绿叶中色素的提取和分离及拓展实验

1、绿叶中色素的提取和分离及拓展实验贵州省绥阳县绥阳中学 张渊一、使用教材实验选自人民教育出版社高中生物必修1分子与细胞第5章第4节能量之源光与光合作用。2、 实验器材和试剂（一）自制器材“绿叶中色素提取和分离及拓展实验”装置（由密闭式色素分离器、柱层析装置、光谱仪和光质仪四个部分组成）。（二）分液漏斗、蒸馏装置、50ml烧杯、10ml量筒、研钵、玻璃漏斗、干燥定性滤纸、注射器、剪刀、药匙、天平、脱脂棉、纱布、铁架台、烘干箱。（三）实验材料：大黄叶片、新鲜黑藻（四）试剂：无水乙醇，碳酸钙，二氧化硅，层析液等。3、 实验教学的创新点（一）原实验不足之处一是在进行色素分离时，常用方法为：在小烧杯内盛放

2、层析液，上面盖上培养皿，这样层析液挥发会对师生造成伤害；二是绿叶中四种色素只是通过纸层析法，看到了四种色素的颜色，而没有分离出四种色素的溶液；三是不同色素吸收光谱仅有图谱和文字说明；四是色素吸收不同光质的功能没有进一步的实验证据支撑。这样直接呈现静态的知识结论，难以激起学生的学习兴趣，更谈不上激发学生的探索欲望。 （二）实验创新之处研制了“绿叶中色素提取和分离及拓展实验装置”，通过“环保型色素分离器”分离色素既安全环保又节约材料；柱层析法获得不同色素溶液、光谱仪观察不同色素吸收光谱、探究不同光质对光合作用的影响，将静态的知识结论转变成动态的探究过程，有利于学生体验科学探究过程，发展理性思维和创

3、新意识，提高了实验教学的有效性。四、实验原理实验1：绿叶中色素的提取和分离提取色素的实验原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。分离色素的原理：绿叶中的色素不止一种，它们都能够溶解在层析液中；不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢，几分钟后，绿叶中的不同色素就会随层析液在滤纸上的扩散而分离开。实验2：柱层析法分离不同色素溶液提取色素溶液实验原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂石油醚中，石油醚不能溶解于水，所以用石油醚和水按2:1的比例能提取较纯的色素；在通过蒸馏获得色素浓缩液。分离色素溶液的

4、原理：不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度不同的色素随层析液的扩散速度不同而彼此分离。实验3：观察不同色素的吸收光谱实验原理：光经过光栅可形成七色光谱，不同色素吸收不同波长范围的光，呈现出不同的吸收光谱。实验4：探究不同光质对光合作用的影响实验原理：绿叶中的色素能吸收特定波长范围的光，不同光质的光能影响植物的光合作用强度。五、实验教学目标（一）知识目标1.说出绿叶中色素的种类和作用。2.说出色素的特点及提取和分离原理。（二）能力目标1.师生共同研究实验装置，利用装置进行实验，体验科学探究的过程。2.尝试实验方案的设计。（三）情感态度与价值观目标1.寻找适合材料培养学生探索精神和创新意识。2.分

5、组实验培养合作精神和社会责任。六、教学内容设计依据课程标准，结合教材内容和学生实际，为了帮助学生更好的理解光合色素的功能，建构光合作用核心概念，设计了四个递进实验。实验1：环保型色素分离实验；实验2：柱层析法分离色素溶液；实验3：光谱仪观察不同色素光谱；实验4：探究不同光质对光合作用的影响。七、教学过程设计（一）课堂导入创设情境，设疑导入。白化苗无法正常生长的原因是什么？色素有什么功能？如何获得绿叶的中色素？怎样研究它的功能？引入绿叶中色素的提取和分离实验。（二）实验1：绿叶中色素的提取和分离1.小组交流、讨论，归纳实验操作步骤及注意事项。2.学生分组实验学生分小组进行实验：提取色素制备滤纸条

