張燕 趙玥

摘要 利用校園中的常見植物繡球作為實(shí)驗(yàn)材料，通過引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)、實(shí)施“定量”實(shí)驗(yàn)，教會學(xué)生科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的實(shí)施方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞 定量測定 繡球 還原糖 光合作用

中圖分類號 Q-331

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

文件編號：1003-7586（2020）08-0038-02

1問題提出

學(xué)生在觀察校園植物時發(fā)現(xiàn)，同一植物頂層葉片與底層葉片的顏色有差異。頂層葉片和底層葉片光合作用的產(chǎn)量是否也有差異？如何定量測定頂層與底層葉片中光合作用的產(chǎn)量呢？學(xué)生在這些問題的驅(qū)動下，開展了自主探究，查閱資料并設(shè)計(jì)、實(shí)施了該項(xiàng)探究實(shí)驗(yàn)。

2探究方案

2.1探究實(shí)驗(yàn)原理

①還原糖與3，5-二硝基水楊酸反應(yīng)的原理：還原糖是指含有自由醛基或酮基的糖類。植物體內(nèi)的還原糖主要是葡萄糖、果糖、麥芽糖。在加熱條件下，還原糖可與DNS試劑中的3，5-二硝基水楊酸反應(yīng)，生成3-氨基-5-硝基水楊酸（圖1），并呈現(xiàn)棕紅色，且顏色的深淺與還原糖溶液的濃度有關(guān)。利用這個反應(yīng)不僅可以“定性”分析還原糖的存在，而且還能借助分光光度計(jì)“定量”測定還原糖的含量。由于還原糖在植物體內(nèi)的分布可反映出植物光合作用產(chǎn)量。因此，本實(shí)驗(yàn)可通過定量檢測葉片中還原糖的含量來反應(yīng)葉片光合作用的產(chǎn)量。

②分光光度法原理：分光光度法的基本原理是Lambert-Beer定律，即被測物含量與吸光度成正比。由于大多數(shù)物質(zhì)本身具有一定的顏色，有些物質(zhì)雖然本身是無色的，但加入特定試劑后可呈現(xiàn)一定顏色。物質(zhì)溶液濃度越大，其顏色愈深，對光的吸收越大。所以，可以通過測定溶液在某一波長下的吸光度來確定溶液的濃度，并通過計(jì)算獲得物質(zhì)的含量。

③可溶糖提取原理：可溶糖通常是指葡萄糖、果糖等游離單糖及蔗糖等低聚糖，易溶于水及乙醇溶液，可用蒸餾水或體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液對可溶性糖進(jìn)行提取。

2.2實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備與試劑

分光光度計(jì)、試管、試管架、離心機(jī)、移液槍、燒杯、量筒、蒸餾水、記號筆、DNS試劑、葡萄糖、體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液、活性炭、恒溫水浴鍋。

2.3實(shí)驗(yàn)探究步驟

（1）分組與選材：學(xué)生分成2個小組，分別以同一株繡球植物的頂層和底層葉片為實(shí)驗(yàn)材料。

（2）待測樣品前處理：①研磨：稱取0.5g新鮮植物葉片，剪碎后于研缽中加入體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液4mL，研磨成勻漿，將勻漿移至離心管中，用1mL體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液洗滌研缽后將溶液倒入離心管。②可溶糖提?。簩⒌玫降娜~片勻漿于80℃水浴加熱30min，并不斷攪拌均勻，冷卻后5000r/min離心10min，用移液槍將上清液移至試管中，殘?jiān)尤?mL體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液重復(fù)提取一次，合并上清液于試管中。③脫色：在上清液中加入50mg活性炭，80℃水浴脫色30min，過濾，用體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液定容至10mL，備用。

（3）標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖溶液配制及標(biāo)準(zhǔn)曲線制作：①稱取預(yù)先烘干的葡萄糖100mg，溶解于蒸餾水并定容至100mL，配制成1mg/mL濃度的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液。②取試管6支，依次編號為0-5，用移液槍按表1分別加入不同量的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液及體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液，充分混勻后加入DNS試劑，搖勻，80C水浴加熱5min。③取出試管冷卻至室溫，再加入蒸餾水定容至25mL，混勻后，取適量溶液于比色皿中，以0號管為空白對照，分光光度計(jì)于540 nm波長處調(diào)“0”，然后測定各試管540 nm處樣品的吸光度（A540）。以A540值為縱坐標(biāo)，以葡萄糖量為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

（4）待測樣品還原糖含量的測定：①分別取頂層和底層的繡球植物葉片提取液1mL于6號和7號試管中，依次加入1mL體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液、1.5mL的DNS試劑，于80℃水浴加熱5min后，取出冷卻至室溫，加入蒸餾水定容至25mL，混勻。②取適量溶液于比色皿中，在540nm波長下，用分光光度計(jì)測定吸光度。

（5）數(shù)據(jù)處理與分析：①將6-8號試管測得的吸光度分別代入標(biāo)準(zhǔn)曲線公式，求出對應(yīng)的還原糖量（X0）：葉片提取液中的還原糖含量= X0/V。式中：X0為從標(biāo)準(zhǔn)曲線中求得的還原糖量;V為待測樣品溶液的體積。

②多次測量數(shù)據(jù)并求平均值。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，獲得標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.8545x-0.4745（R2=0.9872），待測繡球植物頂層和底層葉片在540nm處的吸光度和還原糖的含量見表3。學(xué)生根據(jù)表3中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，處于繡球植物頂層葉片中的還原糖的含量比底層面葉片中的高。通過與對照組的顏色對比，可“定性”分析出葉片提取液中存在還原性糖;通過“定量”分析不同葉片的吸光度，可對同一株繡球植物頂層和底層葉片中還原糖含量進(jìn)行比較，并發(fā)現(xiàn)頂層面葉片中還原糖含量較高。

4總結(jié)

首先，在上述探究實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生從真實(shí)情境中學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題，培養(yǎng)學(xué)生的論證技能，認(rèn)識和解決問題的過程中發(fā)展了科學(xué)思維。其次，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是促成學(xué)生達(dá)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐，學(xué)生通過親歷“定性”和“定量”實(shí)驗(yàn)，在量的變化中了解事物的本質(zhì)。最后，教師指導(dǎo)學(xué)生實(shí)施實(shí)驗(yàn)并利用計(jì)算機(jī)處理和分析數(shù)據(jù)。學(xué)生在探究方案推進(jìn)的過程中，不但獲得了小組主動合作學(xué)習(xí)的經(jīng)歷，也學(xué)會運(yùn)用數(shù)學(xué)方法來分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并運(yùn)用科學(xué)術(shù)語闡明實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在實(shí)踐學(xué)習(xí)的過程中提高了科學(xué)探究能力。