改进实验方法 探索光合色素的奥秘

张风侠

摘 要：光合色素的提取和分离是普通高中生物学的一个经典实验，有助于学生掌握光合色素的种类及作用。简述了该实验的原理，针对实验过程耗时较长、滤液色淡、分离效果不佳等常见问题进行分析并提出解决办法。特别改进了色素的提取过程，提高了实验的成功率，增加了色素萃取及乙酸乙酯溶解胡萝卜素步骤，体现了必修1与选修1模块间的横向联系。

关键词：提取；光合色素；分离；乙酸乙酯

绿叶中色素的提取和分离实验是高中生物（人教版必修1）第5章第4节光合作用中的一个经典实验。光合作用是生物最基本的新陈代谢之一，是高中生物学的重难点。完成这个实验，有助于学生了解光合色素的种类及作用。同时，也有利于培养学生的观察能力、操作能力和探究能力。

一、实验原理

1.光合色素的提取原理——相似相溶原理

绿叶中的色素有叶绿素和类胡萝卜素2类。叶绿素主要有叶绿素a（C55H72O5N4Mg）和叶绿素b（C55H70O6N4Mg），叶绿素为吡咯衍生物与金属镁的配合物，具有亲脂性，不溶于水，能溶于乙醇、丙酮和石油醚等有机溶剂。类胡萝卜素包括胡萝卜素（C40H56）和叶黄素（C40H56O2），胡萝卜素是一种橘黄色物质，有α、β、γ3种同分异构体，其中以β-胡萝卜素在植物体中含量最多。β-胡萝卜素在动物体内被水解成两分子维生素A，这正是动物营养中维生素A的主要来源。胡萝卜素不溶于水，在乙醇、丙酮中溶解度不如在乙酸乙酯中溶解度大。叶黄素为一种黄色色素，与叶绿素同存在于植物体中，是胡萝卜素的羟基衍生物，较易溶于乙醇，在乙醚中溶解度较小。

上述提取原理表明，叶绿素在水溶性有机溶剂中溶解度大，提取效果好。常用的提取试剂有无水乙醇和丙酮，均易挥发，其中乙醇对人体伤害较小，丙酮毒性较大。两者对胡萝卜素的溶解均不够理想。

2.光合色素的分离原理——利用色素在层析液中的溶解度不同进行层析分离

本实验采用纸层析法对光合色素进行分离。其固定相是指滤纸纤维上吸附的水分。流动相为水不溶性的有机溶剂，比如层析液，它能在滤纸纤维的毛细拉力作用下沿滤纸不断由下向上流动。在层析过程中，层析液经滤液细线时，滤液细线上的色素就相继溶入层析液并随其上升，发生分离。溶解度大的随层析液在滤纸上扩散得快，形成的色素带分布在滤纸的上部，反之则慢，色素带分布在滤纸的下部。这样，几分钟之后，就会在滤纸上留下4条色素带。

二、实验中的常见问题及改进措施

1.实验时间长难进课堂

高中生物学课堂实验时间有限，需要在1课时（40min）内完成，本实验由于需制备滤纸条、划滤液细线时需干燥后重复画线，占用大量的时间，学生若操作失误，重新实验可能没有时间，这样学生就会因为实验失败导致情绪低落，甚至对实验课丧失兴趣。针对此问题，可以统筹时间，过滤制备提取液的同时制备滤纸条。可用细的缝衣线代替毛细吸管，蘸取滤液后印出滤液细线。此外，学生做此实验时，正值冬季，温度较低，滤液细线不易干，可备些吹风机，节约实验时间。

2.提取液呈黄绿色，颜色浅淡

实验材料含水量过大、溶剂蒸发过多、未加CaCO3或研磨不充分都会导致滤液呈较淡的黄绿色。解决方法是将实验材料放在通风避光处放置1-2d，散失掉一些水分，提取色素时可加少许无水Na2SO4或NaCl。研磨时，按教材要求先将绿叶剪碎并加SiO2、CaCO3（加入量要少，否则滤液杂质多、混浊、颜色浅，实验效果差）进行初步研磨，使叶片全部接近乳糜状的细小碎片时，再加提取剂进一步研磨，这样可防止因提取剂蒸发而造成滤液含水量过大和乳化不良的现象。同时研磨要迅速充分，叶绿素不稳定，易被破坏，时间过长会导致色素含量太少。还需注意不能将绿叶研磨过细，这样会使滤液黏稠度增大，不利于过滤。

3.纸层析分离效果不佳

采用纸层析法分离光合色素时，影响因素众多，分离效果不光取决于分离时的操作，很大程度上取决于提取过程，应注意：

（1）过滤用的尼龙布或脱脂棉一定要用提取液浸透，否则在过滤过程中会发生大量色素被吸附的现象。

（2）增加萃取步骤。将学生收集在试管中的滤液，加入少许层析液进行萃取，震荡后静止，光合色素大部分被溶解到上层的层析液中，用棉塞将试管口塞严，可减少溶剂挥发。由于光合色素被浓缩，可见明显的色素荧光现象。激发学生进一步探究的兴趣。用缝衣线蘸取试管上层经浓缩的色素溶液，印出滤液细线，层析后各色素带清晰可见，分离效果非常好。经多次试验，无论色素滤液是否理想，经萃取后，层析结果都会有所改善。目前，高考试题已从模块内综合转向模块间综合，特别是选修题的考查，本试验增加萃取步骤实现了跨模块知识的整合，使学生对必修1“绿叶中色素的提取和分离”实验与选修1“胡萝卜素的提取与鉴定”进行联系，体现了综合能力的培养，较好地实践了新课改的理念。

参考文献：

[1]武卫华，刘忠荣，黄先敏，等.叶绿体色素的提取方法改進及其应用[J].北方园艺，2010（24）：67-69.

[2]王洪钟，谢莉萍，李玉明，等.叶绿体色素分离实验改进与拓展[J].生物学通报，2012，47（7）：44-46.