绿叶中色素的提取和分离实验的完善和改进

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　　摘 要：绿叶中色素的提取和分离实验中，学生实验的成功率，分离的色素、色素带的效果都经常不尽如人意。在深究原因后，发现教材中的实验对于学生有着一定的难度，需要进行针对性的改进来提升实验效果。因此，本文从实验材料、研磨方法、画线方法、实验装置以及分离方法的改进上，针对该实验的完善和改进进行探究。以期能够更好地指导高中实验的教学。
　　关键词：提取；分离；画线；研磨方法；改进
　　一、 引言
　　某种程度上说，生物学科是一门需要依靠实验支撑的学科，生物学中的理论知识还是实践知识，都需要通过实验来实现。可见实验在生物学中的重要性。高中生的生物学习中，实验是其中一个很明显的重难点，这不仅在于实验本身的难度，也在于实验教学的优化程度。因此，在教学中，教师是否能够根据实验的具体情况进行有效的完善和改进，对于高中生的实验学习会形成重要的影响。不拘泥于教材，敢于跳出教材进行实验的完善和改进，才能够给学生不一样的实验体验。基于此背景，本文立足于绿叶中色素的提取和分离实验，针对教材的实验做出一些有效的完善和改进，以期能够对实验教学以及实验改进形成帮助。
　　二、 实验改进的背景
　　绿叶中色素的提取和分离实验是高中生物必修一中一个十分重要的必做实验。这个实验验证的是光合作用中色素的种类和颜色。通过实验的深入，来促进学生对于光合作用过程的认知和理解。这个实验在教材中，是一个需要学生亲自完成的分组实验。然而，在教学中，当采用教材的实验方法时，虽然实验的目标能够达成，但是其中需要经过的过程以及实验材料的选用都比较复杂和烦琐，需要耗费很长的实验时间。同时，教材中的实验药品含有比较高的有机物浓度，在使用的过程中，很容易伤害身体健康，并且对于空气和环境会产生比较严重的污染。所以，在教学探索中，发现必须将这个实验进行完善和改进，缩短实验的实践，降低实验的污染。因此，本文提出了该实验的改进方案。
　　三、 实验改进的策略
　　针对绿叶中色素的提取和分离实验，在教材方法的基础上，我提出了从实验材料、研磨方法、画线方法、实验装置、分离方法五个方面的实验改进，从而达到更好的实验效果。
　　（一） 实验材料的改进
　　绿叶中色素的提取和分离实验中，教材所使用的材料主要为菠菜叶。菠菜的叶片虽然能够提取叶绿素，但是相對来说，菠菜中的叶绿素浓度并不是很高。因此，在实验中，还可以根据地域环境或者材料获取便利程度，更换一些叶绿素浓度更高的绿色植物。例如，可以利用空心菜，空心菜本身的绿色颜色是很深的，并且相对于菠菜来说，空心菜叶的叶片更薄，含有的水分更低，经过储存以后，也不容易产生较为严重的褐变反应。并且空心菜里面含有的叶绿素含量比较高，可以实现浓度更高的研磨液体。加上空心菜本身比较容易获取，这些，都使得空心菜可以作为该实验改进的理想材料。除了空心菜以外，也可以根据校园环境中比较容易获取的其他绿叶来代替，比如菊叶、朱槿叶、三叶草等。总之，在植物的选取上，可以不只是菠菜一种，其他叶绿素浓度高的绿叶植物，也能够成为很好的替代品。
　　此外，除了植物的改进，在实验中，还需要准备好滤纸条，滤纸条也需要根据实际的材料以及实验情况进行尺寸上或者修饰上的改进。
　　（二） 研磨方法的改进
