摭谈中学生物实验中的“颜色”

秦四哥 · 发表于 2018-9-28 14:05:23

1还原糖的鉴定

还原糖是指带有游离醛基（-CHO）的单糖或二糖，教材中涉及的葡萄糖、果糖、麦芽糖、半乳糖、乳糖和脱氧核糖等都是还原糖。在水浴加热的条件下，还原糖能与斐林试剂中的Cu(OH)2发生氧化还原反应，使Cu2+被氧化成Cu₂O沉淀。由于Cu2+是蓝色的，而Cu2O是砖红色的，所以反应体系的颜色逐渐由蓝变棕再变成砖红色。非还原性糖没有游离的醛基，不能与斐林试剂发生类似的反应。

2蛋白质的鉴定

蛋白质是由若干个氨基酸进行脱水缩合反应生成的一种高分子聚合物，氨基酸残基之间通过肽键（-HN-CO-）彼此相连。利用双缩脲试剂（0.1g/mL的NaOH与0.01g/mL CuSO4。的混合液）可以检测蛋白质的存在，其原理是：在碱性条件下蛋白质中的肽键可以和Cu2+结合形成紫色的络合物，而构成蛋白质的基本单位——氨基酸因不含肽键所以无法与双缩脲试剂发生类似的反应。长期以来实验室都是依赖双缩脲试剂来甄别蛋白质的，不过近年来一些不法之徒发现一种名叫三聚氰胺的化合物也含有肽键，也可以同双缩脲试剂发生反应生成紫色络合物，所以这种物质被添加到奶粉或牛奶中以冒充蛋白质，给消费者带来很大伤害，前些年安徽阜阳地区的“大头娃娃”就是三聚氰胺惹的祸。

3线粒体的观察

线粒体是真核细胞进行有氧呼吸的主要场所，具有特殊的双层膜结构，尤其是其内膜向内折叠形成“峭”，增大了表面积。线粒体内膜表面分布着多种特殊的呼吸酶（构成电子传递链），其也为线粒体的观察提供便利。其中有一种酶叫作细胞色素氧化酶，在观察线粒体时以健那绿（Janus Green B）作为染料，可在细胞保持活性的情况下与细胞色素氧化酶结合不仅可以使其保持氧化态，而且可以呈现蓝绿色，而细胞的其他部位却无法与健那绿结合。

4 DNA的检测与观察

DNA是自然界中绝大多数生物（除少数病毒外）的遗传物质，由两条反向平行的脱氧核苷酸链构成双螺旋结构，外侧是脱氧核糖与磷酸的交替连接，内侧是互补的碱基对通过氢键相接，形状类似梯子的结构。DNA一般分布于细胞核中，通常采用甲基绿（一种能与DNA结合的绿色染料）将细胞核染成绿色，说明DNA主要分布于此。不过这种染色只发生在细胞内。有些时候需要把DNA从细胞里抽提出来进行科学研究，此时的DNA已经过高温和酸的剧烈作用，本身的高级结构已经发生变化，无法与甲基绿发生作用。科学家发现离体的DNA在水浴条件下可以和二苯胺作用呈现蓝色，原因是经抽提后脱氧核糖与碱基之间的糖苷键已断裂，产生的脱氧核糖经脱水酸化后生成酮基戊糖，酮基戊糖可以和二苯胺发生反应产生蓝色物质。

DNA带有电荷，利用凝胶电泳技术可以使其在电场中发生运动，从而将长度大小不同的DNA片段区分开来，但是二苯胺却无法在琼脂糖凝胶中发挥作用。此后人们发现一种名叫溴化乙啶的荧光染料可以在凝胶中与碱基对发生嵌合作用，形成一个三环平面结构，在紫外线的激发下可以呈现出亮带。

5脂肪的鉴定

脂肪是体内主要的储能物质，很多细胞都富含脂肪。游离态时脂肪呈无数的小球滴状悬浮在细胞质基质中，某些时候这些弥散的脂肪滴也可以聚集在一起将细胞核挤在细胞一隅，如脂肪细胞和花生子叶细胞。对脂肪的染色一般选用苏丹Ⅲ或苏丹IV，苏丹Ⅲ是一种橙红色偶氮染料，由于其在脂肪中的溶解度高于在乙醇中的溶解度，当用70%乙醇溶解的苏丹Ⅲ饱和溶液浸染脂肪细胞时，苏丹Ⅲ会从70%乙醇中脱离，溶解并集中在脂肪液滴中，使脂肪细胞着色（橘黄色）；而苏丹IV含有Cu(OH)2，与脂肪中的羟基（-0H）发生氧化反应可生成砖红色的Cu2O。

6淀粉的鉴定

淀粉是植物特有的储能物质，分为直链淀粉和支链淀粉，教材上说淀粉溶液遇碘会变蓝，其原理是：溶于水的直链淀粉借助分子内的氢键卷曲成螺旋状，此时加入碘液，碘液中的碘分子便嵌入到螺旋结构的空隙处，并且借助范得华力与直链淀粉联系在一起，形成了一种络合物。这种络合物能够比较均匀地吸收除了蓝光以外的其他可见光（波长范围为400~750nm），从而使淀粉溶液呈现蓝色，而支链淀粉遇碘则显紫红色。

7 CO2的鉴定

细胞的呼吸作用会产生CO2，检测CO2通常会采用将呼吸释放的气体通入澄清石灰水中，观察其是否变浑浊。此外也可以采用显色方法，即把CO2通入一种名为溴麝香草酚蓝的水溶液（BTB）中，BTB是一种酸碱指示剂，在碱性条件下呈蓝色，中性时为绿色，而酸性时则变为黄色，在加入CO2的过程中BTB的pH不断降低，所以颜色也就由蓝变绿最终变黄，且这种变化的速度越快说明通人的CO2量越大，从而可检测细胞呼吸的强度。

8酒精的鉴定

酵母菌和一些植物的无氧呼吸不仅可以产生CO2，还会产生酒精。实验室一般用硫酸和重铬酸钾的混合液与酒精反应，重铬酸钾本身呈橘红色，在酸性条件下有强氧化性，可以将酒精逐步氧化成乙醛、乙酸，溶液的颜色变为绿色，六价铬离子被还原为绿色的三价铬离子（Cr3+）。

9基因工程中的转化子鉴定

基因工程是一种按照人的意愿对生物性状进行改造的技术，在操作过程中需要将重组的DNA分子导人受体菌中进行表达方可产生人们所需的性状，这个过程称为转化，而被转化的受体菌所长出的菌落则称为转化子。由于重组DNA是大分子物质，且受体细胞具有选择透过性，所以一次转化实验往往有很多受体菌中并没有成功导入DNA分子，但是这种结果又无法用肉眼直接观察到，怎么办呢？科学家发现实验室中使用的质粒载体大多数含有一个半乳糖苷酶基因（lacZ），该基因编码的半乳糖苷酶在IPTG（异丙基硫代半乳糖苷）的诱导下可以将培养基中X-gal（5-溴-4-氯-3-吲噪-β-D-半乳糖苷）分解成蓝色吲噪产物，使菌落呈蓝色。而lacZ基因中有很多限制酶的酶切位点，若目的基因插入到lacZ基因时会导致该基因失活，不能表达出半乳糖苷酶，最终长出的菌落表现出白色，而不是蓝色。这种方法称为蓝白斑筛选，转化结束后长出的白色菌落一般就可能含有正确的重组DNA分子。

知其然还要知其所以然，高中生物教师和理科生都应了解教材中一些颜色变化背后的理化原理，这会帮助我们学会举一反三。

——刘海涛，舒端阳.中学生物教学.2017年第7期