对生物实验试剂层析液配方改进的探索与思考doc-《绿叶中cajn

对生物实实验试剂剂-层析液液配方改改进的探探索与思思考傅萍萍 （浙江江省萧山山中学 邮编编：31112001 电话88371117001 手手机 113300650093339）摘 要要 关注注人的发发展是新新课程的的核心理理念，这这一理念念要求生生物实验验员在实验室管管理与教教学中，既要掌握生物实验的基本操作技能，提高学生的实验能力，发展学生的智力，更要关心学生的身体健康，避免实验药品的危害。苯是一种毒性很强的有机物，美国早在1992年就停止苯在学生实验中的使用。在光合色素的提取和分离实验中，笔者根据学校现有的条件，经过课余多次实验试验，发现用低毒性的甲苯代替苯对层析液的配方进行改进，不但可以减轻药品苯对师生身体的危害，还可以使四条色素带分离更明显。因此，笔者建议用甲苯替代苯配制层析液，使实验更安全、环保，使实验效果更好。关键词 苯苯 甲甲苯 层析液液 色色素分离离 一、课题题的提出出生物学是是一门以以实验和和观察为为主的学学科。生生物实验验教学在在激发学学生的学习兴兴趣、培培养学习习动机、巩巩固知识识、开发发智力和和创新思思维、形形成实事事求是的的科学态态度以及及协作精精神等方方面起着着重要的的作用，是是实施素素质教育育的最有效效形式。生生物课程程标准明明确提出出：生物物教学要要加强实实验和其其他实践践活动的的教学，加加强对学学生观察察能力、实实验能力力、思维维能力和和自学能能力等能能力的培培养；要要关注教教学资源源的开发发，如利利用替代代物品、药药剂、仪仪器等，争争取创造造性地增增加低成成本的实实验和其其他实践践活动，消消除生物物实验的的安全隐隐患，促促进学生生的健康康成长与与发展。作为一名已有20多年实验工作经验的实验员，深知学生才是教学过程的起点和终点，是教育的本体，关注人的发展是新课程的核心理念；深知自己唯有高度重视实验教学，积极投身于新课程改革的大环境中，坚持以“管理育人，服务育人”的理念，时刻为学生的终身发展服务，为提高学生的生物科学素养着想，才能应对现代社会和教育发展对实验教师的需要。然而生物物实验中中有不少少药品具具有一定定的刺激激性、腐腐蚀性和和毒性，如氢氧氧化钠溶溶液呈强强碱性，对人体健康具有负面影响，使用时务必小心，最好能戴上手套；过氧化氢具有强腐蚀性，对身体有害，经人体皮肤吸收可造成伤害，最好戴好手套和护目镜；丙酮、二苯胺具有一定的毒性，使用后务必洗手，等等。从学生的健康着想，笔者以为在生物实验中一方面要培养学生的卫生与健康意识，培养学生良好的生活卫生习惯，另一方面教师更应探索用低毒性或无毒性的药品代替毒性较强的药品，以减轻药品对学生身体的危害，使实验更安全、环保，这也是每一位教师义不容辞的职责与任务。 高中生生物光合色素素的提取取和分离离实验验中，由由于层析析液的成成份苯对对师生的的健康危危害较大大，因此此从学生生、老师师的身体体安全考考虑，多多年来笔笔者一直直在苦苦苦探索一一种无毒毒性或低毒毒性的药品品来替换换它。经经过课余余时间多多次的实验试试验，笔笔者发现现用低毒毒性的甲甲苯代替替苯对层层析液的的配方进进行改进进，不但但可以减减轻药品品苯对师师生身体体的危害害，还可可以使四四条色素素带分离离更明显显。为此此笔者提提出了用用低毒性性的甲苯苯代替苯苯对层析析液配方方进行改改进的建建议。下下面就此此问题谈谈谈自己己的实践践探索与与思考，以以供同行行参考。 