苏丹

教材拓展高中生物颜色反应原理归类


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1.显色规律一:某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机物产生特定的颜色反应

1.1还原糖与斐林试剂的颜色反应原理

还原糖是指能使氧化剂还原的糖,常见的还原糖主要指醛糖(如葡萄糖、半乳糖等)和多数酮糖(如果糖等,其在碱性溶液中能异构化为醛糖)。斐林试剂中的酒石酸钾钠用作螯合剂,与Cu2+络合以防止形成Cu(OH)2而使Cu2+沉淀(如图所示)。因此现用现配、混合使用的斐林试剂在水浴加热的条件下与还原糖反应的颜色变化是由蓝色逐渐变化为砖红色。

1.2脂肪与苏丹Ⅲ(苏丹Ⅳ)的颜色反应原理

脂肪是由甘油和脂肪酸组成的甘油三酯,可溶于多种有机溶剂,但不溶解于水。苏丹红属于亲脂性偶氮类染料,在高中生物实验中常用到苏丹Ⅲ和苏丹Ⅳ染液,其中苏丹Ⅲ染液染色脂肪显橘黄色,苏丹Ⅳ染液染色脂肪显红色。但要注意在用显微镜观察子叶细胞的着色情况时,染色后要滴加1~2滴体积分数为50%的酒精溶液洗去浮色(没有与脂肪结合的苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液所呈现的颜色),因为苏丹Ⅲ染液易溶于酒精,可以避免苏丹Ⅲ染液自身颜色干扰实验。但若酒精浓度太高,会影响脂肪本身的着色效果,反之则洗去浮色效果较差。

1.3蛋白质与双缩脲试剂的颜色反应原理

双缩脲试剂本是用来检测双缩脲(NH2CONHCONH2)的:在碱性溶液中,双缩脲与CuSO4形成紫色络合物。由于蛋白质分子中含有很多与双缩脲结构相似的肽键(至少含两个肽键即三肽及以上),因此也能与铜离子在碱性溶液中发生双缩脲反应,检测蛋白质用的试剂之所以叫双缩脲试剂,是因为检测原理和双缩脲的形成(两分子尿素经℃左右加热,放出一分子氨后得到的产物)相似。

1.4淀粉与碘的颜色反应原理

天然的淀粉一般包括直链淀粉和支链淀粉。碘和淀粉的显色除吸附原因外,主要是由于生成包合物。直链淀粉遇碘呈蓝色:据X射线衍射分析,直链淀粉的二级结构(指多糖链的折叠方式)是一个左手螺旋,其螺旋结构并不十分稳定。当不与碘相互作用时,直链淀粉很可能是以无规则卷曲形式存在。碘分子正好能嵌入螺旋中心空道,每圈可容纳一个碘分子,通过朝向圈内的羟基氧(提供未共享电子对)和碘(提供空轨道)之间的相互作用形成稳定的深蓝色淀粉-碘络合物;支链淀粉遇碘呈紫红色:支链淀粉螺旋中的短串碘分子比直链淀粉螺旋中的长串碘分子吸收光的波长更短,因此支链淀粉遇碘呈紫色到紫红色。

下列关于实验材料的选择和试剂的使用叙述正确的是()

A.还原糖的检测实验中选择苹果汁做材料

B.蛋白质的检测实验中双缩脲试剂的A液、B液混合使用

C.淀粉的检测实验中斐林试剂水浴加热

D.脂肪的检测实验中用盐酸洗去浮色

A

苹果汁中含有还原糖且接近无色,可以作为还原糖的检测材料,A正确。在使用双缩脲试剂时,必须先加A液后加B液以保证碱性环境,若先加入B液后加A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,导致现象不准确,无法较好地达到实验目的,B错误。淀粉的检测用碘液,C错误。脂肪检测中洗去浮色应用体积分数为50%的酒精,D错误。对于这类检测分析型实验,复习策略的要点是根据实验原理合理选择实验材料,正确使用相关检测试剂。如还原糖检测实验中材料的选择要遵循两个原则:一是材料中要含有还原糖,二是材料本身最好无色或接近无色。因此不选择甘蔗汁(虽无色但含的蔗糖不是还原糖)、西瓜和西红柿汁(虽含还原糖但本身是红色会干扰实验结果)等作为实验材料。

2.显色规律二:染色剂能够与细胞内某种物质或结构结合产生特定的颜色

2.1甲基绿和吡罗红的染色原理

甲基绿有两个正电荷,易与聚合程度高的双链DNA分子结合,使DNA呈现绿色。吡罗红有一个正电荷,易与RNA结合,使RNA或者解聚的DNA呈现红色。甲基绿-吡罗红又称甲基绿-派洛宁,两者对DNA和RNA的亲和力不同且现配现用。另外二苯胺也可以作为鉴定DNA的试剂,在沸水浴的条件下,DNA与二苯胺反应呈现蓝色。

2.2台盼蓝鉴别细胞死活的染色原理

台盼蓝是细胞活性染料,常用于检测细胞膜的完整性,检测细胞是否存活。正常的活细胞,细胞膜结构完整且具有选择透过性,能够排斥台盼蓝,使之不能够进入细胞内;丧失活性或细胞膜不完整的细胞,细胞膜的通透性增加,可被台盼蓝染成蓝色。因此,借助台盼蓝染色剂可以非常简便、快速地区分活细胞和死细胞。

