有关高中生物实验的若干问题探讨，本文主要内容关键词为：若干问题论文,高中生物论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
笔者在高中生物教学过程中（所用教材为人教版新课程教材，以下如无特别说明，所指教材均为人教版），在实验方面遇到许多疑问。现结合自己的教学体会并查阅有关资料整理出来，以供大家参考。
1 果糖为什么是还原性糖？
在必修本“实验一：生物组织中还原性糖、脂肪、蛋白质的鉴定”的实验原理中，明确提出了果糖是还原性糖。而在高中化学的有机化学内容中，称不具醛基而含酮基的有机物本身是没有还原性的。果糖属多羟基酮，不具有醛基，为什么还称其为还原性糖呢？
原因有两个：第一，果糖和葡萄糖互为同分异构体。葡萄糖是多羟基醛酮，是典型的还原性糖，果糖是多羟基酮，在碱性条件下，能发生互变异构成葡萄糖。而在使用斐林试剂时，加甲液NaOH 2mL、乙液CuSO[,4]4滴～5滴，溶液正好是碱性条件，能使果糖发生异构反应，与斐林试剂作用生成砖红色 Gu[,2]O沉淀。第二，在果糖酮基的相邻碳原子上含有羟基，由于受到相邻碳原子上羟基的影响，使得果糖能被弱氧化剂氧化，导致它也能与斐林试剂作用，生成砖红色Cu[,2]O沉淀。综合上述两点，果糖可以看作是一种还原性糖。
2 淀粉酶为什么能催化淀粉水解成葡萄糖？
在一些省市仍在使用的旧课程教材（人教版全一册P.46）中讲到：“小麦淀粉酶能够促使淀粉迅速水解为麦芽糖”，并在P.80对淀粉的消化过程总结如下：
许多教过旧课程教材的教师都由此认为：由于酶具有专一性，淀粉酶只能催化淀粉生成麦芽糖，麦芽糖酶才能催化麦芽糖生成葡萄糖。而新课程教材必修本“实验五：探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”，选修本“实验一：温度对酶活性的影响”都提到淀粉酶能将淀粉水解成麦芽糖和葡萄糖。于是许多师生都提出疑问：淀粉酶怎么能将淀粉水解成葡萄糖呢？这不是与酶的专一性不相符吗？那么，新课程教材和旧课程教材中的所述哪个更正确呢？
淀粉是由葡萄糖通过α-1，4糖苷键连接而成的链状结构（见图1）：
图1
在水解糖的酶中称为淀粉酶的有两种： α淀粉酶和β淀粉酶。我们消化液中所含淀粉酶多为α淀粉酶，α淀粉酶从淀粉分子内部可作用于任意α-1，4糖苷键，将淀粉主要水解成麦芽糖或麦芽寡糖（含3个～9个葡萄糖）。如图2所示，这个过程中（包括麦芽寡糖进一步水解）是有可能正好剩下一个葡萄糖苷而水解后成为葡萄糖的。从植物胚芽和曲霉中提取的淀粉酶含β淀粉酶较多。β淀粉酶的作用方式是从淀粉分子的非还原性末端（末端葡萄糖1号碳原子与其他葡萄糖单位结合的那一端，见图1左端）开始，按双糖为单位，逐步作用于α-1，4糖苷键，生成麦芽糖。如果淀粉链所含葡萄糖苷为奇数，则水解到末端正好剩下一个葡萄糖苷，水解后成为葡萄糖（见图2）。综上所述，淀粉酶水解淀粉是能产生少量葡萄糖的，所以，新课程教材所述更符合淀粉酶作用的实际情况。
图2
3 使用斐林试剂时在用量上乙液为何是4滴～5滴而甲液却是2mL，而且要强调是新配制的，并且甲液和乙液要同时加入？
斐林试剂鉴定还原性糖（以葡萄糖为例）的本质是 Cu(OH)[,2]被还原性醛基还原为砖红色Cu[,2]O沉淀，而葡萄糖本身则被氧化成葡萄糖酸。反应式如下：
如果没有按上述要求进行实验，结果会怎样呢？笔者进行了如下实验［此实验参照《生物学通报》2005年第7期李华、许八生《对斐林试剂和双缩脲试剂应用的探究》一文］（见
其中，2号试管未按照甲液2mL、乙液4滴～5滴的用量标准，3号～5号试管未按照甲液和乙液同时加入组织样液的要求，6号试管未按照现用现配的要求，但它们都是严格按照实验要求进行的，和1号试管一样出现了砖红色沉淀，并且颜色深浅也没有明显区别。这是为什么呢？其实，从前面分析中就可看出，上述要求都是为使实验更严谨、现象更明显而提出的。如果没按上述要求进行，只要相差不太远（如7号试管），溶液中有
生成，就能有一定的{}G382R620.jpg沉淀生成，至于生成量与标准实验相差多少，不仔细对比也难看出区别。这也是为什么许多人未严格按上述要求做实验，也能看到正确结果的原因。
4 班氏试剂使用时为何不必现用现配？
5 碱性染料pH大于7吗？
