韓代富

（福建省武夷山市第二中學(xué)，福建 武夷山 354300）

“檢測生物組織中的蛋白質(zhì)”是人教版“生物”課程教學(xué)的重要組成部分，是學(xué)生必須掌握的知識點(diǎn)。隨著核心素養(yǎng)教育的深入實(shí)施，尤其是新高考改革方案的實(shí)施，要求在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中必須突出學(xué)生的主體性，提升學(xué)生的實(shí)踐操作與思考能力。生物實(shí)驗(yàn)操作有著嚴(yán)格的規(guī)范要求，例如在課本教材中對檢測生物組織蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)操作提出了明確的操作規(guī)范要求，學(xué)生按照相應(yīng)的操作流程可以清晰地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。雙縮脲試劑是鑒定蛋白質(zhì)存在的重要材料，但是在實(shí)驗(yàn)操作中存在強(qiáng)刺激性和腐蝕性的缺陷，因此，筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，提出改進(jìn)雙縮脲試劑的具體方法。

1 “檢測生物組織中的蛋白質(zhì)”實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)的原因

雙縮脲是兩個(gè)分子脲經(jīng)180 ℃左右加熱，放出一個(gè)分子氨后得到的產(chǎn)物（圖1）。這是一種鑒定蛋白質(zhì)的常見分析化學(xué)方法所用試劑，是堿性含銅試液，在外觀上呈現(xiàn)為藍(lán)色，遇到蛋白質(zhì)時(shí)會(huì)呈現(xiàn)為紫色[1]。雙縮脲試劑由雙縮脲試劑A和雙縮脲試劑B兩種試劑組成，其中，雙縮脲試劑A液是質(zhì)量濃度為0.100 g/mL的氫氧化鈉（NaOH）溶液，雙縮脲試劑B液是質(zhì)量濃度為0.010 g/mL的硫酸銅（CuSO4）溶液。

圖1 雙縮脲反應(yīng)過程

由于雙縮脲試劑可以測定1～10 mg蛋白質(zhì)且操作相對簡單，成為高中生物蛋白質(zhì)檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常用的化學(xué)試劑。但是由于NaOH具有腐蝕性，在具體的實(shí)驗(yàn)過程中需要學(xué)生現(xiàn)場調(diào)試，在某種程度上存在安全隱患。為了提升課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、降低實(shí)驗(yàn)成本、保護(hù)學(xué)生的人身安全，對“檢測生物組織中的蛋白質(zhì)”實(shí)驗(yàn)試劑進(jìn)行改進(jìn)。

具體原因如下：一是出于節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本的考慮。傳統(tǒng)的生物組織蛋白質(zhì)檢測實(shí)驗(yàn)試劑采用雙縮脲試劑，但是需要現(xiàn)場調(diào)制，容易與外界環(huán)境發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，容易出現(xiàn)變質(zhì)。為了節(jié)約成本，需要對實(shí)驗(yàn)試劑進(jìn)行改進(jìn)。二是基于學(xué)生身心健康的考慮。傳統(tǒng)的生物組織蛋白質(zhì)檢測采用雙縮脲試劑，但是其主要由NaOH構(gòu)成，而該化學(xué)試劑具有強(qiáng)腐蝕性，甚至?xí)虿僮鞑划?dāng)而引起灼燒傷害。因此，需要改變實(shí)驗(yàn)試劑的化學(xué)成分，降低實(shí)驗(yàn)試劑的危害性。

