“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验的问题及改进策略

李福玉 （四川师范大学生命科学学院 四川成都 610101）

“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”是人教版高中教材《生物必修1·分子与细胞》第2章第1节的内容，是教材安排的第1个验证性实验。本节内容在学生学习了“细胞中的元素和化合物”的基础上，过渡到糖类、脂质和蛋白质的学习，旨在帮助学生直观地认识细胞中的有机化合物，克服对微观世界的认识困难，并通过合作学习、对多种实验材料进行重复检测等方法提高学生的实验技能。此外，高一学生思维活跃、好奇心强、对实验很感兴趣，但他们大多时候只是喜欢实验的轻松氛围，并未真正掌握知识，且本实验需要探究的内容较多，操作繁琐，学生会出现实验做不完、现象不明显等问题。为此，本文从实验原理的角度对此实验的不足进行了分析并给出改进方案，有利于提高实验教学效果。

1 本实验常见问题

1.1 颜色干扰

1.1.1 材料颜色干扰 马铃薯组织匀浆后若不进行抗氧化处理，则易发生酶促褐变而导致颜色改变。在完整的组织中，多酚氧化酶（PPO）与底物是分隔开的，不会发生褐变；但当植物细胞受机械损伤后，生物组织的完整性被破坏，O2的侵入造成酚类物质在酶的作用下迅速氧化成醌类物质，醌的积累使得醌进行多聚化生成黑褐色素［1］。鲜切马铃薯酶促褐变途径如图1，马铃薯邻苯二酚氧化机制如图2。此外，生物组织中的还原糖和氨基酸，在加热过程中会发生非酶促反应—梅拉德反应（Maillard Reaction），使组织匀浆液颜色改变，干扰实验现象。

图2 马铃薯中邻苯二酚的氧化机制

教材中提供的实验材料为苹果匀浆和马铃薯匀浆，这2种材料极易被氧化，而鉴定这些物质利用的是显色反应，要求待测样品与显色剂之间的颜色差别要大，显色时的颜色变化才明显，否则会干扰实验结果，影响实验者对实验的判断。用褐变的实验材料与斐林试剂水浴加热后颜色呈砖红色，颜色变化并不鲜明，由此得出苹果中含有还原糖的结论说服力不够。

1.1.2 试剂颜色干扰 教材将花生种子或匀浆作为检测脂肪的实验材料，虽然使用花生匀浆操作方便，但苏丹Ⅲ（Ⅳ）染液本身为较深的橘黄色（红色），滴加到花生种子切片或花生种子匀浆中依旧是橘黄色（红色），缺少对比，不能证明是苏丹Ⅲ将脂肪染成了橘黄色（红色）。

1.2 实验方法繁琐 在检测还原糖中，教材选用苹果或梨匀浆，虽然还原糖的含量较高，但需将苹果或梨清洗、削皮、切块、榨汁、过滤等步骤，在实际操作中，这一步骤用时长，工作量较大，且匀浆久置会发生褐变。

检测组织中的脂肪，教材要求制作子叶临时切片，切片要求用刀片在花生子叶的断面上平行切下若干薄片。徒手切片操作时间较长，有可能导致学生在一定时间内难以完成本实验；且尖锐的刀片易划伤手指，即使有些学生的动作符合要求，所切的薄片也较厚；有些学生怕切到手，便像切菜一样进行切片，切出的薄片也较厚，导致实验基本失败［2］。此外，需用显微镜观察切片中被染色的脂肪粒，操作繁杂，用时较长。

针对蛋白质的检测，教材提供了豆浆和新鲜肝脏研磨液。豆浆廉价易得，实验效果明显，是备选材料的首选，而新鲜肝脏研磨液虽含有丰富的蛋白质，但是有腥味且不及时清洗会黏附在试管壁。

