显色反应

关于生物显色反应类实验的教学探析

摘 要 本文以“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”实验为例，从显色反应的类型比较、显色本质的剖析、显色现象的观察与拓展等方面入手，引导学生确立和选择“小课题”进行研究。倡导在生物学科教学中渗透研究性学习，主动获取知识、应用知识、解决问题，有效拓展学科知识。

关键词 生物实验 显色反应 教学探究

在现行高中生物教材中，实验占相当大的比例。诸多实验中，有一类是通过生物组织中的有关有机化合物与某些化学试剂作用，产生特定的颜色，用来测定生物组织成分或方便观察生物组织结构。本文中，笔者把这一类实验统称为生物显色反应。这类实验的结果或过程往往有相同或交叉之处，所以，学生容易把不同实验过程和结果混淆起来，从而影响教学效果。笔者根据多年来从事实验教学的体会，现就生物显色反应相关的实验教学过程中涉及的几个重要方面的问题加以归纳。 1． 显色反应类型的比较

生物显色反应实验需要根据不同的生物组织成分选择不同的显色试剂。例如，在鉴定生物组织中可溶性还原糖时，通常选用斐林试剂。试剂一般都是由实验教师事先准备好的，同时标明斐林试剂甲液、斐林试剂乙液。上课时教师会告诉学生：斐林试剂需现配现用，按规定甲液取多少、乙液取多少，然后要求学生按照操作步骤完成实验。这样的实验过程，学生好比是操作机器，并不知道自己加进去的试剂是些什么物质，所以实验完成后也就很快忘记所用的试剂。加上教材中的显色反应实验的基本操作步骤是类似的，学生很容易将所用的试剂、反应的结果相互混淆。为改变这一状态，笔者试着以“探究生物试剂的成分与配制方法”为题，引导学生深入探究。组织学生分批参与实验的准备过程，创造机会，让学生在“做”中学，并通过网络等其它途径收集相关资料。这样，学生对试剂就有了较深入的了解，不断积累，最后把学到的系列显色反应的知识点串连成线(如用列表比较的方法加以整理，见表Ⅰ：反应试剂，表Ⅱ：常见染色剂)，一目了然。学生熟悉了生物试剂的用途和使用方法后，在具体的实验设计中就能运用自如，往往能很快悟出实验设计的思路和方法。这也有助于学生自主学习能力的培养。 表Ⅰ：反应试剂 生物组织成分 试剂名称 主要成分及配制方法 反应现象 1

甲液：0.1g/mL NaOH溶液 斐林试剂 乙液：0.05g/mL CuSO4溶液 配制：将4－5滴乙液滴入2mL甲液中，现配现用。 可溶性还原糖 班氏试剂 成分：CuSO4、柠檬酸钠、Na2CO3 配制：1.74g无水CuSO4溶于100mL热水中，冷却后稀释到150mL；取柠檬酸钠173g、无水Na2CO3 砖红色沉淀 100g和600mL水共热，溶解后冷却并加水至850m L，再将冷却后的150mL CuSO4溶液倒入混合均匀。 配制：0.1g苏丹Ⅲ干粉溶于100mL酒精（体积分数苏丹Ⅲ 为95%）中。 脂肪 配制：0.1g苏丹Ⅳ干粉溶于50mL丙酮中，再加入苏丹Ⅳ 体积分数为70%的酒精50mL 双缩脲试蛋白质 剂 淀粉 碘液 B液：0.01g/mL CuSO4溶液 A液：1.5g二苯胺+100mL冰醋酸+1.5mL浓硫酸 DNA 二苯胺 B液：体积分数为0.2%的乙醛溶液 配制：将0.1mLB液加入10mLA液中，现配现用。 表Ⅱ：常见染色剂 染色剂 龙胆紫溶液 醋酸洋红溶液 瑞氏染液 伊红溶液 番红溶液 2． 显色本质的剖析

显色反应的本质是生物组织与试剂之间发生的一个或一组化学反应，生成另一种呈现特定颜色的新物质。笔者以“探究显色反应原理”为题引导学生探究，让学生把常见的同类实验的原理进行整合(见表Ⅲ：显色反应原理)。有利培养学生综合分析问题的能力。

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砖红色沉淀 橘黄色 红色 A液：0.1g/mL NaOH溶液 紫色或紫红色络合物 蓝色 蓝色 用途 用于细胞核、染色体的染色 用于洋葱表皮细胞、口腔上皮细胞和染色体的染色 用于血液染色 用于细胞质染色 用于植物木质化、木栓化、角质化组织染色 表Ⅲ：显色反应原理

