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【转载】高中生物学实验中的显色反应释疑  

2016-04-13 10:26:26|  分类: 专业理论 |  标签: |举报 |字号 订阅

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来源:《生物学教学》 2015(11) 作者:潘斌

摘 要 本文简要归纳了高中生物学实验中几种显色反应的原理和应用。

关键词 高中生物学 显色反应 释疑

显色反应是指物质在化学或物理或这两者共同作用的条件下,使之发生颜色的变化,它可以是化学变化导致的,也可以是物理作用导致的,还可以是这两者综合作用导致的。本文对部分显色实验的反应原理、注意事项和疑难问题进行了查证和释疑。

1 淀粉遇碘变蓝

淀粉是由α-葡萄糖分子组成的螺旋结构。碘分子可嵌入淀粉螺旋体的轴心部位,从而形成淀粉-碘络合物,因而呈现一定颜色。该过程不属于化学反应。

(1)是不是所有淀粉都是遇碘变蓝 直链淀粉遇碘呈蓝色,而支链淀粉不是。由于支链淀粉较直链淀粉分支性高,螺旋结构较短,短螺旋中碘分子比直链淀粉长螺旋中的碘分子吸收更短波长的光,因此呈紫红色。

当淀粉被逐步水解时,生成大小不一的中间产物,统称糊精。糊精依分子质量的递减,与碘作用呈现蓝紫色、紫色、红色到无色。

(2)为什么加热后混合液的蓝色会褪去 当向100℃的淀粉溶液中滴入适宜碘液后,由于在较高温度下,碘分子运动加快,因此不易与淀粉结合形成络合物,并且已形成的络合物,也会因加热而分解,所以蓝色易褪去。但是当反应液冷却后,脱下来的碘分子又逐渐与淀粉结合而再显蓝色。因此,在验证高温对淀粉酶活性影响的实验中,要将反应体系冷却后再加入碘液才会出现应有的蓝色现象。

(3)在碱性环境中,淀粉遇碘为什么不变蓝 在碱性环境中,I2 与 NaOH 发生氧化还原反应,即3I2 +6NaOH =5NaI +NaIO3 +3H2O,所以在碱性环境中向淀粉溶液中滴加碘液也不会出现淀粉与碘结合显现的蓝色。因此,在验证 pH 对淀粉酶活性影响的实验中,不宜使用碘液对实验结果进行鉴定。

2 蛋白质与双缩脲试剂呈紫色反应

(1)双缩脲试剂中含有双缩脲吗 双缩脲试剂是由双缩脲试剂 A 和双缩脲试剂 B 两种试剂组成。双缩脲试剂A 是0.1 g/mL NaOH 溶液,双缩脲试剂 B 是0.01 g/mL CuSO4 溶液。双缩脲是由两分子尿素经加热放出1分子 NH3 而得到的产物。双缩脲在碱性条件下(双缩脲试剂 A 液营造),与双缩脲试剂 B 液中的Cu2+形成紫色络合物,此反应称为双缩脲反应。

(2)为什么使用双缩脲试剂时要逐一加入并振荡均匀 正确的使用方法是先将双缩脲试剂A 3mL 加入组织样液3mL,振荡均匀(必须营造碱性环境),再加入2~3滴双缩脲试剂B,振荡均匀,观察颜色。

若先加入 CuSO4 溶液,再加入 NaOH 溶液,则无法充分制造碱性环境,此时 CuSO4 会与 NaOH 发生复分解反应,生成蓝色Cu(OH)2 沉淀,导致现象不清,无法较好地达到实验目的。

(3)哪些物质能发生双缩脲反应 因为蛋白质或多肽中含有与双缩脲相似的结构(即肽键),所以也能够与双缩脲试剂发生紫色反应,因此可用于蛋白质的定性或定量测定。任何蛋白质或者蛋白质水解中间产物(含有2个或2个以上肽键的化合物)都有双缩脲反应,而氨基酸却不能与之发生颜色反应。这个性质显示和蛋白质分子中所含肽键数目有一定的关系。肽键数目越多,紫色越深,但有双缩脲反应的物质不一定都是蛋白质或多肽。

3 脂肪与苏丹Ⅲ(或Ⅳ)染液呈橘黄(或红)色

苏丹(Ⅲ或Ⅳ)染液易溶于脂肪和酒精,但脂肪和苏丹染液的亲和力较酒精强。当用含苏丹染液的酒精溶液处理含有脂肪的生物组织时,酒精中的苏丹染液就会进入脂肪中,将脂肪染成橘黄色或红色。但由于脂肪可溶于酒精中,因此对脂肪染色最好不要超过10min。

4 DNA 与二苯胺试剂在沸水浴条件下呈蓝色反应

DNA 分子在强酸、加热条件下,嘌呤碱基与脱氧核糖间的糖苷键断裂,产生脱氧核糖。脱氧核糖在酸性、加热情况下,生成ω-羟基-γ-酮基戊醛。ω-羟基-γ-酮基戊醛与二苯胺反应生成蓝色化合物。因此,DNA,甚至某些脱氧核苷酸也可与二苯胺试剂发生蓝色反应。

5 用甲基绿、吡罗红混合液观察 DNA 和 RNA 的分布当使用甲基绿和吡罗红的混合液时,甲基绿与DNA 选择性结合显示绿色,吡罗红与 RNA 选择性结合显示红色。

出现相应显色反应的原因是,DNA 和 RNA 都是多聚体,而且 DNA 的聚合程度高于RNA;甲基绿、吡罗红对 DNA、RNA 具有竞争作用,甲基绿优先与聚合程度高的 DNA 结合呈现绿色,而吡罗红则易与聚合程度较低的 RNA 结合呈现红色。

(1)为什么甲基绿和吡罗红要混合使用 因为降解的 DNA 由于聚合程度降低,也能和吡罗红结合呈现红色,若单独使用吡罗红,则细胞核和细胞质都有红色分布,效果不佳。

(2)DNA 提纯实验可以用甲基绿吗 不可以。在DNA 提纯实验中,得到的 DNA 中还混有少量的 RNA,如果使用甲基绿鉴定,DNA、RNA 都会被染成绿色。由于 RNA 不能与二苯胺进行颜色反应,所以在 DNA 提纯实验中,只能用二苯胺试剂进行鉴定。

6 用健那绿染液观察线粒体呈蓝绿色

由于线粒体中细胞色素氧化酶的存在,会使进入线粒体中的健那绿染料保持氧化状态(即有色状态)呈蓝绿色,而在周围的细胞质中的健那绿试剂则被还原,成为无色状态。因此,健那绿试剂只能对活细胞的线粒体进行染色。

7 CO2 使溴麝香草酚蓝溶液呈现由蓝到绿再到黄的颜色变化

溴麝香草酚蓝是一种酸碱指示剂,变色范围为pH6.0(黄)~7.6(蓝)。普通水是中性,pH 7左右,溴麝香草酚蓝溶液呈淡蓝色;当溶有 CO2 后,随着弱酸碳酸的形成,pH 会降低至6.0左右,溶液变为黄色,其中的过渡颜色是绿色,因此呈现由蓝到绿再到黄的颜色变化过程。

8 酒精使重铬酸钾溶液出现橙色到灰绿色的颜色变化

重铬酸钾有强氧化性,在酸性条件下可将酒精氧化,生成的硫酸铬呈绿色,因此会出现橙色到灰绿色的颜色变化。

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