1.3 缺少对照 对3类物质的检测，教材实验均只有一支组织样液试管，未设置对照，尤其是对于糖类和蛋白质的检测，其结果很难有说服力。

2 实验改进

基于以上分析，按照生物学实验“单一变量、对照原则、等量原则、科学性原则”的基本要求，通过探究，对本实验进行改进。

2.1 还原糖的检测 在实验材料选择上，新增2种材料——白萝卜和葡萄。白萝卜廉价易得，组织液透明，可储备到第2天且不变色，能取得良好的实验效果。葡萄中还原糖含量高，水分充足，无须研磨和粉碎，只需去皮挤压即可得到组织液。

在实验操作上，增设3 mL 5%葡萄糖液+3 mL斐林试剂及3 mL蒸馏水+3 mL斐林试剂2组对照组。在反应过程中，教材将试管放入盛有50～65℃温水的大烧杯中加热约2 min，改进方案采用恒温水浴锅60℃水浴加热，温度可控且避免酒精灯加热的安全隐患。

2.2 脂肪的检测 经分析和实践，有4种方法可以解决脂肪检测中的问题。

1）双刀片切片法：将2片刀片合在一起连续切几次，这样在2片刀片之间很容易得到薄片，再将2刀片之间的薄片放至清水中，使各薄片分散，用毛笔蘸取最薄的一片用于制作装片。

2）涂片法：学生用刀片在浸泡并去除种皮的花生种子断面上轻轻刮取一些碎屑，做成涂片，经染色后，在显微镜下易找到被染成橘黄色的脂肪颗粒，实验得以顺利开展。

3）压纸条显色法：取一张白纸条，将其分为4个区域，并编号 A、B、C、D。取 1粒花生种子，去种皮，切成小块备用，对照表1进行处理。先用 A和D区域压榨小花生块（可用直尺辅助），使花生种子中的脂肪流出。然后在 C区域滴加适量的植物油，对比植物油与花生种子压榨物的颜色，之后在B区滴加指示剂颜色，作为指示剂颜色对照。最后在C、D区域分别滴加适量的苏丹Ⅲ（Ⅳ）染液，染色2～3 min后，观察并记录相应点位的颜色变化并分析得出实验结果［3］。该方法中花生种子直接使用，无需浸泡；无需刀片，不制作装片，减少了实验器材的使用并避免划伤；不使用显微镜，简化了实验装置。改进后的操作更简单，难度降低，现象明显。

表1 压纸条显色法的4个区域

4）肥肉涂片观察法：该法在材料选取上进行了创新，可检测动物组织中的脂肪。动物脂肪以脂滴（油滴状的微粒）的形式存在于脂肪细胞的细胞质中。脂肪被染色，实际上是苏丹染料被脂肪溶解、积累并吸附在脂滴上，从而呈现染料的颜色。肥肉涂片观察法操作简便，现象明显。具体做法为将肥肉切成小块，用解剖刀刮取肥肉的油脂涂抹于载玻片上，制成涂片，用苏丹Ⅲ（Ⅳ）染色，镜检。

2.3 蛋白质的检测 针对实验材料，新增鸡蛋清稀释液和蛋白研磨汁（将鸡蛋煮熟，去除蛋黄，将蛋白研磨成汁）。该材料不仅可以用于检测，且二者之间构成对照，加深学生对实验原理的认识：蛋白质变性后，虽空间结构被破坏，但肽键依然存在，这表明双缩脲试剂反应的本质是与肽键反应。

在实验操作中，除教材的实验组外，增设蒸馏水2 mL+双缩脲试剂A液1 mL+双缩脲试剂B液4滴的空白对照组。因此，鸡蛋清稀释液试管为浅蓝紫色，鸡蛋白研磨汁试管为深紫色，蒸馏水试管为蓝色，现象明显。

3 教学反思

生物学是一门以实验为基础的科学，大量的科学知识来自实验，利用实验开展生物学教学，对实现课程标准理念的“核心素养为宗旨，教学过程重实践”至关重要。教材中的实验固然有许多无法替代的优越性，但教师可在教学过程中对教材实验进行适当创新。此外，在实验过程中，学生会问较多与实验原理相关的问题，教师应细致讲解实验原理，并进行一定的拓展，培养学生多思考的探究精神和实验动手能力。