二、课题研研究的理理论依据据1. 苯在“光光合色素素的提取取和分离离”中的作用光合色素素在光合合作用中中起着吸吸收、传传递与转转化光能能的作用用，为了了能让学学生更深深地理解解叶绿体体中色素素的作用用，叶绿绿体中色色素的种种类与颜颜色，高高中生物物新课程程仍安排排了“光合色色素的提提取和分分离”实验。其其实早在在 19954年年，生物物化学家家阿诺恩恩从菠菜菜叶细胞胞中获得得十分完完整而且且能够把把全部光光合反应应进行到到底的叶叶绿素。绝绝大多数数植物叶叶绿体中中含有胡胡萝卜素素、叶黄黄素、叶叶绿素aa和叶绿绿素b。其其中叶绿绿素a存存在于所所有放氧氧生物中中，叶绿绿素b存存在于高高等植物物和绿藻藻中。在高中生生物实验验中，光合色素的提取和分离实验一直占有很重要的地位。实验要求将绿叶中的各种色素提取出来，并用纸层析法把各种色素在滤条上分离开，形成一条条不同色素相对应的色带。实验的基本原理是：（1）绿绿叶中的的色素能能够溶解解在有机机溶剂丙丙酮、乙乙醇中，因此，可以用丙酮酮、乙醇醇来提取取绿叶中中的色素素。 （2）绿绿叶中的的色素都都能溶解解在层析析液中，不不同的色色素在层层析液中中的溶解解度不同同，溶解解度高的的色素随随层析液液在滤纸纸上扩散散得快，反反之则慢慢。所以以，几分分钟之后后，绿叶叶中的色色素就会会随着层层析液在在滤纸上上的扩散散而分离离开。由由于苯是是一种良良好的有有机溶剂剂，而且且性质相相对比较较稳定。因因此，苯苯一直以以来被作作为该实实验的层层析液材材料。这这种层析析液的配配置方法法为：220份石石油醚、22份丙酮酮、1份份苯。2. 用甲苯代代替苯对对层析液液配方进进行改进进的依据据众所周知知，苯是是一种毒毒性大、渗渗透性较较强、易易挥发的的有机物物。它可可以通过过皮肤、呼呼吸道进进入人体体，而且且难以排排泄。短短时间内内吸入高高浓度苯苯蒸气可可造成急急性中毒毒，产生生头痛、头头晕、咳咳嗽、胸胸闷、兴兴奋、步步态蹒跚跚、神志志模糊、血血压下降降、肌肉肉震颤、呼呼吸浅快快、脉搏搏快而弱弱等现象象。早在19982年年，医学学家首次次发表了了苯与白白血病有有关的研研究报告告。此后后，许多多国家相相继报道道了由于于接触苯苯而发生生再障淋淋巴瘤和和白血病病等造血血系统的的病例。无无论是流流行病学学调查还还是实验验室研究究，都证证明大量量接触苯苯与白血血病有因因果关系系。世界界卫生组组织下属属国际癌癌症研究究机构（IIARCC）19993年年对苯的的致癌性性评级为为：一类类人类致致癌物。其其主要有有以下四四个方面面：1、 直接致癌癌机制；2、 破坏骨髓髓微循环环，导致致造血干干细胞分分化和成成熟迟缓缓，乃至至凋亡； 3、 产生大量量自由基基并形成成损伤；4、 动物实验验表明，苯苯代谢可可与细胞胞中的DDNA结结合，在在组织中中形成DDNA化化合物，并并抑制DDNA和和RNAA合成。20077年100月，有有机化学学博士、现现任美国国3M公司司产品部部门代表表张亦帆帆先生来来母校参参观实验验室时，也也严肃地地指出：苯是一一种毒性性很强的的有机物物，美国国早在119922年就禁禁止在学学生实验验中使用用苯。再再说目前前一般农农村高中中生物实实验室的的通风设设备还比比较差，除除了开门门窗通风风换气以以外，几几乎没有有其他通通风设备备。