分光光度法在高中生物学实验中的应用

林建春

(浙江省温州市洞头区第一中学 325700)

生物学实验是高中生物学课程学习的重要组成部分，在培养学生探究能力及形成生物科学素养等方面发挥着重要的作用。其中，生物定量分析实验有利于学生体验科学研究过程，促进学生理性思维形成。然而，由于生物定量分析实验具有操作要求严格、耗时多以及对仪器设备要求高等局限性，因而难以在高中生物学实验课堂中有效开展。因此，急需一种操作简单、快速有效的定量分析方法应用于高中生物学实验教学中。

分光光度法，又称比色法，是一种常见的定量分析方法，具有操作容易、分析快速等优点，普遍运用于科学研究及高校实验教学中。在国外，分光光度法已广泛应用于高中实验教学[1，2]。然而，我国并未重视分光光度法在高中生物学实验教学中的应用。本文简单介绍分光光度法的分析原理，评估高中生物学实验教学中实施分光光度法的可行性，并进一步探究分光光度法在高中生物学实验中的具体应用，最后提出几点实施建议，以期将分光光度法推广应用于高中生物学实验教学中。

1 分光光度法原理简介

分光光度法是根据不同浓度溶液对某一特定光的吸收强度(吸光度)不同从而对物质进行定量分析的方法。其定量基础为朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律，即溶液吸光度=溶液吸光系数×溶液层厚度(cm)×溶液浓度(g/dm3)。其中，吸光系数与溶液自身性质、测定温度及波长等因素有关。当溶液吸光系数和溶液层厚度固定时，吸光度与溶液浓度成线性关系。根据此定律，可实现溶液中物质的定量分析。分光光度计，又称光谱仪，是测定溶液吸光度值最为常见的科学仪器。

2 分光光度法在高中生物学实验教学中实施的可行性分析

目前，高中生物学实验教学存在多种问题，如教师缺少对生物学实验教学的研究；实验内容增加，但教学课时不足；学生实验操作积极性不高，课堂实施困难；实验条件不足等[3]。根据以上存在的问题，从以下4方面评估分光光度法在高中生物学实验教学中实施的可行性。

2.1 成熟的定量分析技术 分光光度法是一种成熟的定量分析技术，有大量文献作为高中生物学实验课堂开展的理论基础，如科学研究中利用分光光度法测定微生物的生物量[4]，采用双缩脲—分光光度法测定溶液中蛋白质的浓度[5]。教师可通过查阅文献等途径，加强相关知识的学习，弥补对生物学实验教学缺乏研究的不足，并增强自身的实验研究能力。

2.2 测定时间短，操作简单 科学研究中定量分析方法有多种，如高效液相色谱法、气相色谱—质谱联用仪法等。尽管这些仪器定量精确，但由于仪器操作复杂、设备昂贵，不太适合应用于高中生物学实验教学。由于高中课堂每节课的时间为40～45min，分光光度法分析测定时间短，操作简单，有利于实验教学中时间的合理控制。

2.3 定性实验转向定量实验，提升学生实验操作积极性 简单的定性分析结果，学生可通过教材直接获取。仅开展定性分析实验，会降低学生的实验操作兴趣，难以调动实验操作积极性，从而使生物学实验课堂实施困难。而在课堂中应用分光光度法进行定量分析，从而使定性实验转向定量实验，并采取“小组合作，师生共探究”的课堂组织方式，不仅能提高学生的实验操作兴趣，同时也符合新课标提倡的“自主、合作、探究”学习方式。

2.4 仪器高效利用 分光光度法并不是只应用于高中生物学实验教学中的某一个实验，而是可以应用于物质浓度、微生物数量和酶活性分析等三大类实验中，从而实现仪器的高效利用。

3 分光光度法在高中生物学实验教学中的具体应用

新课标高中生物学考试大纲中，必修课生物学实验共有19个，分光光度法可用于其中的5个实验，可归纳为溶液浓度、微生物数量和酶活性测定3大类。

3.1 物质定量分析 教材中仅对还原糖(尿糖)和蛋白质进行定性分析，即根据颜色反应判断溶液中是否存在这些物质。定性分析的结果，学生可通过教师在课堂中的知识讲解，或通过课外辅导材料预习后就能获得。对物质进一步进行定量分析，如将“检测牛奶中的蛋白质存在情况”转变成“比较不同品牌牛奶中蛋白质的含量高低”，可增强学生对实验操作的兴趣。尽管在光合色素的分离和提取实验中，可以根据纸层析结果大致判断出各种色素含量(半定量)，但运用分光光度法可以获得更准确的数值，帮助学生更直观、更理性地认识样品中光合色素的含量。

3.2 微生物数量分析 利用分光光度法可以直接测定微生物培养液的吸光度值，吸光度值越大，表明培养液浊度也越大，从而能够根据吸光度值间接反映培养液中微生物的数量(教材中的比浊法是将培养液的浊度与标准浊度进行比较，从而得到半定量结果)。根据不同培养时间点培养液的吸光度值，以发酵时间为横坐标、吸光度值为纵坐标建立微生物数量的动态变化曲线。可以将此方法获得的微生物数量动态变化曲线，与血球计数法、比浊法获得的曲线进行比较分析。

3.3 酶活性分析 教材中“探究影响酶活性的因素”实验仅设计了观察实验现象，如H2O2裂解释放O2速度。将分光光度法应用于酶活性分析，同样可以获得更直观、更具体的数值结果。目前，应用分光光度计测定酶活性的研究报道很多，具体可参考文献进行操作，如利用分光光度计测定过氧化氢酶[6]，淀粉酶[7]等酶活性。

4 分光光度法在高中生物学实验教学中的实施建议

为了更好地将分光光度法应用在高中生物学实验教学中，提出以下3点实施建议：

4.1 课前查资料 由于分光光度法技术成熟，教师可事先查阅文献，寻找待测物质最适吸收波长，如双缩脲试剂—分光光度法测定蛋白质的波长为540nm[5]，微生物生物量测定的最适波长为600nm[4]。并且，尽可能以教材中的定性方法为主，辅之分光光度法进行定量分析。如蛋白质的测定方法有双缩脲试剂法、Lowry法等，但建议采用双缩脲试剂法先进行定性分析，再进行定量检测。

4.2 课堂分组合作 将全班学生划分成若干个小组，组内同学分工协作，一起完成实验。分组的目的在于缩短实验操作时间，留足够多的时间进行实验结果分析等。

4.3 师生共同分析 对获得实验数据，教师要与学生共同进行分析，以及绘制相应图表，获得直观的结果展示。如比较不同品牌牛奶中蛋白质含量的高低，学生首先要获得不同牛奶样品的吸光度值，师生一起根据标准曲线计算牛奶中蛋白质的含量，进而比较含量高低，得出结论。图1为3大类实验数据结果展示参考图。其中，A为不同溶液中物质含量比较分析；B为微生物生长曲线；C为pH、温度等因素对酶活性的影响。

图1 实验结果展示

尽管定量分析方法有多种，但分光光度法由于自身所具有的优势，可以广泛应用于高中生物学实验教学中。教师可以有选择地进行几个实验，将分光光度法拓展运用于必修课程的实验课中。除以上5个实验作为必修课程的拓展外，分光光度法还为学生进行探究性课题提供了新思路，如“应用分光光度法比较不同水果中维生素C的含量”“培养基中氮含量对酵母胞外蛋白水解酶活性的影响”等。

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