　　在教材的实验方法中，研磨这一步骤主要通过在绿叶中加入二氧化硅和碳酸钙后进行研磨。但是这样的研磨方法，很容易使得研磨不够充分导致滤液的颜色不够深，在分离中色带就会变得很浅。但是这个实验需要的滤液中色素浓度越高，实验成功的概率也就越大。所以，研磨方法中，需要作出合理的改进来得到浓度更深的滤液。
　　首先，在教材的研磨方法中，即便采用这种方法，二氧化硅以及碳酸钙的数量也应该适量减少。并且在二氧化硅和碳酸钙的使用中，可以选择一些可替代的物质来进行滤液的提取。比如又白又细的河沙，可以直接产生二氧化硅和碳酸钙的效果，不需要加入二氧化硅和碳酸钙，就能研磨滤液。
　　其次，教材中的研磨方法，主要依靠二氧化硅和碳酸钙，具体的研磨方法如下：
　　1. 取菠菜叶3g并且剪碎后放入研体。
　　2. 加入适量的二氧化硅和碳酸钙，将绿叶研磨成糊状。
　　3. 在研体中加入大约6mL的无水酒精，继续进行研磨，然后放置三分钟。
　　这种方法的弊端就是时间长，过程复杂，针对教材研磨方法存在的弊端，考虑了与研磨法截然不同的方法，即采用浓度95%的酒精直接浸泡，从而提取滤液。这种方法采用以下步骤：
　　1. 选取事先准备好的空心菜叶或者三叶草叶1g，利用剪刀剪碎后放到试管的底部，然后加入4mL的浓度为95%的酒精。
　　2. 把试管放入沸水当中进行加热，预计加热时间两分钟左右。
　　在滤液提取中，这两种方法形成明显的对比。并且用水浴提取法所呈现的效果明显要比研磨法好。具体效果见下表：
　　主要对比项目滤液提取方法教材所用研磨法酒精水浴提取法
　　取材对比绿色叶片需要新鲜的叶片，以菠菜为主只要是绿色叶片都能够作为实验材料
　　实验材料用量3g1g
　　酒精类型6mL无水酒精4mL浓度为95%的酒精
　　碳酸钙和二氧化硅少许不需要
　　研磨所需时间大约10分钟大约3分钟
　　提取的滤液颜色浅绿色墨绿色
　　滤液的纯度少许杂质滤液纯净无杂质
　　（三） 画线方法的改进
　　在该实验中，画滤液细线是一个很重要的步骤，教材中画线主要使用的道具是毛细吸管。这个方法画线的步骤主要是：首先在滤纸条上距离顶端1.5厘米处用铅笔画一条细线，利用毛细吸管吸取少量的滤液，顺着铅笔的线条来回画线，滤液干燥后，再重复一次画线。毛细吸管画出来的滤液细线，存在着一些明显的弊端，一方面是在画线过程中，细线的平直不好保证，并且因为细线要求均匀，毛细吸管在均匀性上不好实现，容易出现头重脚轻的线条。并且要等滤液晾干，所需要的时间比较长，不容易晾干。 　　基于毛细吸管画线上的弊端，在实验的改进中，进行了毛笔画线法的改进方法。选择毛笔的理由，首先是毛笔具有较长的笔杆，蘸取滤液比较方便，其次是毛笔的笔尖比较柔软，不容易破坏滤纸条。再次是毛笔蘸取滤液后可以反复画线，促进滤液线上色素的充足，并且画出来的线的平直程度也很好把握。最重要的是，毛笔画出来的滤液线平整，晾干快，并且色素在分离中会更快。因此，在画线中，选择了毛笔作为改进的材料，具体的操作步骤就是利用毛笔蘸取少量的滤液，顺着铅笔线条来回画线，然后等待滤液晾干。可以重复三五次，保证色素的程度。
　　（四） 实验装置的改进
　　在该实验中，实验装置对于层析液的分析有着很重要的意义。教材中的实验中，层析液装置主要是试管。利用试管存放滤纸条的过程中，滤纸条很容易接触试管壁，并且滤纸条在试管里面无法固定，容易移动。更重要的是层析液属于有毒物质，发散的气味比较刺鼻，这也使得在放置滤纸条的时候容易伤害师生的身体。所以，在实际的实验中，针对实验的装置进行了改进，并且采用了自主实验的方法，让学生自己思考，可以利用什么样的实验装置存放滤纸条。在经过小组合作和探究后，学生们和老师共同商议出了两种比较好的装置改进办法：
