孫嘉圻 董笑之

本期點(diǎn)評(píng)專家

張永強(qiáng)? 中學(xué)高級(jí)教師，湖南省十佳科技教師?？破罩袊?guó)2021年十大科普人物獎(jiǎng)獲得者，全國(guó)校園發(fā)明創(chuàng)意大賽、湖南省青少年科技創(chuàng)新大賽、湖南省創(chuàng)新編程與智能設(shè)計(jì)大賽、湖南省科學(xué)調(diào)查體驗(yàn)活動(dòng)評(píng)審專家組成員。

在做《生物學(xué)》必修一“生物組織中還原糖的檢測(cè)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們常以梨勻漿為材料，而不以甘蔗、甜菜等為材料。對(duì)此，很多資料中的解釋是：甘蔗富含蔗糖，而蔗糖是非還原糖。

甘蔗那么甜，真的不含還原糖嗎？如果有，含量大概是多少？蔗糖是否因?yàn)檫€原糖含量過(guò)低而不被選為實(shí)驗(yàn)材料？

我們?cè)趯幉ㄊ袛?shù)字圖書館網(wǎng)站中以“甘蔗中的還原糖”為關(guān)鍵詞，查閱到王霞的《檢測(cè)蔗汁中的還原糖實(shí)驗(yàn)研究》和張耀、劉云云、孫偉偉等的《以兩種甘蔗為代用材料來(lái)檢測(cè)還原糖的實(shí)驗(yàn)》，兩者的研究都證明了甘蔗中含有還原糖。王霞還以CuSO4溶液用量200μL、蔗汁65μL時(shí)恰好完全反應(yīng)來(lái)估算甘蔗汁中還原糖的含量。

結(jié)合校本課程《生物學(xué)實(shí)驗(yàn)拓展》中所學(xué)的方法，能否利用光電比色法定量測(cè)定甘蔗汁中的還原糖含量呢？為此，我們開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)探究。

一、甘蔗汁是否含還原糖的定性探究

（一）實(shí)驗(yàn)原理

還原糖與斐林試劑在加熱條件下生成沉淀。生成沉淀的顏色取決于顆粒的大小，而顆粒的大小又與反應(yīng)速度有關(guān)。

反應(yīng)速度快時(shí)，生成的顆粒較小，沉淀呈黃綠色；反應(yīng)速度慢時(shí)，生成的顆粒較大，呈磚紅色。用斐林試劑鑒定可溶性還原糖時(shí)，在沉淀析出的過(guò)程中，反應(yīng)液的顏色經(jīng)歷了藍(lán)色、綠色、黃色、磚紅色的變化。反應(yīng)較快時(shí)，可直接觀察到磚紅色沉淀。如果溶液中還原糖的含量較低，產(chǎn)生的沉淀較少，只會(huì)觀察到綠色、混濁的黃色或橙色沉淀等。

（二）實(shí)驗(yàn)原料和試劑

廣東青皮甘蔗，葡萄糖溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 mg/mL、10 mg/mL）、蔗糖溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 mg/mL）、蒸餾水等試劑，榨汁機(jī)、燒杯、漏斗、玻璃棒、紗布、試管6支、試管架、10 mL量筒、滴管、水浴鍋（60 ℃）、計(jì)時(shí)器等器材。

將NaOH溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1 g/ mL）

與CuSO4溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05 g/mL）等體積混合，配成斐林試劑。

（三）實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.制備甘蔗汁

將甘蔗切碎后放入榨汁機(jī)，用雙層紗布過(guò)濾甘蔗汁至小燒杯，然后進(jìn)行5倍、10倍稀釋。

2.以葡萄糖和蔗糖為對(duì)照進(jìn)行斐林試劑顏色反應(yīng)

用葡萄糖溶液與蔗糖溶液為對(duì)照，分別取1 mL的甘蔗汁原液、稀釋5倍的甘蔗汁、稀釋10倍的甘蔗汁、1 mg/mL葡萄糖溶液、10 mg/mL葡萄糖溶液、1 mg/mL蔗糖溶液于1—6號(hào)試管中。往每支試管中倒入1 mL配置的斐林試劑后輕輕搖晃，并將所有試管同時(shí)放入60 ℃水浴鍋中加熱2分鐘。觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的顏色變化并記錄。

1、3、5號(hào)試管出現(xiàn)磚紅色沉淀，2、4號(hào)試管出現(xiàn)棕紅色沉淀，6號(hào)試管無(wú)明顯變化。這表明，甘蔗汁中含還原糖。磚紅色沉淀的顏色深淺不一，是因?yàn)槿芤褐羞€原糖的含量不同。稀釋10倍的甘蔗汁與10 mg/mL葡萄糖溶液的顯色相近。

二、甘蔗汁中還原糖定量探究

（一）材料和試劑

以稀釋10倍的甘蔗汁為原材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用光電比色法測(cè)OD值（吸光值），使用葡萄糖（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 mg/mL）、DNS試劑、蒸餾水等試劑，試管8支、試管架、滴管、玻璃棒、小燒杯、移液管、水浴鍋（90 ℃）、光電比色計(jì)、計(jì)時(shí)器等。

