用自制光谱仪观察光合色素提取液吸收光谱

孙天予 韩 烁 李 霞

（北京汇文中学 北京 100061）

吸收光谱是光合色素的重要物理特征，该特征广泛应用于科学研究和生产实践等领域。本知识点也是高中生物学阶段体现生物学与物理学相联系的内容之一。

普通高中生物学课程标准要求教师引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑，培养学生的创新精神和实践能力。结合课程标准要求，围绕“光合色素的吸收光谱”进行实践活动，设计了自制光谱仪，用于观察光合色素提取液吸收光谱，取得了良好效果。

1 材料准备

1.1 实验材料 自制简易光谱仪 （如图1所示，标准比色皿 2个，菠菜叶片光合色素提取液。

1.2 简易光谱仪的制作 光谱是复色光经过色散系统 （如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小依次排列的图案。通过控制入射光的方向，可以获得复色光源（如实验台上的日光灯）的光谱，如图2所示。

图1 自制光谱仪

图2 自制简易光谱仪原理（θ=22.5°）

利用该原理，可借助卡纸、光栅等材料，自制简易光谱仪。光谱仪的平面展开图如图3所示。狭缝可用硬质卡片自制，长2 cm，宽0.2 mm。光栅为金涛光电生产透射光栅（1 200线，15.5 mm×15.5 mm×4 mm）。

图3 自制光谱仪展开图（cm）

按照展开图从卡纸剪下相应形状，沿虚线折叠，并将实线处粘贴、密封。狭缝横向粘贴在较大开孔（2 cm×2 cm）处，光栅刻线方向与狭缝平行，粘贴或用夹子固定在较小开孔（1.5 cm×1.5 cm）处。

在简易光谱仪狭缝前用黑卡纸制作支架，放入装有色素提取液的比色皿，可观察到色素提取液的吸收光谱，如图4。

图4 观察色素提取液吸收光谱装置示意图

2 实验步骤

本实验是课程标准建议活动“绿叶中色素的提取和分离”的补充。学生获得菠菜叶片光合色素提取液后可着手进行。

操作步骤如下：

1）向一比色皿中加入菠菜叶片光合色素提取液，向另一比色皿中加入空白提取液。

2）将比色皿安装到自制光谱仪狭缝前端的支架上。

3）将光谱仪前端对准白色光源，从光谱仪后侧观察光合色素的吸收光谱，观察角度应与光栅垂直，如图5所示。

图5 从光栅一侧观察光谱

3 实验结果

可清晰地观察到光合色素提取液吸收光谱，其中，空白提取液对照组为日光灯管的发射光谱。由于实验中使用的日光灯管为市售民用产品，非全光谱光源，因此观察到的光谱中紫色光谱带较窄，但可清晰观察到汞元素灯在436 nm（蓝紫光区）、546 nm（绿光区）和 576 nm（黄光区）波长处的发射线。左侧为光合色素提取液实验组，可观察到光合色素提取液在波长小于500 nm（蓝紫光区）和波长大于640 nm（红光区）的强吸收区。

4 在课堂教学中的应用

本实验可与课程标准中的建议活动“光合色素的提取和分离”同堂实施。在学生将吸水纸条放入光合色素提取液后，等待层析结果时，教师说明光谱仪的使用方法。学生通过观察光合色素的吸收光谱，能够直观感受光合色素的功能，为其理解光合作用这一核心概念提供更多的感性材料。

条件允许时，教师可提前制备紫甘蓝叶片水溶性色素提取液，指导学生对水溶性色素和光合色素的吸收光谱进行比较，紫甘蓝叶片水溶性色素吸收光谱，可观察到波长545 nm（绿光区）的吸收峰，并提出问题：2种色素都能吸收一定波长范围内的光，这些被吸收的光能是否都被植物用于有机物的合成？引导学生思考植物实现光合作用功能的结构基础，为光合作用场所和过程的学习铺平道路。

5 小结

借助本实验中所使用的学具，学生可同时观察2种溶液的吸收光谱，并且能够对多种实验材料的吸收光谱进行直观对比。为学生进一步探究诸如“探究不同植物叶片中光合色素的吸收光谱与其生境的关系”等提供便捷的工具。教师可根据具体情况，引导学生对相关问题进行探究。

现行各版本教材中都安排了丰富、经典的实验和探究活动，为学生实践能力和创新精神的培养提供了许多珍贵素材。但随着社会信息化水平的迅速提升，相对于教师的讲解和演示，学生对实践活动的需求正与日俱增。如果教师能设计更多学生参与度较高的实践活动，将更好地激发学生主动探究的兴趣，对学生深入理解生物学核心概念、主动构建生物学学科概念体系等学习活动大有裨益。

主要参考文献

［1］杨忠生.高中生物教学与其他学科之间的相互联系.济南:山东师范大学硕士学位论文,2010.

［2］中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准.北京：人民教育出版社，2003.