2 “檢測生物組織中的蛋白質(zhì)”實(shí)驗(yàn)試劑的改進(jìn)方案

2.1 實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)的原理

雙縮脲分子（H2NCO—NH—CONH2）在堿性環(huán)境中可與Cu2+發(fā)生雙縮脲反應(yīng)，生成紫色絡(luò)合物。實(shí)踐證明，凡分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上酰胺鍵（肽鍵）的化合物，如多肽、蛋白質(zhì)等，都能與雙縮脲劑發(fā)生紫色反應(yīng)。這是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)及多肽的肽鍵與雙縮脲的結(jié)構(gòu)類似，也能與Cu2+形成紫紅色絡(luò)合物，而蛋白質(zhì)分子中的肽鍵與雙縮脲分子結(jié)構(gòu)非常相似，因此，其在堿性溶液中也會(huì)與Cu2+產(chǎn)生紫色絡(luò)合物。由此可見，生物組織蛋白質(zhì)的檢測主要依靠“堿性環(huán)境”和“Cu2+”兩個(gè)要素[2]?；谑褂秒p縮脲存在的腐蝕性與強(qiáng)刺激性問題，在保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，從堿性溶液和Cu2+兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。綜合相關(guān)研究和文獻(xiàn)資料，本研究選擇將現(xiàn)場配制雙縮脲試劑所用的NaOH替換為水溶液為堿性的Na2CO3，為實(shí)驗(yàn)提供堿性環(huán)境。這是因?yàn)殛愑廊篬1]曾經(jīng)在改進(jìn)斐林試劑的過程中使用Na2CO3替換NaOH，提供了堿性環(huán)境。

由于在生物組織蛋白質(zhì)檢測中使用的雙縮脲試劑需要現(xiàn)調(diào)現(xiàn)用，如果試劑放置時(shí)間過長，就會(huì)產(chǎn)生Cu(OH)2沉淀[3]，導(dǎo)致試劑變質(zhì)，不僅增加了實(shí)驗(yàn)的成本，還會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的成效。綜合考慮，本研究擬將CuSO4溶液替換為在堿性環(huán)境中不易變質(zhì)的乙酸銅，延長雙縮脲試劑的保存時(shí)間，消除現(xiàn)調(diào)現(xiàn)用的弊端。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料及試劑

在“檢測生物組織中的蛋白質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中需要開展以下工作：（1）準(zhǔn)備一袋500 mL的純牛奶。（2）準(zhǔn)備20個(gè)500 mL燒杯、1個(gè)10 mL量筒、40個(gè)試管、試管架以及藥匙等實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。（3）準(zhǔn)備NaOH、Na2CO3、乙酸銅以及蒸餾水[4]。

選擇上述實(shí)驗(yàn)材料主要是因?yàn)槠湎啾扔趥鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)材料優(yōu)點(diǎn)顯著，具體見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)

2.3 實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)操作

由于改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)試劑需要對溶液質(zhì)量濃度進(jìn)行優(yōu)化，在具體的溶液質(zhì)量濃度配制過程中，根據(jù)顏色對比進(jìn)行確定（替換后的溶液與原溶液在堿性程度等方面存在差異）。由于本次實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)主要采用乙酸銅和Na2CO3，需要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行質(zhì)量濃度設(shè)計(jì)。

2.3.1 乙酸銅溶液的最適質(zhì)量濃度

為了保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，需要對乙酸銅溶液的質(zhì)量濃度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，保證其符合實(shí)驗(yàn)要求。本研究設(shè)計(jì)的乙酸銅溶液質(zhì)量濃度以人教版中的0.100 g/mL NaOH溶液質(zhì)量濃度為準(zhǔn)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作要求，本次主要選擇0.01、0.05、0.10、0.20、0.30 g乙酸銅，同時(shí)在上述乙酸銅中加入10 mL的蒸餾水，將其配制成質(zhì)量濃度為0.001、0.005、0.010、0.020、0.030 g/mL的乙酸銅溶液。

完成上述操作之后，分別在預(yù)先做好編號的5個(gè)試管內(nèi)注入2 mL純牛奶，隨后加入1 mL NaOH溶液。與此同時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作人員將預(yù)先配制的不同質(zhì)量濃度的乙酸銅溶液滴入試管中（用滴管滴入4滴即可），然后實(shí)驗(yàn)人員將試管搖均。

