葉綠體色素的提取分離及含量研究

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“葉綠體色素的提取分離及葉綠素含量的測定”是滬科版高中生物學教材(2019)版必修1《分子與細胞》中的一個學生實驗。教材在傳統的葉綠素提取分離基礎上，增加了新老葉片葉綠素含量的比較分析。通過本節實驗課，學生學會脂溶性色素的提取和分離，以及定量測量葉綠素含量的方法，既加深對色素的感性認識，使學生從量的角度加深對植物葉片結構與功能關系的認識，也能進一步強化定量研究的思想，并為后續學習光合作用的過程做好鋪墊。雖然此前學生已經學習了葉綠體色素的存在場所、分類及其特性，已具備了使用分光光度計測定細胞內水溶性物質含量的能力，但是在一課時內完成包括探究實驗設計在內的全部內容有一定困難。如何合理安排學習內容，在落實規定實驗內容的基礎上，增加實驗的探究性，提高學生的知識和技術應用能力，是本實驗教學設計要研究的問題。混合式教學是解決探究式實驗教學課時不足的有效途徑。

1課前完善探究方案

實驗前發布學習任務，要求學生通過觀看小視頻了解植物葉綠體色素分離鑒定及定量測定的原理和方法，提出學生應用該方法設計可探究的問題及方案。

1．1線上學習了解技術方法本實驗是一個注重操作性的實驗，實驗過程大致可以分為“提取—分離—測定”三個步驟，對學生操作的時間要求非常高。若是教師在課上一一展示操作步驟，則需耗費較多時間，且不好把控。此外，學生設計探究實驗方案，其實驗原理和技術路線是重要的基礎。因此，本節課通過教師前期錄制操作視頻，將該實驗的“提取—分離—測定”三個步驟精剪成三個時長為一分半鐘左右的微視頻，總時長不超過六分鐘。學生在課前在線觀看該視頻，教師在課堂上提問并回顧關鍵步驟，這樣大大地縮短了課上演示的時間，從而便于后續充分地展開自主探究和討論。

1．2小組合作，確定研究主題秋季，校園里的許多植物葉片開始從綠色漸變為黃色。學生在學習完葉綠體中色素的存在場所、吸光特性等知識后，自然而然會對葉片顏色變化的原因有了自己的猜想。那么是否可以通過一些實驗的技術手段來驗證他們的假設呢?“葉綠體色素的提取分離及葉綠素含量的測定”這一實驗的開展給他們的問題探究提供了一定的可行性。因此，課前布置任務，學生自由分組，根據想要研究的問題自主設計實驗方案，教師提供指導性建議。在教學過程中，發現學生能夠自主提出非常多的研究課題，例如:探究校園中同種植物的黃色葉片和綠色葉片中色素含量的比較;探究校園同種植物不同時期新葉、老葉的葉綠素含量的關系;探究金邊冬青衛矛同一葉片中“金邊”與“綠色”部分色素的差異……部分學生還通過事先預習實驗，聯想到茶葉的制備也是經過了烘干的工藝，從而提出了“探究不同種類茶葉中葉綠素含量的比較”的課題。

1．3通過前期準備縮短課堂耗時本實驗可以提前做好的前期準備有:①采集并烘干實驗材料:學生根據確定的研究主題，可以事先在校園里采集想要研究的實驗材料，并提前24小時進行烘干處理。部分學生的處理如表1所示。②提前設計實驗數據表格:為了能夠在課堂上直接得出實驗數據的處理結果并進行分析，教師可以指導學生提前利用Excel設計好表格，并且設置好相應公式和圖表。在實驗課上學生可以直接在表格中輸入色素提取液在665nm和649nm波長處的吸光度，然后利用Excel公式直接計算出稀釋液和原液中葉綠素a和葉綠素b的含量及比例，便于學生比較分析。

