葉綠體中色素的提取和分離實驗中容易出現的問題論文
在高中生物實驗中，“葉綠體中色素的提取和分離”是一個重要的實驗,學生在做這個實驗時容易出現以下幾個問題：
一是研磨植物葉片的時間過長，掌握不好加入二氧化硅的用量，往往是二氧化硅過量，致使濾液含有較多的二氧化硅，濾液顏色變淺，影響實驗效果；
二是毛細吸管易堵塞，色素線畫得不夠細、平、齊，使色素帶重疊；
三是層析液中含有苯，苯是一種毒性很強的有機物；
四是在分離色素時，濾紙條上的濾液細線容易沒及到層析液，使色素溶于層析液中，導致色素不清晰。做這個實驗，主要是讓學生通過實驗操作，學會提取分離葉綠體中色素的方法和技能，在探索、思考和主動實踐中，吸取知識、應用知識、分析問題、解決問題，從而培養學生的科學素養、創新精神和實踐能力。
一、實驗前的知識準備
1、證明葉綠體中存在色素。取一支干燥的白色粉筆，將其一端（約0.7cm）豎直浸入預做好的葉綠體色素提取液中，充分吸液后，使其稍微干燥，接著將該端豎于95%的乙醇中，片刻后，粉筆會出現四條不同顏色的色帶。
2、實驗原理：由于光合作用色素位于葉綠體中的類囊體膜上，要把它提取出來就必須破壞葉表皮、細胞壁和細胞膜、葉綠體的雙層膜，所以要剪碎葉片后加入二氧化硅進行研磨，以便使色素被充分提取，又因為葉綠體中色素不溶于水，但可溶于有機溶劑，如酒精或丙酮，形成色素液，所以要加入丙酮使色素溶解來提取各種色素。另外要加碳酸鈣以保護葉綠體中的色素，原因是碳酸鈣可調節色素液中的酸堿度，防止葉綠素被破壞。分離葉綠體色素常用的紙層析法是一種分配層析，即利用混合物各組分在流動相和固定相兩種不同溶液中的分配系數差異將它們分離。在紙層析中的流動相是指層析液，在毛細拉力作用下，層析液可不斷地由下向上流動。由于濾紙纖維素上的羥基親水性，因此水分子被吸附在纖維之間不易擴散而成為固定相。在層析過程中，當層析液在毛細拉力作用下，上升流經色素濾液細線時，濾液細線的色素就相繼融入層析液，隨層析液上升并發生再分配，即有一部分色素從層析液分配溶解到固定相中直到平衡。由于分配系數不同，那些分配系數大的色素分子隨層析液向上移動得快，形成的色素帶集中在液紙的上部；而分配系數小的色素分子隨層析液向上移動得慢，形成的色素帶集中在濾紙的下部。
葉綠素a和葉綠素b的結構相似，但前者有一個烷基，而后者只有一個醛基，前者分子量較后者小，故葉綠素a比葉綠素b在濾紙上擴散的速度較快；β胡蘿卜素與葉黃素結構相似，但葉黃素比β胡蘿卜素多兩個醛基，且分子量比β胡蘿卜素大，故葉黃素在濾紙上移動速度較β胡蘿卜素慢。所以色素帶從上到下依次為β胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。
二、實驗材料的選擇和處理
為蕕取高濃度濾液，要選擇新鮮的顏色較深的成熟葉片，葉片表面沒有或者少有蠟質層，細胞含水量少且較軟，同時這種葉數量多容易購買得到，如菠菜葉、胡蘿卜葉。選擇的葉片要去柄晾干水分。
三、解決問題的方法
1、制備層析液時，用20份石油醚、2份丙酮和1份甲苯混合而成，用甲苯代替課本介紹用的苯。經多次實驗證明，在濾紙條上出現四條色帶的幾率大大提高，并且甲苯的毒性比苯小，減少了對學生和老師身體的危害。
2、制備濾紙條時，據小孔（邊緣）擴散原理，物質分子沿邊緣擴散速度大于里邊擴散速度，因此要將濾紙一端剪去兩角，主要為了增長邊緣長度，這樣可使色素在濾紙條上擴散均勻，便于觀察實驗結果。并且，在實驗前要將制備好的濾紙條放進干燥箱中充分干燥。
3、為充分研磨葉片，加入二氧化硅破壞細胞結構。由于二氧化硅是特別細的白色粉末，加上不好控制用量往往過量，使濾液含有較多的二氧化硅導致濾液顏色變淺，使實驗現象不明顯，改用干燥的白細河沙代替二氧化硅粉末，這樣研磨更充分，濾液中減少了雜質含量，顏色變深綠，實驗效果明顯。
4、加入少許碳酸鈣與葉片一起混合研磨，用以中和有機酸，防止葉綠素受到破壞而保持色素結構。
5、研磨要迅速、充分。原因有三個：一是丙酮有毒且易揮發；二是為使葉綠體完全破裂，能提取較多色素；三是葉綠素極不穩定，容易水解。
6、在玻璃漏斗底部放一塊雙層的尼龍布，將研磨液迅速倒入其中過濾，將濾液收集到試管中后及時用膠塞塞緊，防止氧氣氧化分解色素。
7、為了得到清晰的四條色素帶，改進課本中在濾紙條上畫濾液細線的方法，使濾液細線接近“細、直、齊”的要求，即用蓋玻片代替毛細吸管。操作方法：用拇指和食指夾住常規蓋玻片，然后用其一邊沾取少量色素提取濾液，對準濾紙條上原來用鉛筆畫出來的細線，垂直放下，接觸濾紙條后稍用力，便得到較理想的濾液細線，最后分離的色素帶也較明顯，能清晰地觀察到不同色素的分布、顏色和寬度。
8、在分離色素時，將3ml層析液倒入100ml燒杯中，將濾紙條上畫有濾液細線的一端朝下，略微斜靠著燒杯的內壁，輕輕插入到層析液中，另一端輕折一下鉤住燒杯口邊緣，但不要讓濾紙條上的濾液細線接觸到層析液，這樣可防止色素溶于層析液中，導致色素帶不清晰，影響實驗效果。
在實驗教學中，讓學生了解實驗原理，在保證實驗安全的前提下，要求學生嚴格操作、細心觀察，一絲不茍地對待實驗操作的每一步驟，這是實驗成功的必需條件。實驗取得成功會激發學生對實驗教學產生濃厚興趣和熱情，同時也能培養學生科學嚴謹的學習態度，對培養和提高學生整體素質具有重要的促進作用。
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