搖均之后發(fā)現(xiàn)，試管內(nèi)的顏色發(fā)生變化，溶液質(zhì)量濃度為0.010 g/mL和0.020 g/mL的試管內(nèi)出現(xiàn)紫色（符合鑒定蛋白質(zhì)的特征要求），而溶液質(zhì)量溶度為0.001、0.005 g/mL的試管中的顏色較淺，質(zhì)量濃度為0.030 g/mL的試管中的顏色呈紫色偏藍(lán)，表明改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)試劑應(yīng)選擇0.010～0.020 g/mL。為了更加準(zhǔn)確地設(shè)定乙酸銅溶液的質(zhì)量濃度，需要在0.010～0.020 g/mL確定更小范圍的質(zhì)量濃度[5]。

采取上述實(shí)驗(yàn)方法，分別選取0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20 g乙酸銅，各加蒸餾水至10 mL，配制成質(zhì)量濃度分別為0.015、0.016、0.017、0.018、0.019、0.020 g/mL的乙酸銅溶液，分別將其放入剩余的試管內(nèi)，為其編號（6～11），同樣向試管內(nèi)注入2 mL純牛奶，然后在試管內(nèi)注入1 mL NaOH溶液，實(shí)驗(yàn)操作人員將預(yù)先配制的不同質(zhì)量濃度的乙酸銅溶液滴入試管中（用滴管滴入4滴即可），然后將試管搖勻。

通過觀察發(fā)現(xiàn)，試管內(nèi)的顏色發(fā)生了變化，所有的試管顏色都呈紫色，表明檢測出了蛋白質(zhì)，但是質(zhì)量濃度為0.020 g/mL的乙酸銅溶液試管的紫色更加明顯，由此可以確定，0.020 g/mL是乙酸銅溶液的最佳實(shí)驗(yàn)質(zhì)量濃度[6]。

2.3.2 Na2CO3溶液的最適質(zhì)量濃度

以0.020 g/mL乙酸銅質(zhì)量濃度為準(zhǔn)，探究Na2CO3的最適質(zhì)量濃度。分別稱取0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00 g Na2CO3，加蒸餾水至10 mL，配制成質(zhì)量濃度分別為0.050、0.100、0.150、0.200、0.250、0.300 g/mL的Na2CO3溶液。取6支試管分別編號A～F，并向每支試管內(nèi)注入2 mL純牛奶，再向每支試管中分別注入1 mL不同質(zhì)量濃度的Na2CO3溶液，最后注入0.020 g/mL乙酸銅溶液4滴，搖勻。觀察試管中的顏色變化，實(shí)驗(yàn)效果如圖2所示。

圖2 試管顏色

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：所有Na2CO3溶液質(zhì)量濃度下的顯色反應(yīng)都為紫色，其中，編號為C和D的試管紫色現(xiàn)象最明顯，所以用Na2CO3溶液替換NaOH溶液時(shí)，0.150 g/mL和0.200 g/mL兩種質(zhì)量濃度最好[7]。

3 結(jié)果與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過使用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)試劑對生物組織蛋白質(zhì)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)采取此種實(shí)驗(yàn)試劑溶液質(zhì)量濃度所達(dá)到的實(shí)驗(yàn)效果與采用傳統(tǒng)雙縮脲實(shí)驗(yàn)試劑的效果一致。由此可見，用0.020 g/mL乙酸銅溶液代替0.010 g/mL CuSO4溶液和用0.150 g/mL Na2CO3溶液或0.200 g/mL Na2CO3液代替0.100 g/mL NaOH溶液具有可行性[8]，能在不影響實(shí)驗(yàn)效果的前提下達(dá)到優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的目的。