必修本“实验四：观察植物细胞的有丝分裂”所用的染色剂是龙胆紫或醋酸洋红，均为碱性染料。而教材注释中对龙胆紫染液的配制又做了解释：龙胆紫溶液是将龙胆紫溶解在质量分数为2%的醋酸溶液中配制而成的。那么，既然用醋酸溶液配制的染液，pH应该小于7，为什么还叫碱性染料呢？
其实，碱性染料和碱性溶液不是一回事，碱性染料和酸性染料并不是根据溶液pH来划分的。碱性染料和酸性染料划分的依据是染料分子电离后的主要有色成分是阳离子还是阴离子：若染料分子电离后的主要有色成分是阳离子，则为碱性染料，如龙胆紫、亚甲基蓝、美蓝、甲基绿等；若电离出的有色成分为阴离子，则为酸性染料，如伊红、甲基蓝、苏丹Ⅲ等。
由于碱性染料的阳离子为有色离子，它可以与细胞中的带负电荷部分通过电荷间的引力作用牢固结合，从而将细胞结构染上颜色。同样，酸性染料中的阴离子为有色离子，它可以与细胞中带正电荷的部分牢固结合而染上颜色。在“观察植物细胞的有丝分裂”的实验中，龙胆紫电离出的有色阳离子与细胞核中的染色体（质）上的脱氧核苷酸（酸性物质，电离出H[+]，使自身带负电荷）结合，将染色体染上颜色。而龙胆紫溶液由于用醋酸配制而呈酸性，pH＜7。那么，碱性染料龙胆紫为什么要用醋酸配制使溶液呈酸性呢？这是由于蛋白质是细胞各种结构的主要成分，在呈酸性的龙胆紫溶液中，多数蛋白质的等电点高于溶液pH值，使多数蛋白质带正电荷，不会被龙胆紫的有色阳离子染上颜色，从而有利于观察染色体的变化。
6 “探索温度或pH对酶活性的影响”实验中，为什么实验结果的检验要分别用碘液和斐林试剂？
选修本“实验一：温度对酶活性的影响”的实验原理如下（见图3）：
从图3中可见，似乎我们既可以用碘液检验底物淀粉是否存在来推测温度是否对酶活性有影响，也可以用斐林试剂检验是否有产物生成来推测温度是否影响酶活性。但事实上该实验只能用碘液而不宜用斐林试剂，这是为什么呢？该实验的正常过程及结果如表2：
图3
如果使用斐林试剂鉴定实验结果，则在第5步加斐林试剂2mL并煮沸1min～2min，这时1号试管会有砖红色沉淀产生。2号试管由于温度太高导致酶变性失活，试管中不会有麦芽糖和葡萄糖产生，因此不会有砖红色沉淀产生。但3号试管是低温处理，酶没有失活，加入斐林试剂后，在由0℃～100℃加热过程中很可能会造成淀粉水解，也生成砖红色沉淀。这样就无法说明低温是否对酶活性有影响。
由于受此实验的影响，许多学生在设计“pH对酶活性的影响”的实验时，也错误地用碘液来检验实验结果。而实际上“pH对酶活性的影响”的实验应该用斐林试剂来检验实验结果。该实验过程及结果应该如表3所示：
如果第5步用碘液检验，则碘液中的HI和HIO(I[,2]+H[,2]O→HI+HIO)会与2号试管中的NaOH反应，从而影响观察效果。
7 “探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”实验（实验过程见表4）所用淀粉酶不纯是否可以？
本实验主要目的是探究酶的专一性。对于本实验，教参中有一个观点：本实验为定性实验，不必使用纯的淀粉酶，这个说法是否正确呢？
笔者带领本届学生做这个实验时全班分成28个小组，结果各组的1号和2号试管都不同程度出现了砖红色沉淀。这是什么原因呢？按照教参的解释可能的原因有以下3点：(1)所用蔗糖不纯，混有还原性糖；(2)试管都是原来使用过的，没洗干净，残留有还原性糖；(3)蔗糖溶液放置久了，其中的微生物在代谢时产生了还原性糖。
笔者引导学生对上述的可能性逐一进行了排除：首先，由于蔗糖溶液是实验前新配制的，即使混入了微生物，也不会繁殖这么快而产生还原性糖，因此第3条被排除掉了。其次，直接向新配制的蔗糖溶液2mL中加斐林试剂2mL，热水浴煮沸1min，未出现砖红色沉淀，说明所用蔗糖纯度较高，不含还原性糖，本组实验同时也排除了配制斐林试剂时的药品不纯而混入还原性糖的可能性；第三，更换了新试管重复表4实验过程，结果两支试管仍出现砖红色沉淀，说明不是试管残留有还原性糖。
到底是什么原因导致两支试管都出现砖红色沉淀呢？取所用淀粉酶重新配制了溶液，加入斐林试剂，直接煮沸1min，结果出现了砖红色沉淀，证明28个小组的实验中2号试管都出现砖红色沉淀是由于淀粉酶纯度不高而混有还原性糖所致。因此，笔者认为教参所述：“本实验为定性实验，不必使用纯的淀粉酶”的说法是不恰当的。