培育玉米黄化苗进行“色素的提取与分离”实验

郭爱平 （对外经贸大学附中 北京 100102）

光是绿色植物进行光合作用的必要条件，也会影响光合色素的合成，多数植物在黑暗中生长时叶片会呈现黄色，即产生黄化现象。缺乏光照引起的叶片黄化现象与哪些色素的含量变化有关？色素的缺失是否会影响植物对光能的捕捉？与正常生长的植物相比，黄化苗的光合作用强度是否会明显下降？由黄化苗引出的这些问题，可帮助教师开展“叶片中色素的提取与分离”实验，引导学生在真实的问题情境中掌握实验的原理与方法，同时实验结果也会成为学生构建新概念的事实依据。本文介绍培育玉米黄化苗的过程，及其光合特性的测定方法和结果，可作为高中生物学课堂教学的素材与依据。

1 材料与方法

1.1 材料培养 取玉米种子于室温下加水培养，每日观察萌发情况，并适时添水、换水。待幼苗的真叶冲破胚芽鞘后，挑选长势基本相同的玉米幼苗移栽至空白琼脂培养基中。培养基的作用是为幼苗的生长提供固着的基质，培养基表面覆盖棉花并加适量清水。

将2 个烧杯共16 株幼苗置于暗箱中培养，另取2 个烧杯16 株幼苗置于自然光下室温培养。培养1 周后获得玉米黄化苗及对照组正常幼苗。

1.2 光合色素含量测定

1.2.1 光合色素的提取

1）用电子天平称取玉米黄化苗和对照组正常苗叶片各2.5 g。2）取研钵2 个，加入0.25 g 碳酸钙和0.5 g 二氧化硅；再注入无水乙醇5 mL。3）将2组幼苗叶片剪碎后分别置于研钵中研磨。利用研钵中较高浓度的色素提取液在滤纸条上画滤液细线后，再注入无水乙醇5 mL，继续研磨。4）用纱布分别对上述提取液进行过滤以备离心。

1.2.2 纸层析法分离色素

1）制备滤纸条，并剪去两角。2）利用载玻片边缘（斜向）蘸取色素提取液，反复多次在滤纸条距剪角端约1 cm 处画滤液细线。3）取等量层析液（95%乙醇∶苯=9∶1）分别置于烧杯中，并将滤纸条剪角端接触层析液。

1.2.3 利用分光光度计检测各种色素含量

1）取黄化苗和对照组苗的色素提取液置于2 mL 离心管中，以16 000 r／min 的转速离心5 min。2）利用无水乙醇将离心后的色素提取液稀释25 倍后再进行离心。3）用无水乙醇校正分光光度计，测定663 nm、646 nm 和470 nm 处的光吸收值［1］，并据此计算叶绿素a、叶绿素b 和类胡萝卜素的含量。

1.3 淀粉的测定

1.3.1 幼苗照光 将对照组苗暗处理一昼夜后（消耗掉原有淀粉），再将黄化苗与对照组苗一起接受自然光照射5 h。

1.3.2 叶片脱色 取等量50%乙醇注入2只烧杯中，剪取玉米黄化苗和对照组苗各6 片叶，分别浸没于酒精中，并用电磁炉隔水加热。

1.3.3 碘液检测 将脱色后的叶片展平，滴加碘液覆盖叶片。一段时间后，用清水反复漂洗，将多余碘液去除。

2 结果与分析

2.1 玉米黄化苗和正常苗光合色素含量比较

2.1.1 纸层析法分离色素的实验结果 实验共进行2 次，每次黄化苗和对照组各取2 张滤纸点样（图1，本文附图见封四）。

2.1.2 分光光度计的测量结果 表1中数据为2组色素提取液中叶绿素a、叶绿素b 和类胡萝卜素的含量。

表1 黄化苗和正常苗叶绿体色素含量比较（单位：mg／g）

上述结果分别从定性和定量2 个方面说明，缺乏光照导致黄化苗叶绿素a 和叶绿素b 难以合成，类胡萝卜素合成减少。叶片中叶绿素和类胡萝卜素比例的改变也是引发玉米苗黄化的原因。

2.2 玉米黄化苗和正常苗照光5 h 后淀粉的检测图2为脱色后的玉米叶片，图3是加碘液处理并漂洗4 次后的结果。由于叶片经酒精处理后质地变软，因此叶片边缘略卷曲，会影响颜色的呈现。

图3结果显示，正常苗叶片经碘液染色后，颜色明显深于黄化苗。结果说明，与黄化苗相比，正常苗进行光合作用能产生较多淀粉。

3 小结与讨论

新课程标准中要求学生能“说明植物细胞的叶绿体从太阳中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能”［2］，达成此要求的过程就是构建“光合作用”这一新概念的过程。新概念的形成需要引导学生寻找事实作为证据，其中“叶片中的光合色素能捕捉光能”这一事实即可通过“色素的提取与分离”实验逐步揭示。

以往教学中，“叶片中色素的提取与分离”常常为完成教学而实验，脱离构建新概念这一最终目标。教师可尝试按照本文介绍的方法培育玉米黄化苗，通过引导学生比较黄化苗和对照组正常苗的色素种类与含量，让学生在真实的问题情境中掌握实验的原理和方法。同时，利用分光光度计对色素进行定量的分析，结合仪器的作用原理帮助学生认识到“色素能够捕捉光能，不同色素吸收光的范围不同”这一事实。此外，对淀粉含量的测定不但回顾了萨克斯的经典实验，还让学生直观感受到色素缺失会导致叶片光合作用能力的下降。

总之，培育黄化苗进行课堂教学实现了一举多得，为“光合作用”这一新概念的生成提供了充分的事实和实验依据。