綠葉中色素的提取和分離及拓展實(shí)驗(yàn)

1、綠葉中色素的提取和分離及拓展實(shí)驗(yàn)貴州省綏陽縣綏陽中學(xué) 張淵一、使用教材實(shí)驗(yàn)選自人民教育出版社高中生物必修1分子與細(xì)胞第5章第4節(jié)能量之源光與光合作用。2、 實(shí)驗(yàn)器材和試劑（一）自制器材“綠葉中色素提取和分離及拓展實(shí)驗(yàn)”裝置（由密閉式色素分離器、柱層析裝置、光譜儀和光質(zhì)儀四個(gè)部分組成）。（二）分液漏斗、蒸餾裝置、50ml燒杯、10ml量筒、研缽、玻璃漏斗、干燥定性濾紙、注射器、剪刀、藥匙、天平、脫脂棉、紗布、鐵架臺(tái)、烘干箱。（三）實(shí)驗(yàn)材料：大黃葉片、新鮮黑藻（四）試劑：無水乙醇，碳酸鈣，二氧化硅，層析液等。3、 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新點(diǎn)（一）原實(shí)驗(yàn)不足之處一是在進(jìn)行色素分離時(shí)，常用方法為：在小燒杯內(nèi)盛放

2、層析液，上面蓋上培養(yǎng)皿，這樣層析液揮發(fā)會(huì)對(duì)師生造成傷害；二是綠葉中四種色素只是通過紙層析法，看到了四種色素的顏色，而沒有分離出四種色素的溶液；三是不同色素吸收光譜僅有圖譜和文字說明；四是色素吸收不同光質(zhì)的功能沒有進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證據(jù)支撐。這樣直接呈現(xiàn)靜態(tài)的知識(shí)結(jié)論，難以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更談不上激發(fā)學(xué)生的探索欲望。 （二）實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新之處研制了“綠葉中色素提取和分離及拓展實(shí)驗(yàn)裝置”，通過“環(huán)保型色素分離器”分離色素既安全環(huán)保又節(jié)約材料；柱層析法獲得不同色素溶液、光譜儀觀察不同色素吸收光譜、探究不同光質(zhì)對(duì)光合作用的影響，將靜態(tài)的知識(shí)結(jié)論轉(zhuǎn)變成動(dòng)態(tài)的探究過程，有利于學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究過程，發(fā)展理性思維和創(chuàng)

3、新意識(shí)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。四、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)1：綠葉中色素的提取和分離提取色素的實(shí)驗(yàn)原理：綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中，可以用無水乙醇提取綠葉中的色素。分離色素的原理：綠葉中的色素不止一種，它們都能夠溶解在層析液中；不同的色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，溶解度低的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得慢，幾分鐘后，綠葉中的不同色素就會(huì)隨層析液在濾紙上的擴(kuò)散而分離開。實(shí)驗(yàn)2：柱層析法分離不同色素溶液提取色素溶液實(shí)驗(yàn)原理：綠葉中的色素能溶解在有機(jī)溶劑石油醚中，石油醚不能溶解于水，所以用石油醚和水按2:1的比例能提取較純的色素；在通過蒸餾獲得色素濃縮液。分離色素溶液的

4、原理：不同色素在層析液中溶解度不同，溶解度不同的色素隨層析液的擴(kuò)散速度不同而彼此分離。實(shí)驗(yàn)3：觀察不同色素的吸收光譜實(shí)驗(yàn)原理：光經(jīng)過光柵可形成七色光譜，不同色素吸收不同波長(zhǎng)范圍的光，呈現(xiàn)出不同的吸收光譜。實(shí)驗(yàn)4：探究不同光質(zhì)對(duì)光合作用的影響實(shí)驗(yàn)原理：綠葉中的色素能吸收特定波長(zhǎng)范圍的光，不同光質(zhì)的光能影響植物的光合作用強(qiáng)度。五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)目標(biāo)1.說出綠葉中色素的種類和作用。2.說出色素的特點(diǎn)及提取和分離原理。（二）能力目標(biāo)1.師生共同研究實(shí)驗(yàn)裝置，利用裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)科學(xué)探究的過程。2.嘗試實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)1.尋找適合材料培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識(shí)。2.分

5、組實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)合作精神和社會(huì)責(zé)任。六、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合教材內(nèi)容和學(xué)生實(shí)際，為了幫助學(xué)生更好的理解光合色素的功能，建構(gòu)光合作用核心概念，設(shè)計(jì)了四個(gè)遞進(jìn)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)1：環(huán)保型色素分離實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)2：柱層析法分離色素溶液；實(shí)驗(yàn)3：光譜儀觀察不同色素光譜；實(shí)驗(yàn)4：探究不同光質(zhì)對(duì)光合作用的影響。七、教學(xué)過程設(shè)計(jì)（一）課堂導(dǎo)入創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)疑導(dǎo)入。白化苗無法正常生長(zhǎng)的原因是什么？色素有什么功能？如何獲得綠葉的中色素？怎樣研究它的功能？引入綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)。（二）實(shí)驗(yàn)1：綠葉中色素的提取和分離1.小組交流、討論，歸納實(shí)驗(yàn)操作步驟及注意事項(xiàng)。2.學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)學(xué)生分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：提取色素制備濾紙條

