叶绿体中色素的提取和分离-

高二生物：叶绿体中色素的提取和分离
1、理解障碍的突破
用“迁移法”理解本课实验原理及方法步骤原理。
（1）跨学科知识的迁移。
本实验中关于叶绿体中色素的提取和分离实验就同时涉及到相关的有机物的性质、有机溶剂的特点、物质的溶解度等化学知识以及物质扩散等物理学知识，借助于这些知识，可以更好地理解叶绿体中色素的提取和分离实验的原理。
叶绿体中色素提取的原理是：由于光合色素位于叶绿体中的囊状结构(繁注：即类囊体)上，要把它提取出来必须破坏叶表皮、细胞壁和细胞膜、叶绿体的双层膜，所以要剪碎后加二氧化硅研磨，以便使色素充分被提取。又因为叶绿体的色素不溶于水，但可溶于有机溶剂中，所以还要加入丙酮使色素溶解，来提取各种色素。另外还要加碳酸钙以保护叶绿体中的色素，原因是加碳酸钙以调节液体的pH，防止叶绿素被破坏。叶绿体中的色素溶解于有机溶剂如酒精或丙酮(相似相溶)，形成色素液。
分离的原理与四种色素在层析液中的溶解度有关。层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂，由于四种色素的化学组成和结构不同，因此每一种色素分子在层析液分子的作用下，克服色素分子之间的引力，向层析液中扩散的速度不同，即在层析液中的溶解度不同，因而四种色素随层析液在滤纸条上的扩散速度就不同，其中胡萝卜素在层析液中的溶解度最高，扩散速度最快，其次是叶黄素、叶绿素a，叶绿素b溶解度最低，扩散得最慢。依据此原理使滤纸条上处于同一滤液细线上的四种色素在扩散中分离开来。
(2)实验原理知识的迁移。
学习色素的提取和分离实验，关键在于对实验原理的理解。实验的每一步都有其内在的道理，理解原理不仅是实验成功的关键，也是理解实验方法步骤的关键。将实验原理知识迁移到方法步骤中，便于理解。
①取材时要选取新鲜的颜色较深的叶片，是因为以便使滤液中含较多的色素；
②研磨时加入二氧化硅的目的是为了研磨得充分，更有效地破坏细胞结构；但由于二氧化硅是特别细的白色粉末，再加上控制不好用量，易过量，使滤液中含有较多的二氧化硅，而导致滤液颜色变浅。滤液中杂质越多，实验现象越不明显。有实验证明，改用白细河沙(洗净干燥后用)代替二氧化硅粉末，这样研磨更充分，滤液中减少了杂质的含量，颜色变得深绿，实验效果明显。
③加入少许碳酸钙的目的是为了防止在研磨过程中，叶绿素受到破坏。因为叶绿素分子结构中含有一个镁原子，当细胞破裂时，细胞液内有机酸中的氢可取代镁原子而成为褐色的去镁叶绿素，碳酸钙可中和有机酸以防止去镁反应的发生。
④研磨要迅速、充分。这是因为一是因为丙酮容易挥发；二是为了使叶绿体完全破裂，从而能提取较多的色素；三是叶绿素极不稳定，能被活细胞中的叶绿素酶水解而破坏。
⑤制备滤纸条时，根据小孔(边缘)扩散原理，物质分子沿边缘扩散速度要大于里边扩散的速度，因此要将滤纸条的一端剪去两角，主要是为了延长边缘长度，这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀，便于观察实验结果。
⑥画线时，一定要细并且直，这样可以防止色素带重叠，使色素分子均匀分布在一条直线上，做到扩散起点一致。重复划2~3次，是为了增加滤液细线上的色素分子数量，使实验效果更加明显。
⑦分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线没及到层析液，这是因为色素易溶解于层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果。
2．解题障碍的突破
(1)用“类比分析法”或“直接判断法”解某些实验步骤对实验结果影响的题。
[例1]某同学在做“叶绿体中色素的提取和分离”实验时，操作情况如下所述：
①将5 g新鲜完整的菠菜叶，放入研钵中，加入丙酮、石英砂、碳酸钙以后，迅速研磨，然后按要求过滤。
②用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线处小心均匀地划出一条滤液细线，并连续迅速地重复划2～3次。
③把划好细线的滤纸条插入层析液中，并不断摇晃，以求加快色素在滤纸条上的扩散。
但结果实验失败，请指出其错误所在：
(1)____________________________；
(2)____________________________；
(3)____________________________。