尽管管在层析析液中苯苯的含量量较少，但但几十个个组合在在一起，加加上学生生在操作作中不小小心打翻翻，清洗洗时残液液的挥发发，整个个实验室室还是充充满了苯苯蒸气。苯苯主要是是以蒸气气形态经经呼吸道道进入人人体，这这给学生生、老师师的身体体健康带带来很大大的危害害。077学年实实施的普普通高中中生物课课程标准准（生物物）对对该实验验的安全全性也有有所提高高，已将溶解解色素用用的丙酮酮改为乙乙醇，但但层析分分离时所所用的层层析液仍仍采用毒性性很强的的苯进行行配制。本人在二二十多年年的生物物实验工工作经历历中也发发现，该该层析液液对学生生和老师师的健康康危害较较大，经经常会有头疼疼、恶心心现象发发生，其其首当其其冲的就就是苯。而而甲苯属属低毒，进进入人体体后，可可以在人人体的NNADPP（转酶酶）存在在下被氧氧化成苯苯甲醇，再再在NAAD（转转酶）存在在下氧化化为苯甲甲醛，生生成甲基基苯甲酸酸，然后后与甘氨氨酸结合合形成甲甲基马尿尿酸，在在18小小时内几几乎全部部排出体体外。即即使是吸吸入后残残留在肺肺部的少少量的甲甲苯，也也在接触触后3小小时内（半半衰期为为0.551小时时）全部部呼出体体外。实实验中残残留的甲甲苯，在在清洗时时进入水水体，由由于甲苯苯在水溶溶液中挥挥发的较较快，其其在地表表水中，不不是持久久性的污污染物，挥挥发到空空气中的的甲苯也也能被光光解。因因此，无无论是安安全方面面，还是是环保方方面，该该实验中中使用甲甲苯都比使用用苯更加加合适。为为学生、老老师的身身体健康康考虑，根根据学校校现有的的条件，笔笔者通过过多次实实验探索索，发现现用低毒毒的甲苯苯取代苯苯来完成成“光合色素素的提取取和分离离”实验能能够得到到更好的的效果。三、用甲甲苯代替替苯对层层析液配配方进行行改进的的探索1.实验验步骤笔者在每每次试验验中，为为确保实实验结果果的可行行可信，都统一采用了新鲜的菠菜叶作为提取色素的材料，用95乙醇作溶解色素的溶剂，将20份石油醚（6090下分馏）、2份丙酮、1份甲苯配制成层析液；每次试验都采用对比实验；每次对比实验都采用同一磨制、过滤的色素溶解液与同时用苯和甲苯配制的不同的层析液进行实验，得到了非常理想的实验效果。具体操作过程如下：将剪成成一厘米米宽十厘厘米长的的滤纸条放干干燥箱进进行干燥燥处理。分别用用一份苯和和甲苯与与二份丙丙酮、二二十份石石油醚配配制成两两种不同同的层析析液。在研钵钵中放入入5克剪剪碎的新新鲜的菠菠菜叶子子、0.5克碳碳酸钙、00.5克克二氧化化硅，先先将其快快速研磨磨成浆状状，再放放入12毫升955乙醇醇快速研磨磨使其混混合均匀匀，静置置十几秒秒钟。过滤提提取上述述中的滤液液。点样。用用自制的的毛细吸吸管在干干燥处理理过的滤滤纸条上画画滤液细细线。（为为确保有有足够的的色素，形成清晰的色素带，有利于分析，在试验中每次待滤液干燥后再重复画3次到5次直到8次。）分离叶叶绿体中中的色素素。将点样后后的滤纸条一分分为二，分分别同时时放入盛盛有不同同的层析析液的小小烧杯中中进行层层析。观察小小烧杯中中滤纸条上色色素分离离的情况况，并记录录所需时时间。 分析析实验结果果。为保证实实验结果果的正确确性，每每次试验验都采用用足够量量的滤纸纸条，并且且在不同同的时间间段反复复进行。同同时对用用甲苯配配制而成成的层析析液的稳稳定性进进行试验验，通过过对其进进行连续续七天的的跟踪实实验，得得知只要要将该层层析液保保存在密密闭容器器里，一个星星期内其其效果将将始终保持持不变。