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        “葉綠體色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)縮時(shí)改進(jìn)的探討

        2019-07-08 03:04:26應(yīng)學(xué)超上海市金山中學(xué)上海201599
        生物學(xué)通報(bào) 2019年8期
        關(guān)鍵詞:教材實(shí)驗(yàn)

        應(yīng)學(xué)超(上海市金山中學(xué) 上海 201599)

        葉綠體色素的構(gòu)成、比例和含量水平,直接反映了光合植物的光合作用水平、環(huán)境響應(yīng)方式等。葉綠體色素的質(zhì)、量,在分析與葉綠體色素變化相關(guān)的生理機(jī)制[1],探討光系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)移等規(guī)律,以及研究環(huán)境因素對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響[2-3]等工作中都很重要。在“葉綠體色素的提取和分離” 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,經(jīng)常遇到一些問(wèn)題,致使無(wú)法如期完成教學(xué)內(nèi)容、達(dá)成教學(xué)目標(biāo),實(shí)驗(yàn)效果也不甚理想。因此,筆者利用研磨過(guò)濾器(北京川布蘭生物技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司)對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一定的改進(jìn)。

        1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

        1.1 操作步驟多,完成實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng) 在常規(guī)“葉綠體中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生根據(jù)教材中的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作。由于實(shí)驗(yàn)步驟多,學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間一般需要20~25 min;即使提前充分預(yù)習(xí),最快至少需要15 min 以上才能完成。因此根據(jù)教材常規(guī)情況下教學(xué),時(shí)間比較緊張,留給學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察、分析和拓展延伸的時(shí)間并不多。

        1.2 操作要求高,實(shí)驗(yàn)效果不穩(wěn)定 常規(guī)實(shí)驗(yàn)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作要求比較高,任何操作步驟有問(wèn)題,都容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不穩(wěn)定。例如,研磨操作要求迅速充分研磨,但很多情況下學(xué)生不擅長(zhǎng)使用研缽,導(dǎo)致研磨速度慢,研磨不充分,色素提取含量低;過(guò)濾操作時(shí),學(xué)生不易把握脫脂棉的用量,或碳酸鈣、石英砂的加入量過(guò)大,導(dǎo)致過(guò)濾速度慢、濾液含量少和濾液雜質(zhì)多等問(wèn)題;畫(huà)濾液細(xì)線時(shí),用毛細(xì)吸管會(huì)使得濾液出現(xiàn)印染現(xiàn)象,導(dǎo)致色素分離不明顯;層析操作要求根據(jù)試管底部層析液的量,調(diào)整濾紙長(zhǎng)度并掛到試管軟木塞的鉤子上,學(xué)生很難估計(jì)準(zhǔn)確,導(dǎo)致濾液細(xì)線浸入層析液或接觸不到層析液的情況,需要較多時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

        2 相關(guān)研究進(jìn)展

        目前已有的研究中對(duì)于“葉綠體色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn),主要集中在以提升實(shí)驗(yàn)效果為主要目的的步驟改良。例如,左小龍等[4]提出可使用薄層層析等方法替換原有步驟,并進(jìn)一步分離、收集4 種色素,測(cè)定吸收光譜,強(qiáng)化學(xué)生的理解;楊建勝等[5]提出可增加乙酸乙酯溶解胡蘿卜素和色素萃取步驟,提高實(shí)驗(yàn)成功率;陳琳[6]提出石油醚+丙酮(20∶2)層析效果較好;周臻華[7]提出選取龍葵或?yàn)跆`莓提取的色素效果較好;朱靜[8]提出“推血涂片方法”畫(huà)濾液細(xì)線會(huì)“直、細(xì)、均、齊”等。根據(jù)這些改進(jìn),實(shí)驗(yàn)效果確有提高,但是實(shí)驗(yàn)的操作時(shí)間并沒(méi)有縮短,甚至用時(shí)更長(zhǎng),對(duì)實(shí)際教學(xué)的幫助并不大。

        3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)措施

        3.1 實(shí)驗(yàn)材料的選擇 教材建議使用新鮮的菠菜或青菜作為實(shí)驗(yàn)材料。菠菜或青菜的主葉脈明顯,準(zhǔn)備材料時(shí)需要學(xué)生去除大量葉脈,花費(fèi)時(shí)間較多。韭菜為平行葉脈,無(wú)明顯主葉脈,本實(shí)驗(yàn)將實(shí)驗(yàn)材料替換為韭菜,避免了去除葉脈的步驟,節(jié)約了時(shí)間,且韭菜提取到的葉綠體色素最終層析結(jié)果與菠菜、青菜沒(méi)有明顯差異。