（二）測(cè)定并繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

以葡萄糖濃度為橫坐標(biāo)，吸光值為縱坐標(biāo)，測(cè)定結(jié)果如圖3和表2。應(yīng)用geogebra軟件繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖4。

（三）測(cè)定甘蔗汁的OD值，計(jì)算還原糖的含量

將10倍稀釋的甘蔗汁按上述表格中操作后進(jìn)行1∶3稀釋，測(cè)出其吸光值為0.384。在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出相應(yīng)的葡萄糖含量為1.01 mg，根據(jù)兩次稀釋的情況，進(jìn)而可獲知甘蔗原汁中還原糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相當(dāng)于40.4 mg/mL的葡萄糖溶液。

三、體會(huì)與反思

（一）總體來(lái)說(shuō)，這次實(shí)驗(yàn)比較順利，但也遇到了一些困難和問(wèn)題。如使用移液器吸取液體因操作不當(dāng)引起取樣體積偏大，經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)照，終于找出了原因——吸溶液時(shí)不能將移液器按到底，而應(yīng)慢慢松開(kāi)操作按鈕。又如，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中曾出現(xiàn)OD值數(shù)據(jù)爆表的情況，對(duì)此，我們展開(kāi)了分析：爆表是由于一開(kāi)始未選取合適濃度的甘蔗汁稀釋液，以致加入DNS試劑且加熱水后，顏色過(guò)深，超出儀器量程。為解決這個(gè)問(wèn)題，我們將1 mL原爆表的溶液與3 mL蒸餾水混合進(jìn)行稀釋后倒入比色皿，置于光電比色計(jì)中測(cè)量，得到了可用的數(shù)據(jù)。這些經(jīng)驗(yàn)帶給我們的啟示是，預(yù)實(shí)驗(yàn)?zāi)芴岣邔?shí)驗(yàn)效率。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，甘蔗汁中的還原糖含量較高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象十分明顯，所以，甘蔗是一種很好的檢測(cè)還原糖的實(shí)驗(yàn)材料。但是，甘蔗一般在每年10月左右才開(kāi)始大量上市，且需在實(shí)驗(yàn)前研磨得到甘蔗汁，這與高一學(xué)習(xí)還原糖定性實(shí)驗(yàn)的時(shí)間不一致。

（三）俗話說(shuō)“甘蔗不能兩頭甜”，這次實(shí)驗(yàn)我們選取的是一根產(chǎn)自廣東的青皮甘蔗的中段，榨汁后估算出其還原糖含量相當(dāng)于40.4 mg/mL的葡萄糖溶液，屬個(gè)例研究。甘蔗中的還原糖含量會(huì)隨著品種、取材時(shí)間和取材部位的不同有所差異。（指導(dǎo)老師：邵江樵）

作者心聲

在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們面臨的一切都是未知的，需要科學(xué)假設(shè)，再膽大心細(xì)地嘗試。倘若在定性實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有看到明顯的現(xiàn)象，后續(xù)的定量實(shí)驗(yàn)就很難進(jìn)行。經(jīng)過(guò)一次次嘗試，我們最終找到了合適的溶液比例，得到了有效數(shù)據(jù)，印證了王霞、劉云云等人的結(jié)論，還用光電比色法獲得了還原糖的含量，這令我們很欣喜。這次的實(shí)驗(yàn)探究也培養(yǎng)了我們敢于嘗試、不畏失敗的心理。

感謝邵老師對(duì)文獻(xiàn)檢索、方案制訂和論文撰寫的悉心指導(dǎo)以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的陪伴；感謝生物實(shí)驗(yàn)室的俞佳老師提供的支持；感謝家長(zhǎng)對(duì)我們開(kāi)展本次探究活動(dòng)的支持。

專家點(diǎn)評(píng)

作者結(jié)合校本課程《生物學(xué)實(shí)驗(yàn)拓展》中所學(xué)的方法，探究了能否利用光電比色法定量測(cè)定甘蔗汁中的還原糖含量。

優(yōu)點(diǎn)在于：1.詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)背景，讓讀者對(duì)作者所做的工作有基本的了解；2.在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備上花了大量的時(shí)間與精力，提高了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性，保證了實(shí)驗(yàn)方案的客觀性、可行性；3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程科學(xué)連貫，對(duì)比效果顯著，實(shí)驗(yàn)圖片清晰直觀地表現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提高了可讀性；4.利用專業(yè)軟件進(jìn)行了科學(xué)分析，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的可信度；5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，現(xiàn)象與分析互相印證；6.反思了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的不足，并能完善實(shí)驗(yàn)步驟；7.敢于挑戰(zhàn)權(quán)威，敢于質(zhì)疑，勇于探索，這種科學(xué)精神可嘉。

建議每個(gè)實(shí)驗(yàn)都進(jìn)行多次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取平均值，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更精準(zhǔn)。