2.3健那绿染液的染色原理

健那绿染液是可将活细胞中线粒体染色的专一性染料,可以使活细胞中的线粒体呈现蓝绿色。原因是线粒体内膜的嵴上有许多排列规则的颗粒,称为线粒体基粒,实际上是ATP合酶的头部,ATP合酶的头部是一个多组分的酶复合物,内膜的标志酶是细胞色素氧化酶。线粒体内膜上的细胞色素氧化酶能使健那绿染液保持氧化状态(即有色状态)呈蓝绿色,而在周围的细胞质中染液被还原,成为无色状态。

2.4龙胆紫溶液的染色原理

染色质(体)容易被碱性染液染成深色。其中龙胆紫溶液是将龙胆紫溶解于醋酸溶液中制得的,配制后的龙胆紫溶液pH约小于7。但酸性(碱性)染色剂的界定并非由染液溶液的pH决定,而是根据染液物质中助色基团电离后所带的电荷来决定。一般来说,助色基团带正电荷的染色剂为碱性染色剂,反之则为酸性染色剂,而龙胆紫染液的助色基团带正电荷,因此龙胆紫溶液为碱性染色剂。

下列对于实验染色原理的描述,正确的是()

A.染色口腔上皮细胞时先加甲基绿再加吡罗红

B.台盼蓝不能进入活细胞体现了细胞膜的选择透过性

C.健那绿染液能杀死细胞,从而保证染色成功

D.龙胆紫染液染色细胞可在解离步骤之前

B

甲基绿和吡罗红要混合使用、现配现用,利用的是两者对DNA和RNA的亲和力不同这一原理,A错误。活细胞对所需要的物质有选择性,台盼蓝不是细胞的需求物质,正常情况下不允许其进入细胞,B正确。健那绿染液是活性染色剂,且线粒体能在健那绿染液中维持活性数小时,C错误。解离是使细胞彼此分离,解离后细胞死亡有利于龙胆紫溶液进入细胞,从而染色,D错误。对于这类染液染色实验,复习策略的要点是根据实验原理合理准确理解和记忆染色条件、染色对象和染色结果。

3.显色规律三:被检测物质与某种试剂反应或使某种指示剂产生特定颜色

3.1酒精检测的颜色反应原理

重铬酸钾(橙红色)在酸性条件下氧化性更强,能和酒精发生氧化还原反应被还原成硫酸铬(灰绿色),反应式为

因此可以根据上述反应原理判断酒精的产生。

3.2CO2检测的颜色反应原理

酵母菌细胞的无氧呼吸和有氧呼吸均能产生CO2,但同样条件下产生CO2的速率和量不同,可以通过溴麝香草酚蓝水溶液或澄清的石灰水检测CO2的产生情况。溴麝香草酚蓝(BTB)是一种非常灵敏的酸碱指示剂,变色的pH范围为6.0~7.6:中性呈淡蓝色,酸性呈黄色,碱性呈蓝色。细胞呼吸释放的CO2溶于水后变成H2CO3,并进一步解离成H+与HCO3-,酸度的变化能使BTB变色。因此可以根据溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄的时间长短检测酵母菌培养液中CO2的产生情况,进而确定酵母菌细胞的呼吸方式。

3.3微生物培养时的颜色反应原理

在用以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂,培养基中分解尿素的细菌所合成的脲酶可以将尿素分解成氨,即

使培养基的pH升高,从而使酚红指示剂变红;在通过滤膜法测定饮用水中大肠杆菌的数目时,将滤膜放在伊红美蓝培养基上培养,大肠杆菌的代谢产物(有机酸)与伊红美蓝结合使菌落呈现黑色。根据培养基上黑色菌落的数目,计算出水样中的大肠杆菌的数量。在用以纤维素为唯一碳源的培养基中加入刚果红染料,刚果红能与培养基中的纤维素形成红色复合物,但不与纤维二糖和葡萄糖发生这种反应。培养基中分解纤维素的细菌合成的纤维素酶(包括C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶,其中C1酶和CX酶使纤维素分解成纤维二糖,葡萄糖苷酶将纤维二糖分解成葡萄糖)分解后,刚果红-纤维素的复合物便无法形成,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈,通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。

物质X是一种含氮有机物,会污染土壤。X在培养基中达到一定量时培养基表现为不透明。某研究小组欲从土壤中筛选出能降解X的细菌。回答下列问题:

(1)实验时培养基中出现多种菌落,要想从土壤中分离能降解X的细菌并进一步纯化,选择的依据是。

(2)土壤中的某些微生物可以利用空气中的氮气作为氮源。若要设计实验进一步确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气作为氮源,请简要写出实验思路、预期结果和结论:。

(1)菌落周围出现透明圈,说明该菌能降解X(2)思路:将甲、乙菌分别接种在无氮源的培养基上,观察生长情况。预期结果和结论:若细菌能生长,则说明该细菌能利用空气中的氮气作为氮源

由于X在培养基中达到一定量时培养基表现为不透明,所以培养基中能降解X的菌落处因X消失或剩余很少而出现透明圈。若要确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气,则培养基中不能含有氮源,因此,实验思路为将甲、乙菌分别接种在无氮源的培养基上,若细菌能生长,则说明该细菌能利用空气中的氮气作为氮源。对于这类实验,复习策略的要点是引导学生学会根据实验原理设计实验思路,预期实验结果及结论,特别是对信息迁移能力的考查在高考中多次出现,应多


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