下表是生生物实验验教师与高一两两个班级级学生进行行对比实实验的结结果记录录：层析液20份石石油醚 2份丙丙酮 1份甲甲苯 200份石油油醚 22份丙酮酮 11份苯 实验材料料新鲜不沾沾水菠菜菜叶子55克碳酸钙00.5克克二氧化硅硅0.55克无水乙醇醇12毫毫升新鲜不沾沾水菠菜菜叶子55克碳酸钙00.5克克二氧化硅硅0.55克无水乙醇醇12毫毫升画滤液细细线次数数8次8次层析时间间5分5分实验结果出现四条条色素带带所占比比例老师多次次实验1000学 生实实 验91.5523只出现三三条色素素带所占占比例（无胡萝萝卜素）老师多次次实验0100学 生实实 验8.577在学生的的对比实实验中，由于少数学生在层析时心太急，过早的从层析液中取出滤纸条，因此导致只出现了三条色素带的情况。2. 实实验结果果分析从以上实实验结果果中我们们可以清清楚地看看到：1、用甲甲苯代替替苯，没没有影响响扩散效果果。两种种情况下下，扩散散的速度度基本一一致。33分钟时时，用甲甲苯作层层析液材材料的滤滤纸条上上，已清清楚显示示出四条条色素带带，5分分钟后逐逐步达到到稳定。2、用甲甲苯代替替苯，实实验能够够获得更更明显的的四条色色素带。特特别是第第一条胡胡萝卜素素与第二二条叶黄黄素之间间，分离离十分明明显。【见见图一】叶黄素叶绿素b胡萝卜素 叶绿素a层析液高度 图一（图中右右边三条条层析时时间为55分钟，左左边三条条层析时时间为7分钟钟。）这是笔者者在层析析液配方方改进试试验中得得到的又又一大收收获。笔笔者从事事生物实实验工作作二十余余年，在在辅导学学生做该该实验时时从未发发现过这这么漂亮亮齐全的四四条色素素带。一直以以来，我我们都采采用苯配配制层析析液，通通常只能能比较清楚楚地看到到叶黄素素、叶绿绿素a、叶叶绿素bb三条色色素带和一一条扩散散的特别别高（与与层析液液上升的高高度平齐齐）、特特别细、特别齐的橙黄色带，往往被部分生物教师与学生错误地认为这是胡萝卜素，其实这仅是一条层析高度的痕迹而已，并不是真正的胡萝卜素，希望教师们引起注意。【见图二】叶绿素b叶黄素层析液高度叶绿素a图二（图中右右边三条条层析时时间为55分钟，左左边三条条层析时时间为77分钟。）由此可见见，长期期以来本本实验中中其实根根本没有有层析出出真正的的胡萝卜卜素色素素带，难难怪最上上面的那那条带子子由于其其颜色、位位置（特特别是颜颜色）与与胡萝卜卜素色素素带非常常相近，好多师生就以为这就是胡萝卜素的色素带了，因而始终认为实验的成功率很高。但笔者始终早就觉得不对劲：为什么这条色素带与下面三条色素带的形状完全不同？而且无论实验成功与否，哪怕其它三条色素带都没有层析出来，它始终是哪么整齐的存在在滤纸条上。为排除绿叶的问题，笔者采用不同的绿叶来提取色素滤液进行反复层析试验，通过仔细观察发现这条其实并非胡萝卜素，而是层析液上升的高度所留下的痕迹。那为什么没有胡萝卜素色素带？实验之余也常与任课老师探讨此问题，但总是以胡萝卜素是很难做出来的，胡萝卜素与叶黄素是很难拉开的结果而告终。在这次试验中终于让我、让老师们清楚地看到这条实实在在的橙黄色的胡萝卜素，清楚地看到这完整的四条色素带。同时也彻底消除了过去的误解。20088年111月111日11月月14日日，在我我校高二二年级光光合色素素的提取取和分离离学生生实验中中，全面面采用用用甲苯配配制的层层析液来来做此实实验，取取得很好好的实验验效果。