2課中分工合作，小組交流探究結果

2．1通過小組分工完成合作探究由于單組實驗操

作的數據可能會有誤差，所以采用每一大組的四個小組共同合作研究同一種實驗材料，起到平行重復的作用，提升數據的準確性。各組學生參照教材提供的葉綠體色素萃取、分離鑒定和定量測定方法，完成對各自材料的處理。為減小誤差，同組互為對照樣品的聚酰胺薄膜，放置在同一層析缸中同時層析，便于對比觀察實驗結果。本實驗的聚酰胺薄膜的層析法需要等待10—15min，耗時較長，教師需要合理安排實驗進度。例如減少實驗講解時間，通過提問引導學生回顧課前的視頻學習，通過提示強調實驗安全和操作難點，在等待層析結果的時間段同步完成分光光度計測定葉綠素含量等。

2．2分析數據，小組交流討論本節課是學生基于教

材已有的實驗技術手段，提出并嘗試解決問題的探究實驗，其內容與教材不完全相同。在各小組完成操作及數據處理后，選派代表展示實驗結果，闡述實驗結論。部分小組的交流如下。

(1)校園中同一植物不同顏色葉片葉綠體色素比較第1課題組學生選用校園中梔子的黃色葉片和綠色葉片開展了研究，小組通過對葉片中葉綠體色素的定性和定量比較分析，證明梔子葉片變黃與葉綠體色素之間的關系。結果顯示:綠色葉片呈現4中色素，葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和類胡蘿卜素;黃色葉片的類胡蘿卜素含量與綠色葉片較接近，但葉綠素a和b條帶很淺，含量明顯低于綠色葉片。由此現象學生初步得出結論:秋天葉色的變黃可能是由于葉綠素的減少導致葉片顯現出黃色，而非類胡蘿卜素的含量增加。定量檢測結果顯示:同一植株梔子的黃色葉片的葉綠素含量明顯低于綠色葉片(表2)。表2同一植株梔子的黃色葉片和綠色葉片葉綠素含量原液濃度黃色葉片綠色葉片提取液中葉綠素a濃度(mg/L)31．0793．25提取液中葉綠素b濃度(mg/L)81．32129．04提取液中總葉綠素濃度(mg/L)112．39222．29綜合定性和定量實驗結果，第1組學生推斷:植物葉片由綠轉黃是一個衰老過程，此時葉綠體色素發生改變，大量葉綠素降解，光合作用功能降低，葉片顏色也隨之發生改變。葉片衰老過程中，類胡蘿卜素含量沒有大的變化。

(2)不同品種綠茶的葉綠體色素的比較。學生聯系生活經驗，好奇經過殺青、定型、烘干等工藝加工后的綠茶茶葉是否可以用于植物葉綠體色素分離提取實驗。學生選擇了竹葉青和毛尖兩種綠茶開展了實驗探究。對竹葉青和毛尖兩種茶葉的色素提取液進行聚酰胺薄膜層析，發現層析能顯示4條色素條帶，但整體顏色較淺。葉綠素含量測定結果顯示(表3)，兩種茶葉葉綠素含量都明顯低于梔子綠葉。其中毛尖的葉綠素含量低于竹葉青。由此學生的推斷是:綠茶的加工過程對葉綠體色素有一定的破壞，制作后的茶葉不適宜做葉綠體色素提取分離的實驗材料。毛尖葉綠素含量低于竹葉青，可能與毛尖是由茶樹嫩芽制作有關，通常植物嫩芽葉綠素含量低于成熟葉片。

3實驗教學反思

實驗教學是生物學課程的特點，是生物學教學的基本形式之一，也是落實生物學核心素養的重要支撐。普通高中生物學課程標準中指出應鼓勵學生參與設計實驗。因此本設計源于學生在生活中的思考，由于本節課的教學進度正好是在秋季，結合校園中的葉色由綠到黃的變化，激發學生從生活中發現問題并解決問題的興趣和能力。學生在自主采集植物、設計并進行實驗探究的過程中，充分發揮了主觀能動性。例如在前期準備有部分學生曾將金邊冬青衛矛的金邊部分和綠色葉肉部分分離，探究同一葉片不同部位的色素含量，但是在預實驗過程中發現要將金邊和綠色部分進行精準分離有一定的難度，可能會導致實驗結果有一定的偏差。學生通過本節課掌握了色素的提取、分離和測定的技術方法，并通過小組合作開展探究，科學地記錄、處理實驗數據，能用圖表等形式定量表述實驗結果，在此過程中更好地理解了生命進程、生物結構與功能的關系。

作者:趙怡姍 單位:上海交通大學附屬中學