用自制光譜儀觀察光合色素提取液吸收光譜

孫天予 韓 爍 李 霞

（北京匯文中學 北京 100061）

吸收光譜是光合色素的重要物理特征，該特征廣泛應用于科學研究和生產實踐等領域。本知識點也是高中生物學階段體現(xiàn)生物學與物理學相聯(lián)系的內容之一。

普通高中生物學課程標準要求教師引導學生主動參與探究過程、勤于動手和動腦，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。結合課程標準要求，圍繞“光合色素的吸收光譜”進行實踐活動，設計了自制光譜儀，用于觀察光合色素提取液吸收光譜，取得了良好效果。

1 材料準備

1.1 實驗材料 自制簡易光譜儀 （如圖1所示，標準比色皿 2個，菠菜葉片光合色素提取液。

1.2 簡易光譜儀的制作 光譜是復色光經過色散系統(tǒng) （如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小依次排列的圖案。通過控制入射光的方向，可以獲得復色光源（如實驗臺上的日光燈）的光譜，如圖2所示。

圖1 自制光譜儀

圖2 自制簡易光譜儀原理（θ=22.5°）

利用該原理，可借助卡紙、光柵等材料，自制簡易光譜儀。光譜儀的平面展開圖如圖3所示。狹縫可用硬質卡片自制，長2 cm，寬0.2 mm。光柵為金濤光電生產透射光柵（1 200線，15.5 mm×15.5 mm×4 mm）。

圖3 自制光譜儀展開圖（cm）

按照展開圖從卡紙剪下相應形狀，沿虛線折疊，并將實線處粘貼、密封。狹縫橫向粘貼在較大開孔（2 cm×2 cm）處，光柵刻線方向與狹縫平行，粘貼或用夾子固定在較小開孔（1.5 cm×1.5 cm）處。

在簡易光譜儀狹縫前用黑卡紙制作支架，放入裝有色素提取液的比色皿，可觀察到色素提取液的吸收光譜，如圖4。

圖4 觀察色素提取液吸收光譜裝置示意圖

2 實驗步驟

本實驗是課程標準建議活動“綠葉中色素的提取和分離”的補充。學生獲得菠菜葉片光合色素提取液后可著手進行。

操作步驟如下：

1）向一比色皿中加入菠菜葉片光合色素提取液，向另一比色皿中加入空白提取液。

2）將比色皿安裝到自制光譜儀狹縫前端的支架上。

3）將光譜儀前端對準白色光源，從光譜儀后側觀察光合色素的吸收光譜，觀察角度應與光柵垂直，如圖5所示。

圖5 從光柵一側觀察光譜

3 實驗結果

可清晰地觀察到光合色素提取液吸收光譜，其中，空白提取液對照組為日光燈管的發(fā)射光譜。由于實驗中使用的日光燈管為市售民用產品，非全光譜光源，因此觀察到的光譜中紫色光譜帶較窄，但可清晰觀察到汞元素燈在436 nm（藍紫光區(qū)）、546 nm（綠光區(qū)）和 576 nm（黃光區(qū)）波長處的發(fā)射線。左側為光合色素提取液實驗組，可觀察到光合色素提取液在波長小于500 nm（藍紫光區(qū)）和波長大于640 nm（紅光區(qū)）的強吸收區(qū)。

4 在課堂教學中的應用

本實驗可與課程標準中的建議活動“光合色素的提取和分離”同堂實施。在學生將吸水紙條放入光合色素提取液后，等待層析結果時，教師說明光譜儀的使用方法。學生通過觀察光合色素的吸收光譜，能夠直觀感受光合色素的功能，為其理解光合作用這一核心概念提供更多的感性材料。

條件允許時，教師可提前制備紫甘藍葉片水溶性色素提取液，指導學生對水溶性色素和光合色素的吸收光譜進行比較，紫甘藍葉片水溶性色素吸收光譜，可觀察到波長545 nm（綠光區(qū)）的吸收峰，并提出問題：2種色素都能吸收一定波長范圍內的光，這些被吸收的光能是否都被植物用于有機物的合成？引導學生思考植物實現(xiàn)光合作用功能的結構基礎，為光合作用場所和過程的學習鋪平道路。

5 小結

借助本實驗中所使用的學具，學生可同時觀察2種溶液的吸收光譜，并且能夠對多種實驗材料的吸收光譜進行直觀對比。為學生進一步探究諸如“探究不同植物葉片中光合色素的吸收光譜與其生境的關系”等提供便捷的工具。教師可根據具體情況，引導學生對相關問題進行探究。

現(xiàn)行各版本教材中都安排了豐富、經典的實驗和探究活動，為學生實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)提供了許多珍貴素材。但隨著社會信息化水平的迅速提升，相對于教師的講解和演示，學生對實踐活動的需求正與日俱增。如果教師能設計更多學生參與度較高的實踐活動，將更好地激發(fā)學生主動探究的興趣，對學生深入理解生物學核心概念、主動構建生物學學科概念體系等學習活動大有裨益。

主要參考文獻

［1］楊忠生.高中生物教學與其他學科之間的相互聯(lián)系.濟南:山東師范大學碩士學位論文,2010.

［2］中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準.北京：人民教育出版社，2003.