除了少少数同学学由于受受时间的的限制或或操作不不够熟练练而导致致实验没没有成功功外，基基本上都都获得了四条清清晰的色色素带。我我们随机机统计了了一个班班，成功功率达83。四、对用用甲苯代代替苯对对层析液液配方进进行改进进的实验验结论与与思考1实验验改进建议议由上实验验可知，甲苯与苯对色素的溶解度虽然有所不同，稳定性也有所不同，但是用甲苯替代苯进行实验，对四条色素带扩散的时间没有什么影响，而且四条色素带的扩散效果更好，实验也更加安全、环保。因此，笔者认为在高中生物“光合色素的提取和分离”实验中可用甲苯替代苯配制层析液，这将有利于学生对实验现象的观察，有利于师生的身体健康。2实验验探索思考考本课题的的实验探探索对笔笔者的触触动很大大，从中中笔者认认识到开开展生物物实验研研究，改改进实验验器材与与药品，让学生生和老师师在更加加安全、更加环保的环境内探究科学知识，切实值得生物实验员去探索与实践。因为生物学不仅是一个知识体系，更是一个探究的过程，实验探究是生物科学的基本特征之一，是促进学生学习与理解生物科学的必要条件。生物教师理应在生物教学中体现探究教学的特性，让学生在探究中经历获取知识的过程，在主动学习中领悟科学研究的思维方法，培养科学的态度，发展知识与能力，提升生物学素养。作为生物实验员，也必须重视生物实验教学，积极开展生物实验的改进（包括生物实验材料、实验试剂、药品用量等）研究，为全面贯彻标准的基本要求，提高公民的生物科学素养，造就一支强有力的生物科技大军添砖加瓦。在此，我建议同行们行动起来，摒弃过于注重知识讲授的教学观，加强实验教学研究。3后续续研究展望望还需要说说明的是是，在以往往的学生生实验中中，用苯苯、石油油醚、丙丙酮配制制的层析析液基本本上不能能层析出出四条色色素带，绝绝大多数数是三条条色素带带。在007年111月至至12月月上旬教教师的多多次对比比实验中中，用苯苯、石油油醚、丙丙酮配制制的层析析液也层层析不出出四条色色素带。然而在在08年年1月99日的学学生对比比实验中中,在用苯苯、石油油醚、丙丙酮配制制的层析析液中却层析出出了少量的的比较明明显的四四条色素素带。在在统计、分分析实验验结果时时还发现现：若用用苯配制制的层析析液中能能层析出出四条色色素带，则则用甲苯苯配制的的层析液液中一定定能层析析出四条条色素带带，而当当用甲苯苯配制的的层析液液中能层层析出四四条色素素带时，用苯配制的层析液却不一定能层析出四条色素带。这是操作中的问题，还是气候（温度、湿度）的问题，还有待于进一步的研究。另外，本课题用甲苯配制层析液的实验试剂改进只是一种思路，仅起抛砖引玉的作用，望同行经过探索后，能用更好的药品来代替苯，让学生和教师在更安全、更环保的前提下来完成这一实验。附：在同同一时间间、用同一磨制制而成的的色素滤滤液点样样，分别别在用苯苯和甲苯苯配制的层层析液中中层析55分钟分分离而成成的实验验结果对对照照片片一张。在苯配制制的层析析液中层层析而成成在甲苯配配制的层层析液中中层析而而成主要参考考资料1朱朱正威、赵赵占良.20004.普普通高中中生物课课程标准准（实验验）.北京京：人民民教育出出版社，997-9982赵赵占良.20003.全全日制普普通高级级中学教教科书（必必修）生生物.北北京：人人民教育育出版社社，533-544 3吴吴相钰、刘刘恩山.20008.普通通高中课课程标准准实验教教科书.生物学学（必修修1）.浙江科科学技术术出版社社13