6、畫濾液細(xì)線分離色素。教師巡視，給予操作指導(dǎo)。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析比較，得出結(jié)論。過渡：大家已經(jīng)觀察到綠葉中的四種色素，我們能否分離出四種不同的色素溶液呢？（三）實(shí)驗(yàn)2：柱層析法分離不同色素溶液1、 實(shí)驗(yàn)器材如圖所示2.實(shí)驗(yàn)過程（1）制備色素濃縮液研磨、過濾，提取色素溶液。分液。量取30mL色素溶液、20mL石油醚、10mL水于燒杯內(nèi)混合；注入分液漏斗分液，獲得純凈的色素溶液。蒸餾。將步驟中獲得的純凈色素溶液進(jìn)行蒸餾，獲得濃縮的色素溶液。（2）制備纖維粉剪定性濾紙。用豆?jié){機(jī)打磨成纖維粉備用。（3）制備層析柱將纖維粉裝入20mL注射器筒，用活塞壓緊至4cm高。將步驟（1）中濃縮色素

7、注入適量纖維粉，攪拌，烘干。如此重復(fù)幾次，獲得含較多色素的纖維粉。再把含色素的纖維粉裝入步驟注射器筒上層，裝5mm高。（4）柱層析不同色素溶液向柱層析裝置倒置的試劑瓶中注入層析液。將步驟（3）中的層析柱置于其下，打開控制流速開關(guān)，控制層析液滴落的速度為每分鐘約40滴。等待幾分鐘，就可在層析柱下方的小注射器依次收集類胡蘿卜素、葉綠素。分別將第（1）步驟得到的濃縮色素溶液、上一步分離的類胡蘿卜素和葉綠素用注射器注入比色杯備用。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果（四）實(shí)驗(yàn)3：觀察色素的吸收光譜1.實(shí)驗(yàn)儀器 2.實(shí)驗(yàn)過程（1）教師提問：色素有什么功能？不同色素吸收相同波長(zhǎng)的光嗎？如何驗(yàn)證？（2）學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)將盛有蒸餾水的

8、比色杯置于光源與光柵間的小槽，打開電源，觀察光柵上呈現(xiàn)的光譜。再將含四種色素、只含類胡蘿卜素和葉綠素的3個(gè)比色杯分別置于光源與光柵間的小孔，觀察不同色素溶液的吸收光譜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，得出結(jié)論色素具有吸收光能的作用；葉綠素和類胡蘿卜素的吸收區(qū)有差異；兩類色素都幾乎不吸收綠光。（五）實(shí)驗(yàn)4：探究不同光質(zhì)對(duì)光合作用的影響1.實(shí)驗(yàn)儀器：如圖72.實(shí)驗(yàn)過程（1）教師提問：通過實(shí)驗(yàn)3我們觀察到不同色素吸收不同顏色的光，那么，如何能更進(jìn)一步證明不同光質(zhì)對(duì)光合作用中的影響呢？這個(gè)實(shí)驗(yàn)的因變量是什么？如何檢測(cè)？ 圖8 光質(zhì)儀構(gòu)造模式圖（2）學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)取采集至同一環(huán)境，大小和形態(tài)一致的3段黒藻，分別置于3個(gè)

9、50ml的燒杯中。將3個(gè)燒杯分別置于光質(zhì)儀中白光燈、綠光燈和紅光燈下。打開電源開關(guān)，用功率相同、顏色不同的燈處理植物相同時(shí)間。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象a.隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，白光組的氧氣釋放量迅速增大，至實(shí)驗(yàn)持續(xù)10分鐘時(shí)釋放的氧氣呈串狀，綠光組未釋放氧氣，紅光組釋放少量氧氣。b.實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間至30分鐘時(shí)，3組的氧氣釋放量為白光組釋放量很大，紅光組釋放量較少，綠光組偶爾有氣泡釋放。 對(duì)比分析，得出結(jié)論a. 綠色植物幾乎不吸收綠光；能夠吸收紅光進(jìn)行光合作用；白光是七色光，同時(shí)含綠色植物光合作用主要吸收的藍(lán)紫光和紅光，所以光合作用速率快。提問： 30分鐘后，為什么綠光組偶爾也會(huì)有氣泡釋放呢？b.30分鐘后綠光

10、組偶爾有氣泡釋放是因?yàn)橥ㄟ^前面的觀察窗口有自然光照射到植物，這可以通過改進(jìn)裝置避免無關(guān)變量對(duì)結(jié)果的影響。八、實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)（一）創(chuàng)新之處紙層析時(shí)，利用密閉式色素分離器減少層析液揮發(fā)到教室，保護(hù)師生健康，實(shí)驗(yàn)時(shí)每班約用50ml層析液，且實(shí)驗(yàn)后可回收剩余的層析液，所以每個(gè)班耗費(fèi)的層析液小于50ml，具有安全環(huán)保、節(jié)省試劑和避免環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)，這樣的設(shè)計(jì)思想能培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境意識(shí)、健康意識(shí)和節(jié)約的良好品德。通過柱層析法分離獲得了不同的色素溶液。可見度高。通過觀察不同色素的吸收光譜、探究不同光質(zhì)對(duì)光合作用的影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，能啟起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的探索熱情。四個(gè)實(shí)驗(yàn)層層深入、環(huán)環(huán)相扣，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生動(dòng)手和動(dòng)腦結(jié)合，體驗(yàn)了科學(xué)探究的過程，發(fā)展了學(xué)生理性思維。讓學(xué)生逐漸“走近”，并最終“走進(jìn)”光合色素功能的世界。（二）改進(jìn)與展望“探究不同光質(zhì)對(duì)光合作用的影響”實(shí)驗(yàn)增加一組藍(lán)紫光，為學(xué)生得出結(jié)論提供更充分的證據(jù)。更換“探究不同光質(zhì)對(duì)光合作用的影響”裝置的燈，3組均為白光燈，但每組的功率不同，就能探究“不同光強(qiáng)對(duì)光合作用的影響”。增加氧氣傳感器，可將定性實(shí)