　　第一种是自制一个层析烧杯。利用层析烧杯来存放多张滤纸条，并且每一张滤纸条的摆放都有着固定的位置，可以很好的避免滤纸条的交叉，碰壁。这种层析烧杯制作十分简单，并且在封口的材料上选取了橡皮筋来封口，而杯口用滤纸盖密封，滤液不容易挥发，最重要的是层析烧杯可以重复使用，即便我班使用完毕，其他班级也可以继续使用层析烧杯来存放滤纸条，能够有效地节省材料。
　　第二种是自制层析锥形瓶。这种方法，首先是找一个体积适中，能够有木质的瓶塞的锥形瓶，然后利用刻刀在瓶塞上刻出一些缺口，将滤纸条放入到这些缺口当中，并且用胶带将滤纸条固定起来。这种装置更加简单，并且利用瓶塞来进行滤纸条的存放，简单固定，能够很好地帮助层析液的存放，并且也能够节省材料，安全环保。
　　（五） 分离方法的改进
　　在分离方法上，教材上的条形滤纸分离色素其实也是可以达到目标的，所以在课堂的实验中，没有针对分离方法进行过多的改进。但是在课后，让学生进行自主实验探究，发现了另外一种分离方法也可以实现色素的有效分离。在自主探究中，他们采用了圆形滤纸条分离法。方法是找一张直径约15厘米的圆形滤纸，然后在圆心中戳一个圆形的小孔，然后再用教材中的滤纸条，利用毛笔顺着滤纸条的长边点样画线，保持色素的扩散在0.2厘米左右，并且在滤液晾干后重复几遍。再以长边为径将滤纸条卷起来，插入到圆形滤纸条孔中，然后找一个直径至少12厘米的培养器皿，将滤纸浸泡在层析液当中，放置十分钟后，圆形的滤纸条上会呈现四个叶绿素的同心圆。这个方法会让色素的分离比较明显，但是过程比滤纸条更加烦琐一点。
　　四、 实验效果与反思
　　（一） 实验效果
　　通过实验的改进，改进后的实验方法取得了比较理想的效果，首先是实验材料上，可以更加灵活，更容易帮助色素的提取和分离。其次是在研磨方法上，利用水浴法提取的滤液用时更短，提取的滤液浓度也更高，前文的表格上已经呈现出了明显的对比。通过水浴法分离出来的色素带比较均匀，也比较平整。再次是画线方法改进后，用毛笔画出来的滤液细线比较窄，而且线条比吸管画出来的更加平整，色素的分离也更快。总的来说，实验改进以后，在用料上可以更加广泛，并且实验更加环保，安全，也更加节约资源。实验的成功率也更高。改进后的实验得到了很好的效果。
　　（二） 实验反思
　　本次实验中，虽然实验的改进取得了更好的效果，实验的改进是成功的，但是在实验过程中，依然走了一些弯路，比如选择的材料经过了多次试验后确定，浪費了许多资源。比如溶液的用量，也经过了几次的试验才成功。今后的试验改进中，需要根据实验环境，做出更高效的改进措施，这样，才能让实验改进实现真正的目的。
　　五、 结语
　　从本次实验的改进可以看出，虽然生物是以实验为基础的学科，但是，教材的实验不一定适用于任何情况，我们在实验的过程中，需要作出有效的改进和完善，才能够让实验更加具有教学的意义，也才能更加带动学生的实验探究。
　　参考文献：
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　　[5]杨胜.“绿叶中色素的提取和分离”探究性实验教学[J].求知导刊，2017.
　　作者简介：
　　杨勇，福建省三明市，福建省泰宁第一中学。
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