3.2 實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)中存在的問題及解決對策

3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)中存在的問題

通過對生物組織中蛋白質(zhì)的檢測實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)實(shí)施過程的分析，發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)過程中還存在以下問題：一是教師的專業(yè)技能水平不高，未能有效利用所學(xué)知識深入分析實(shí)驗(yàn)試劑的改進(jìn)。高中生物教師具有扎實(shí)的專業(yè)知識基礎(chǔ)，但是在傳統(tǒng)教學(xué)思維的影響下，部分教師觀念陳舊，例如高中生物教師不愿意創(chuàng)新，仍然傾向于使用傳統(tǒng)的生物組織蛋白質(zhì)檢測實(shí)驗(yàn)試劑，對改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)試劑應(yīng)用積極性不高。在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師演示生物組織蛋白質(zhì)的檢測實(shí)驗(yàn)時(shí)，仍然采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)試劑和工具。二是教學(xué)缺乏學(xué)生的參與，忽視了學(xué)生的主體性。教師在改進(jìn)生物組織蛋白質(zhì)檢測實(shí)驗(yàn)試劑時(shí)缺乏與學(xué)生的互動(dòng)，尤其是未考慮到學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如教師在生物組織蛋白質(zhì)檢測中并沒有將改進(jìn)實(shí)驗(yàn)試劑的原理以及具體的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法告知學(xué)生，忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生機(jī)械地照搬教師的實(shí)驗(yàn)操作步驟。三是生物組織蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)缺乏與實(shí)際生產(chǎn)生活的聯(lián)系。生物課程源于生活，基于新高考改革方案的實(shí)施，高中生物教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中必須突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)與社會(huì)生活的聯(lián)系。但是，目前教師在實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)過程中，缺乏對生活實(shí)際的結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生對改進(jìn)實(shí)驗(yàn)試劑的具體流程不熟悉，不具備將其應(yīng)用于解決實(shí)際問題的能力。

3.2.2 對策

“檢測生物組織中的蛋白質(zhì)”實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)的關(guān)鍵就是落實(shí)到具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。為了保證實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)的成效，高中生物教師在教學(xué)中必須要做好以下工作：一是提高教學(xué)能力，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究意識。教師是生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要引導(dǎo)者，針對生物組織蛋白質(zhì)檢測實(shí)驗(yàn)試劑存在的問題，要立足于教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，圍繞培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，不斷創(chuàng)新生物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。蛋白質(zhì)檢測實(shí)驗(yàn)是高中生物實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容，是學(xué)生必須掌握的知識點(diǎn)，也是歷年高考的重點(diǎn)。因此，教師必須要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，結(jié)合最新的學(xué)科發(fā)展趨勢，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)工作。例如生物組織蛋白質(zhì)檢測實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)要求教師合理控制雙縮脲試劑的溶液，這就要求教師樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馁|(zhì)量控制意識，形成精益求精的工匠精神。二是要加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)，就生物組織蛋白質(zhì)檢測實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)過程與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)交流，讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)的具體流程，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力。例如教師要利用虛擬技術(shù)將改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)過程展現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生明白其中的道理，并且在課后通過實(shí)踐操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)鍛煉，加強(qiáng)對相關(guān)生物蛋白質(zhì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識的掌握。三是創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。長期以來，高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)與社會(huì)生活聯(lián)系不大，基于生物組織蛋白質(zhì)檢測的實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)理念就源于生活實(shí)踐，圍繞傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)試劑所存在的問題進(jìn)行改進(jìn)。因此，在具體的教學(xué)中，教師必須積極為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境教學(xué)模式，以生物實(shí)驗(yàn)為載體，促使學(xué)生應(yīng)用科學(xué)方法親自參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)習(xí)全方位、多角度地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

4 結(jié)語

基于核心素養(yǎng)教育的深入實(shí)施，改進(jìn)“檢測生物組織中的蛋白質(zhì)”實(shí)驗(yàn)試劑是提升生物蛋白質(zhì)檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率、降低安全事故發(fā)生率的重要舉措。實(shí)驗(yàn)證明，通過對生物組織蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)試劑的改進(jìn)，完全可以達(dá)到優(yōu)化生物組織蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。