解析：用“类比分析法”解。对新鲜绿叶应除去粗的叶脉后再行称重，以增加单位重量叶片所含的叶绿素；此外，还需将叶尽量剪碎，提高研磨效果；划滤液线时，须待所划的滤液线干燥后再重复划线，否则会造成划线过粗和色素浓度低的情况；滤纸条插入层析液后，由于摇晃，使层析液接触滤液线而将色素溶解，会严重影响实验结果。
答案：
(1)未去除粗叶脉和将叶剪碎，降低了叶绿素的提取率
(2)上一次滤液细线未干燥，即划下一次线，使滤液线过粗或线上色素量较低
(3)由于摇晃，层析液接触滤液线，溶解了色素
(2)用“发散思维与辐合思维结合法”解用实验原理进行实验设计的问题。
所谓“发散思维”主要是指从不同方面对同一问题进行思维的方法。发散思维与创造力有直接联系，是创造思维的中心，是测定创造力的重要标志之一。创造活动的确需要进行发散思维，尽可能多地联想，提出多种假设或可能的解决办法；然而，创造过程并不到此为止，接着还要根据一定的标准，从中选择一种最合适的办法或经过检验，采纳某一种假设，这就是辐合思维了。人的创造力固然要依靠发散思维，但是在创造活动中发散思维与辐合思维是紧密地联系着的。
[例2]某同学设计一个“探索叶绿体中色素的提取和分离”的实验，但缺少漏斗、试管、滤布、直尺、铅笔，怎样做才能使其提取的色素又多分离的效果又好？请你帮助设计一个最佳方案。
解析：用“发散思维与辐合思维结合法”解。在掌握实验原理的基础上，可以采用不同的方法来做此实验，进行充分发散思维，从中选出当时条件下的最佳方案。
答案：
方法1：在原实验(叶绿体中色素的提取和分离实验)步骤的基础上做如下改进：
(1)第一步加入的丙酮要少些(1～2 mL)。
(2)将研磨液(稍稠糊状)取出，放在干净载玻片上，用另一干净载玻片在研磨液上平推一下，越平越好。
(3)将滤纸条剪角端在1 cm处折180°，将折处在研磨液平面上沾一下(要快而平)，达到画滤液线效果，待干燥后可重复沾2～3次(这样由于研磨液浓度大，滤纸条上的色素线含色素多，且简便易做)。
方法2：用粉笔分离色素
(1)按上述方法提取叶绿体色素提取液。
(2)取一支白粉笔(干燥)，把一端(0．5 cm)竖直浸入叶绿体色素提取液中，充分吸液，然后让其干燥。
(3)取一培养皿，注入少量95%乙醇，把上述粉笔绿色一端竖立于乙醇当中，片刻，可以看到不同色素沿粉笔分离。
【同步达纲练习】
1．在圆形滤纸的中央，滴上叶绿体的色素滤液进行色素分离，可看到近似同心环状的四个色素圈，排列在最外的一个呈
A．蓝绿色
B．黄绿色
C．黄色
D．橙黄色
2．叶绿体中色素的提取和分离实验主要证明了
A．色素分布在叶绿体囊状结构薄膜上
B．叶绿素含量是类胡萝卜素的四倍
C．叶绿体中色素的种类和各种色素的颜色
D．四种色素扩散速度不同
3．某同学做“叶绿体中色素的提取和分离”实验，在下列操作中若有失误，请在失误处划线并更正：
①将5克绿叶片剪碎放研钵中，加入少许二氧化硅和碳酸钙，再加2 mL石油醚，并迅速充分研磨。
②在预备好的滤纸条上，距剪去两角一厘米处用钢笔画横线。
③用毛细管吸取少量滤液，沿横线处均匀地划出一条滤液细线，紧接重复划2～3次。
④将层析液倒入烧杯中，然后将滤纸条划有细线的一端朝下，轻轻插入到层析液中，注意层析液最好没及滤纸条上滤液细线。
更正的内容为：
①____________________________。
②____________________________。
③____________________________。
④____________________________。
若用叶色很浅的菠菜心叶做此实验，效果很差的原因在于_________；若用菠菜的老黄叶作实验材料，经层析后在滤纸条上分离出来了色素带，但是色素带存在缺陷，缺陷是________________________________________。
【同步达纲练习】参考答案
1、 解析：用“直接判断法”来解。
答案：D
2．解析：用“类比分析法”来解。
答案：C
3．解析：用“类比分析法”来解。
失误处划线：
①将5克绿叶片剪碎放研钵中，加入少许二氧化硅和碳酸钙，再加2 mL石油醚，并迅速充分研磨。
②在预备好的滤纸条上，距剪去两角一厘米处用钢笔画横线。
③用毛细管吸取少量滤液，沿横线处均匀地划出一条滤液细线，紧接重复划2~3次。
④将层析液倒入烧杯中，然后将滤纸条划有细线的一端朝下，轻轻插入到层析液中，注意层析液最好没及滤纸条上滤液细线。
更正的内容为：
答案：加2 mL丙酮    用铅笔划线    干燥后再划下一次    色素线不能没入层析液    色素含量太少    缺乏叶绿素