以下4方面評估分光光度法在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中實施的可行性。

2.1 成熟的定量分析技術(shù) 分光光度法是一種成熟的定量分析技術(shù)，有大量文獻(xiàn)作為高中生物學(xué)實驗課堂開展的理論基礎(chǔ)，如科學(xué)研究中利用分光光度法測定微生物的生物量[4]，采用雙縮脲—分光光度法測定溶液中蛋白質(zhì)的濃度[5]。教師可通過查閱文獻(xiàn)等途徑，加強相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，彌補對生物學(xué)實驗教學(xué)缺乏研究的不足，并增強自身的實驗研究能力。

2.2 測定時間短，操作簡單 科學(xué)研究中定量分析方法有多種，如高效液相色譜法、氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀法等。盡管這些儀器定量精確，但由于儀器操作復(fù)雜、設(shè)備昂貴，不太適合應(yīng)用于高中生物學(xué)實驗教學(xué)。由于高中課堂每節(jié)課的時間為40～45min，分光光度法分析測定時間短，操作簡單，有利于實驗教學(xué)中時間的合理控制。

2.3 定性實驗轉(zhuǎn)向定量實驗，提升學(xué)生實驗操作積極性 簡單的定性分析結(jié)果，學(xué)生可通過教材直接獲取。僅開展定性分析實驗，會降低學(xué)生的實驗操作興趣，難以調(diào)動實驗操作積極性，從而使生物學(xué)實驗課堂實施困難。而在課堂中應(yīng)用分光光度法進行定量分析，從而使定性實驗轉(zhuǎn)向定量實驗，并采取“小組合作，師生共探究”的課堂組織方式，不僅能提高學(xué)生的實驗操作興趣，同時也符合新課標(biāo)提倡的“自主、合作、探究”學(xué)習(xí)方式。

2.4 儀器高效利用 分光光度法并不是只應(yīng)用于高中生物學(xué)實驗教學(xué)中的某一個實驗，而是可以應(yīng)用于物質(zhì)濃度、微生物數(shù)量和酶活性分析等三大類實驗中，從而實現(xiàn)儀器的高效利用。

3 分光光度法在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中的具體應(yīng)用

新課標(biāo)高中生物學(xué)考試大綱中，必修課生物學(xué)實驗共有19個，分光光度法可用于其中的5個實驗，可歸納為溶液濃度、微生物數(shù)量和酶活性測定3大類。

3.1 物質(zhì)定量分析 教材中僅對還原糖(尿糖)和蛋白質(zhì)進行定性分析，即根據(jù)顏色反應(yīng)判斷溶液中是否存在這些物質(zhì)。定性分析的結(jié)果，學(xué)生可通過教師在課堂中的知識講解，或通過課外輔導(dǎo)材料預(yù)習(xí)后就能獲得。對物質(zhì)進一步進行定量分析，如將“檢測牛奶中的蛋白質(zhì)存在情況”轉(zhuǎn)變成“比較不同品牌牛奶中蛋白質(zhì)的含量高低”，可增強學(xué)生對實驗操作的興趣。盡管在光合色素的分離和提取實驗中，可以根據(jù)紙層析結(jié)果大致判斷出各種色素含量(半定量)，但運用分光光度法可以獲得更準(zhǔn)確的數(shù)值，幫助學(xué)生更直觀、更理性地認(rèn)識樣品中光合色素的含量。

3.2 微生物數(shù)量分析 利用分光光度法可以直接測定微生物培養(yǎng)液的吸光度值，吸光度值越大，表明培養(yǎng)液濁度也越大，從而能夠根據(jù)吸光度值間接反映培養(yǎng)液中微生物的數(shù)量(教材中的比濁法是將培養(yǎng)液的濁度與標(biāo)準(zhǔn)濁度進行比較，從而得到半定量結(jié)果)。根據(jù)不同培養(yǎng)時間點培養(yǎng)液的吸光度值，以發(fā)酵時間為橫坐標(biāo)、吸光度值為縱坐標(biāo)建立微生物數(shù)量的動態(tài)變化曲線。可以將此方法獲得的微生物數(shù)量動態(tài)變化曲線，與血球計數(shù)法、比濁法獲得的曲線進行比較分析。

3.3 酶活性分析 教材中“探究影響酶活性的因素”實驗僅設(shè)計了觀察實驗現(xiàn)象，如H2O2裂解釋放O2速度。將分光光度法應(yīng)用于酶活性分析，同樣可以獲得更直觀、更具體的數(shù)值結(jié)果。目前，應(yīng)用分光光度計測定酶活性的研究報道很多，具體可參考文獻(xiàn)進行操作，如利用分光光度計測定過氧化氫酶[6]，淀粉酶[7]等酶活性。

4 分光光度法在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中的實施建議

為了更好地將分光光度法應(yīng)用在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中，提出以下3點實施建議：

4.1 課前查資料 由于分光光度法技術(shù)成熟，教師可事先查閱文獻(xiàn)，尋找待測物質(zhì)最適吸收波長，如雙縮脲試劑—分光光度法測定蛋白質(zhì)的波長為540nm[5]，微生物生物量測定的最適波長為600nm[4]。并且，盡可能以教材中的定性方法為主，輔之分光光度法進行定量分析。如蛋白質(zhì)的測定方法有雙縮脲試劑法、Lowry法等，但建議采用雙縮脲試劑法先進行定性分析，再進行定量檢測。

4.2 課堂分組合作 將全班學(xué)生劃分成若干個小組，組內(nèi)同學(xué)分工協(xié)作，一起完成實驗。分組的目的在于縮短實驗操作時間，留足夠多的時間進行實驗結(jié)果分析等。

4.3 師生共同分析 對獲得實驗數(shù)據(jù)，教師要與學(xué)生共同進行分析，以及繪制相應(yīng)圖表，獲得直觀的結(jié)果展示。如比較不同品牌牛奶中蛋白質(zhì)含量的高低，學(xué)生首先要獲得不同牛奶樣品的吸光度值，師生一起根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算牛奶中蛋白質(zhì)的含量，進而比較含量高低，得出結(jié)論。圖1為3大類實驗數(shù)據(jù)結(jié)果展示參考圖。其中，A為不同溶液中物質(zhì)含量比較分析；B為微生物生長曲線；C為pH、溫度等因素對酶活性的影響。

圖1 實驗結(jié)果展示

盡管定量分析方法有多種，但分光光度法由于自身所具有的優(yōu)勢，可以廣泛應(yīng)用于高中生物學(xué)實驗教學(xué)中。教師可以有選擇地進行幾個實驗，將分光光度法拓展運用于必修課程的實驗課中。除以上5個實驗作為必修課程的拓展外，分光光度法還為學(xué)生進行探究性課題提供了新思路，如“應(yīng)用分光光度法比較不同水果中維生素C的含量”“培養(yǎng)基中氮含量對酵母胞外蛋白水解酶活性的影響”等。

*前文受翰思科學(xué)儀器公司關(guān)注*