        3.2 實(shí)驗(yàn)材料的處理 教材中需要對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行去主葉脈、剪碎、稱(chēng)量,但該實(shí)驗(yàn)是定性實(shí)驗(yàn),準(zhǔn)確稱(chēng)量意義不大。因此將此步驟改為“用剪刀切取稍經(jīng)風(fēng)干脫水處理的韭菜葉,剪碎,加入研磨過(guò)濾器中至約1/3 容量(圖1)”。教師預(yù)估實(shí)驗(yàn)中的韭菜葉用量,學(xué)生根據(jù)估算方式進(jìn)行操作與最理想狀態(tài)并無(wú)明顯差異,縮短操作用時(shí)至約1 min。

        圖1 實(shí)驗(yàn)材料的處理

        3.3 研磨過(guò)濾步驟合并 教材中研磨過(guò)濾分為2步,操作較多,耗時(shí)較長(zhǎng),容易出現(xiàn)操作問(wèn)題。因此,在本實(shí)驗(yàn)中改為“在研磨過(guò)濾器中加入少量石英砂和碳酸鈣,一次性加入3 mL 無(wú)水乙醇,進(jìn)行迅速、充分的研磨后,用移液器吸取濾液,并收集到一個(gè)小指管中(圖2)”。研磨過(guò)濾器集成了研磨和過(guò)濾2 種功能,可在極短時(shí)間內(nèi)(約2 min)就完成研磨與過(guò)濾步驟,研磨更為便捷、快速、充分,且在研磨同時(shí)完成過(guò)濾,省時(shí)高效、效果較好[9]。改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)藥品的用量進(jìn)一步減少。為了避免研磨時(shí)乙醇揮發(fā)導(dǎo)致的損失,原本需要分次加入總量5 mL 的無(wú)水乙醇進(jìn)行提取,現(xiàn)在只需要3 mL 即可保證提取樣品的效果,同時(shí)石英砂與碳酸鈣的用量也明顯減少。

        圖2 研磨過(guò)濾

        3.4 濾液的處理 教材中過(guò)濾后的濾液未做任何處理,故常出現(xiàn)渾濁狀態(tài)。因此,在此增加步驟“將小指管放于迷你離心機(jī)中,5 000 rpm,離心15 s,靜置備用(圖3)”。離心后的濾液更澄清,觀察效果更好,減少了雜質(zhì)存在對(duì)劃濾液細(xì)線步驟的影響,本步驟操作需要約1 min。

        圖3 濾液的離心

        3.5 濾紙條的制備 將教材中的濾紙條尺寸由18 cm×2 cm 改為8 cm×1 cm,濾紙條的一端剪角標(biāo)記操作不變。本步驟的改變主要為適應(yīng)展層瓶的容積,操作需要約1 min。

        3.6 畫(huà)濾液細(xì)線 教材中所用的毛細(xì)吸管畫(huà)濾液細(xì)線的方式極容易出現(xiàn)印染現(xiàn)象。因此,將毛細(xì)吸管替換為加樣板(圖4)能很好的控制加樣量,最大程度避免出現(xiàn)印染現(xiàn)象,并且能保證在較短時(shí)間內(nèi)將濾液細(xì)線畫(huà)的又細(xì)又直,也保證了最終的實(shí)驗(yàn)效果相對(duì)更好更清晰,實(shí)驗(yàn)成功率更高。本步驟操作需要約3 min。

        圖4 畫(huà)濾液細(xì)線

        3.7 色素的層析 教材中用塞子上加小鉤的大試管進(jìn)行層析,需要根據(jù)試管底部層析液的量調(diào)整濾紙長(zhǎng)度。因此,本實(shí)驗(yàn)改為“將2 mL 層析液置于展層瓶中,將加好樣的濾紙條點(diǎn)端向下放入展層瓶中,蓋好瓶蓋進(jìn)行分離(圖5)”。改進(jìn)后的操作避免了學(xué)生根據(jù)試管層析液調(diào)整濾紙的長(zhǎng)度,進(jìn)一步縮短操作時(shí)間至約2 min。

        圖5 色素的層析

        4 總結(jié)

        實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后,在保證整體成功率的前提下,操作時(shí)間大幅度縮短,由原本的20~25 min 縮短至約10 min,并且實(shí)驗(yàn)的材料用量減少約一半,避免了實(shí)驗(yàn)材料的浪費(fèi)。確保實(shí)驗(yàn)后學(xué)生有充分的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察、分析和拓展,有效提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

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