6、画滤液细线分离色素。教师巡视，给予操作指导。3.实验结果与结论展示实验结果，分析比较，得出结论。过渡：大家已经观察到绿叶中的四种色素，我们能否分离出四种不同的色素溶液呢？（三）实验2：柱层析法分离不同色素溶液1、 实验器材如图所示2.实验过程（1）制备色素浓缩液研磨、过滤，提取色素溶液。分液。量取30mL色素溶液、20mL石油醚、10mL水于烧杯内混合；注入分液漏斗分液，获得纯净的色素溶液。蒸馏。将步骤中获得的纯净色素溶液进行蒸馏，获得浓缩的色素溶液。（2）制备纤维粉剪定性滤纸。用豆浆机打磨成纤维粉备用。（3）制备层析柱将纤维粉装入20mL注射器筒，用活塞压紧至4cm高。将步骤（1）中浓缩色素

7、注入适量纤维粉，搅拌，烘干。如此重复几次，获得含较多色素的纤维粉。再把含色素的纤维粉装入步骤注射器筒上层，装5mm高。（4）柱层析不同色素溶液向柱层析装置倒置的试剂瓶中注入层析液。将步骤（3）中的层析柱置于其下，打开控制流速开关，控制层析液滴落的速度为每分钟约40滴。等待几分钟，就可在层析柱下方的小注射器依次收集类胡萝卜素、叶绿素。分别将第（1）步骤得到的浓缩色素溶液、上一步分离的类胡萝卜素和叶绿素用注射器注入比色杯备用。（3）实验结果（四）实验3：观察色素的吸收光谱1.实验仪器 2.实验过程（1）教师提问：色素有什么功能？不同色素吸收相同波长的光吗？如何验证？（2）学生进行实验将盛有蒸馏水的

8、比色杯置于光源与光栅间的小槽，打开电源，观察光栅上呈现的光谱。再将含四种色素、只含类胡萝卜素和叶绿素的3个比色杯分别置于光源与光栅间的小孔，观察不同色素溶液的吸收光谱。实验结果对比分析，得出结论色素具有吸收光能的作用；叶绿素和类胡萝卜素的吸收区有差异；两类色素都几乎不吸收绿光。（五）实验4：探究不同光质对光合作用的影响1.实验仪器：如图72.实验过程（1）教师提问：通过实验3我们观察到不同色素吸收不同颜色的光，那么，如何能更进一步证明不同光质对光合作用中的影响呢？这个实验的因变量是什么？如何检测？ 图8 光质仪构造模式图（2）学生进行实验取采集至同一环境，大小和形态一致的3段黒藻，分别置于3个

9、50ml的烧杯中。将3个烧杯分别置于光质仪中白光灯、绿光灯和红光灯下。打开电源开关，用功率相同、颜色不同的灯处理植物相同时间。观察实验现象a.随着实验时间的延长，白光组的氧气释放量迅速增大，至实验持续10分钟时释放的氧气呈串状，绿光组未释放氧气，红光组释放少量氧气。b.实验持续时间至30分钟时，3组的氧气释放量为白光组释放量很大，红光组释放量较少，绿光组偶尔有气泡释放。 对比分析，得出结论a. 绿色植物几乎不吸收绿光；能够吸收红光进行光合作用；白光是七色光，同时含绿色植物光合作用主要吸收的蓝紫光和红光，所以光合作用速率快。提问： 30分钟后，为什么绿光组偶尔也会有气泡释放呢？b.30分钟后绿光

10、组偶尔有气泡释放是因为通过前面的观察窗口有自然光照射到植物，这可以通过改进装置避免无关变量对结果的影响。八、实验效果评价（一）创新之处纸层析时，利用密闭式色素分离器减少层析液挥发到教室，保护师生健康，实验时每班约用50ml层析液，且实验后可回收剩余的层析液，所以每个班耗费的层析液小于50ml，具有安全环保、节省试剂和避免环境污染的优点，这样的设计思想能培养学生的环境意识、健康意识和节约的良好品德。通过柱层析法分离获得了不同的色素溶液。可见度高。通过观察不同色素的吸收光谱、探究不同光质对光合作用的影响实验现象明显，能启起学生的学习兴趣，激发学生的探索热情。四个实验层层深入、环环相扣，实验过程中学生动手和动脑结合，体验了科学探究的过程，发展了学生理性思维。让学生逐渐“走近”，并最终“走进”光合色素功能的世界。（二）改进与展望“探究不同光质对光合作用的影响”实验增加一组蓝紫光，为学生得出结论提供更充分的证据。更换“探究不同光质对光合作用的影响”装置的灯，3组均为白光灯，但每组的功率不同，就能探究“不同光强对光合作用的影响”。增加氧气传感器，可将定性实