实验目的 鉴定可溶性还斐林试剂 原糖的存在 鉴定蛋白质的存在 ┋ 双缩脲 试 剂 ┋ 砖红色沉淀 原色→紫色或紫红色络合物 ┋ 试剂名称 反应现象 浅蓝色→棕色→显色原理 CH2OH－(CHOH)4－CHO＋2Cu(OH)2→ CH2OH－(CHOH)4－COOH＋Cu2O↓＋2H2O 肽键+Cu2+ NaOH (红)紫色络合物 ┋ 根据此表，在教师的指导下学生比较容易搞清实验原理，操作时也就不至于乱了手脚。例如，从表Ⅲ中可以知道，鉴定可溶性还原糖就是利用了斐林试剂与可溶性还原糖在加热煮沸条件下，生成砖红色Cu2O沉淀。但斐林试剂的本质是新制的Cu(OH)2悬浊液，稳定性较差，需现配现用：先把甲液（NaOH）和乙液（CuSO4）按一定量混合，反应生成Cu(OH)2絮状沉淀后，再加入待测的组织样液中。如果把NaOH和CuSO4溶液分先后加入，组织样液中的有机酸会与NaOH迅速反应，反应物中就可能没有Cu(OH)2或Cu(OH)2的量很少，导致实验现象不明显。这一点，要特别注意与双缩脲反应的区别。双缩脲反应是指具有两个或两个以上肽键的化合物在碱性条件下与Cu2+反应，生成紫色或紫红色的络合物。在实验过程中，先在组织样液中加入一定量的NaOH溶液，混合均匀后，再滴加CuSO4溶液，注意：是分先后加入NaOH 和CuSO4溶液的。反之，若在NaOH中滴加CuSO4溶液混合后，再加入到含蛋白质的组织样液中，就会因缺少Cu2+，而不发生显色反应。 3． 显色现象中的色彩学原理

从化学的角度我们认识了显色反应的实质。但在具体的实验中能否看到相应的颜色，还涉及色彩学的基本原理。笔者认为教师有必要具备一些色彩学方面的知识，以便更好地解释实验中的某些现象。

色彩中最基本的颜色是红、黄、蓝，它们被称为三原色，即三个独立的原始颜色，不能由其它的颜色调制出来。而其它许多颜色却可以由它们混合而成，如红色与黄色混合，可以产生红橙、橙、黄橙等颜色；黄色与蓝色混合，可以产生黄绿、绿、蓝绿等颜色；蓝色与红色混合，可以产生蓝紫、紫、红紫等颜色。如右图：就是三原色间两两等量混合调和出来的三间色。但混合物具体呈现什么颜色，要看相关色彩成分所占混合物比例。而且深色对浅色有很强的覆盖作用。

另外，即使是同一颜色，也还会因溶液浓度的不同而呈现不同的艳丽程度。大家都知道，CuSO4

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溶液是蓝色，但在斐林试剂中，乙液是0.05g/mL的CuSO4溶液，双缩脲试剂中，B液是0.01g/mL的CuSO4溶液，如果把二种溶液各自装满60mL的白色滴瓶，我们不难发现它们的蓝色的深浅是不一样的，这在色彩学中叫色彩的明度不同。

明白了色彩的构成原理后，我们就不难理解：为什么用于鉴定可溶性还原糖的实验材料应选择组织颜色较浅，或近于白色，因为像韭菜等单子叶植物，虽然叶片内含有大量的可溶性还原糖，但由于叶片中叶绿素的颜色较深，根据色彩学原理，深色对浅色具有很强的掩盖作用，反应生成的砖红色被绿色覆盖，导致实验现象不明显。而不同实验小组出现不同的颜色，一方面是因为不同实验小组所使用的生物组织样液与斐林试剂的量不一样，反应产物的色彩明度不一样；另一方面，是因为硫酸铜的颜色较深，实验要求是临时配制斐林试剂时，取2Ml的NaOH溶液，滴加4-5 CuSO4滴溶液即可，目的是防止因CuSO4过量而影响实验结果。如果实验结果出现的颜色偏离预计实验结果很大，如有的同学看到的是棕黑色，说明CuSO4大大过量了，教师就可以的第一时间解释出现颜色异常的原因。

4． 显色反应实验的拓展

在完成教材规定的显色反应实验后，如有可能，教师可以进一步引导学生从一些小问题入手，由小到大，从浅到深，组织一些探究性学习活动，引导学生在探究过程中主动拓展，获取知识。

生物实验所用的材料有一些特殊性，很多是来自于生活。在实验教学中，我们常常鼓励学生自己带些实验材料来。从中发现，学生对自己带来的实验材料，做实验时格外认真，总希望能找到与众不同的实验结果。基于这一点，我们就以“探究不同品种果蔬中可溶性还原糖的含量”为题，引导学生进行探究，结果学生的参与热情很高。他们把标准的葡萄糖溶液配制成不同的浓度梯度。再与斐林试剂反应，产生深浅不一的颜色梯度作为比色卡，把苹果、梨、白色甘蓝叶、白萝卜等等不同品种果蔬的组织样液与斐林试剂反应，通过相互间颜色深浅的比较，得出组织样液体中可溶性还原糖含量的高低。并与比色卡进行比较，初步确定不同组织样液中可溶性还原糖的大概含量。再通过网络寻找相关知识，校对实验结果。操作时同学间互相配合，结果评价有序进行。显然，组织这类活动，能充分激发学生的实验兴趣，全面培养学生的实验技能。 参考文献

[1]张迎春，汪 忠等.2003.生物学教学论.陕西师范大学出版社

[2]张定璋.1999.教学研究与实验求索.浙江教育出版社

[3]杨章宏.2001.教育科研过程.新疆大学出版社

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