“检测生物组织中的蛋白质”的实验教学改进

摘 要：色度传感器具有高灵敏度、高精确度、操作简便等优点。本文利用色度传感器对含蛋白质的溶液进行定量检测，将传统的验证性实验优化成为探究性实验。

关键词：色度传感器；定量；探究性实验

文章编号：1003-7586（2024）07-0046-02 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

“检测生物组织中的蛋白质”是苏教版普通高中教科书《生物学·必修1·分子与细胞》（以下简称“教材”）第1章第3节中经典的验证性实验。本实验的材料容易获得，实验试剂配制简便，实验步骤相对简单，实验结果较为明显，因此在高中生物学课堂中的开设率较高。但在学时紧张的情况下，部分学校在教学过程中，会将其和还原糖及脂肪的鉴定实验整合为一节课来完成。

1 背景分析

1.1 学科课程标准中的要求

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）中在教学建议部分明确指出：组织以探究为特点的主动学习是落实生物学学科核心素养的关键。实验教学是促成学生发展生物学学科核心素养的重要支撑。

教师在重视定性实验的同时，也应重视定量实验，让学生在量的变化中了解事物的本质。

在检测生物组织中的蛋白质的传统实验中，蛋白质会与双缩脲试剂进行反应，溶液显紫色，从而得出生物组织中含有蛋白质的实验结论。教材在该节的练习部分，也设置了一道关于不同食物中蛋白质含量的资料分析题，学生在此基础上产生疑问：如何检测组织中蛋白质的含量？

1.2 传感器进入课堂，实现实验课程转型

在中学阶段开展定量实验，对教师、学生及实验室的设备仪器都提出了较高的要求。以检测溶液中的蛋白质含量为例，双缩脲试剂检测法是一种常用的方法，其原理是蛋白质分子中的肽键与Cu2＋在碱性溶液中发生显色反应，且颜色的深浅与蛋白质的含量在一定范围内成正比关系。一般实验思路是配制一系列浓度梯度的标准蛋白质溶液并使用双缩脲试剂处理后，使用分光光度计检测反应后溶液的吸光度，并根据标准蛋白质溶液的浓度梯度绘制标准曲线，进而确定待测溶液的蛋白质浓度。［1］［2］由于受到条件限制，高中生物学实验室能够提供的分光光度计数量较为有限，因此很难在有限的课堂时间内完成所有小组的实验活动。

将传感器引入中学生物学实验，能使实验教学脱离实验器材的限制，而更集中于如何设计实验、减小实验误差等方面，进而发展学生的科学素养。传感器种类众多，如二氧化碳传感器、pH传感器等，在很多中学实验中都有广泛的应用。本实验采用色度传感器替代传统的分光光度计，其具有体积小、灵敏度高、使用便捷等优点，更适用于高中阶段的分组实验。

2 实验流程

2.1 实验准备

2.1.1 教师准备

实验材料：结晶牛血清白蛋白、鸡蛋清、乳制品等。

实验仪器及试剂：数据采集系统、色度传感器、电子秤、移液枪、100mL容量瓶、试剂瓶、试管、比色杯、双缩脲试剂。

2.1.2 学生准备

3～4人为一个小组，选择实验材料；学生通过查找相关资料和商品信息，了解待检测溶液的蛋白质含量；明确实验原理，自主设计实验流程。

2.2 实验步骤

2.2.1 配制不同浓度的标准蛋白质溶液

学生称取结晶牛血清白蛋白0.5g，加入蒸馏水溶解，并定容至100mL，即可得到5g／L的蛋白质溶液。使用移液枪进行梯度稀释，分别得到浓度为1.25g／L、2.5g／L、3.75g／L的标准蛋白质溶液。

2.2.2 对待测溶液进行合理稀释

学生分别以稀蛋清和某乳制品为实验对象，并各自取样1mL，分别加蒸馏水定容至100mL。两组待测稀释液分别命名为蛋清组和乳制品组。

2.2.3 蛋白质鉴定

学生取6支试管进行编号，1号试管加入2mL蒸馏水，2～5号试管分别加入2mL不同浓度的标准蛋白质溶液，6号试管加入稀释后的待测溶液。在1～6号试管中分别加入1mL 0.1g／mL的氢氧化钠溶液摇匀，再分别滴加6滴0.01g／mL的硫酸铜溶液摇匀，最终记录每个试管的颜色变化。

2.2.4 蛋白质含量测定

学生将各试管中的溶液转移至比色杯中，打开专用检测软件，设置浓度范围和吸光值范围，建立坐标，并在数据记录表中依次输入0、1.25、2.5、3.75、5。打开色度传感器的盖子，依次将比色杯放入，点击“开始实验”按钮，选择G值记录数据，当吸光值稳定后，点击“记录数据”按钮，将所测数值记录在表格中。点击“计算”即可获得稀释后待测溶液蛋白质含量。点击“绘图”按钮获得蛋白质标准曲线，保存图片记录实验结果。

3 实验结果与分析

3.1 实验结果

3.1.1 蛋清组

本实验中鸡蛋约为50 g，蛋清体积约为30mL，通过本实验现象可知，稀蛋清液与双缩脲试剂反应显紫色，说明稀蛋清液中含有蛋白质。通过计算实验所测数据可知，蛋清液中约含有蛋白质3.21g。蛋清组所查资料中显示，一个鸡蛋清的蛋白质含量约为3g，与该组实验数据吻合。

3.1.2 乳制品组

该乳制品体积为100mL，通过本实验现象可知该乳制品稀释液与双缩脲试剂反应显紫色，说明该乳制品含有蛋白质。通过计算实验所测数据可知，蛋白质含量约为1.1g。

某乳制品组按照商品包装上相关信息所示，该乳制品含有蛋白质1.2g，与该组实验的数据基本一致。

4 实验创新及反思

本节课巧妙地利用了色度传感器，将测定蛋白质含量的实验融入到中学课堂中，形成探究性实验课。课堂以学生为主体，教师作为引导者和观察者，充分调动学生的学习兴趣，引导学生掌握科学的实验方法和思维过程。

实验的过程是一个不断发现问题、分析问题、解决问题的过程，而验证性实验课程通常具有规范的操作步骤，学生按部就班地实施，易导致学生实验能力和科学思维得不到充分的锻炼，降低学生的求知欲望。本节课属于半开放式课堂，既有常规的实验步骤，也有学生亲自设计的创新方法，例如对于实验材料的选择；配制标准蛋白质溶液时牛血清白蛋白的质量；待测样液的稀释倍数；标准蛋白质的浓度梯度等。

参考文献

［1］林建春.基于课程标准的高中生物学实验教学改进——以“检测生物组织中的蛋白质”为例［J］.中学生物学，2021，37（4）：35-37．

［2］张峰.高中生物学实验探究与指导［M］.福建：福建人民出版社，2019：67-68．