淀粉遇碘都变蓝吗

淀粉遇碘一定变蓝吗？
河北省沙河市第一中学(054100) 乔进军
典例水稻中非糯稻对糯稻为显性,这对相对性状由一对等位基因控制。

现有一批基因型一致的非糯稻种子，不借助任何配种过程，如何设计实验鉴定它们是纯合子还是杂合子？
(1)实验原理：水稻的非糯稻米粒含有可溶性淀粉，糯稻米粒只含不溶性淀粉；水稻花粉粒的内含物也有两种类型：含可溶性淀粉的和只含不溶性淀粉的。

遇碘液后前者呈蓝色；后者呈紫红色。

(2)方法步骤：第一步：播种该非糯稻种子若干粒，培养成水稻植株。

(3)预测结果：。

参考答案：(1)杂合子非糯性水稻经减数分裂形成两种类型的花粉粒：含可溶性淀粉的和只含不溶性淀粉的且数量相等；遇碘液后前者呈蓝色,后者呈紫红色。

而纯合子非糯稻植株只产生一种类型的花粉粒,遇碘液后呈蓝色。

据此可判定该非糯性水稻的基因型。

(2)第二步：花期采集该非糯性水稻的花粉,用碘液染色并制成临时装片；第三步：用显微镜观察花粉粒的显色情况。

(3)预测结果：①若视野中的花粉粒全部呈现蓝色,则该非糯性水稻为纯合子；②若视野中出现紫红色花粉粒且数量与蓝色花粉粒相当,则该非糯性水稻为杂合子。

做完该练习学生不禁要问：“淀粉遇碘变蓝”是众所周知的实验现象。

为什么这里会出现遇碘液后呈蓝色和呈紫红色两种类型的花粉粒呢？我们平时实验时也常常见到，遇碘后呈现蓝色的淀粉溶液在淀粉酶的作用下,逐渐变紫蓝,再变紫红,进而淡红,最后完全褪色。

这又是为什么呢?它与前一种情况有必然联系吗?要弄清这些问题,就需从以下几方面谈起：1 植物体内的淀粉及其类型
淀粉是植物体内营养物质的贮存形式之一，几乎存在于所有绿色植物的大多数组织中，在种子、果实、块根、块茎等具有贮藏功能的器官中常常集中存在。

其含量因作物种类不同而差别很大；同种作物的不同品种间也有差异；即使同一品种,也因其生长发育期间所处的土壤、气候等条件的不同而差别明显。

常见几种农产品中淀粉含量的参考值为：稻米(种子)75.2％,玉米(种子)68.0％,小麦(种子)68.4％，大麦(种子)63.5％，菜豆(种子)55.6％，豌豆(种子)52.6％，大豆(种子)27.1％，甘薯(块根)16.8％，马铃薯(块茎)16.5％［1］。

通常的植物淀粉产品是一类白色无定形粉末，一般都含有直链淀粉(颗粒质)与支链淀粉(皮质)两种类型的成分。

这两种类型淀粉的分子结构不同，理化性质存在一定差别。

它们在淀粉产品中所占的比例同样随植物的种类和品种而有较大差异。

例如，玉米淀粉中直链淀粉所占的比例为21％～23％，马铃薯淀粉中直链淀粉占19％～22％，小麦淀粉中直链淀粉占24％，粳稻米淀粉中直链淀粉占17％，其余部分均为支链淀粉。

然而也有例外的情况，譬如糯米中的淀粉全部为支链淀粉，而有些豆类的淀粉则全是直链淀粉［2］。

2 不同类型淀粉的分子结构［2］
2．1直链淀粉的分子结构
直链淀粉在植物淀粉中的含量一般为10％～30％，能溶于热水而不呈糊状，因而粘度较小。

相对分子质量在10,000～50,000之间，相当于60～300个α-葡萄糖残基(存在于淀粉分子内部的葡萄糖分子残留部分)以α-1,4糖苷键连接而成。

端基分析结果表明，每个直
链淀粉分子只含有一个还原性端基和一个非还原性端基，
证明它是一条长而无分枝的链，其结构示意图如图1。

2．2支链淀粉的分子结构
支链淀粉在植物淀粉中的含量约为70％～90％,它不溶于水，与热水作用则膨胀呈糊状,相对分子质量约在50,000～1,000,000之间,相当于300～6000个或更多个葡萄糖残基连接而成。

研究表明，在支链淀粉的每一直链区段中，葡萄糖残基之间以α-1,4糖苷键相连；在糖苷链内部大约每隔20～30个葡萄糖残基产生一个分支，分支处均以α-1,6糖苷键相连；端基分析结果表明,每24～30个葡萄糖单位含有一个端基，表明支链淀粉的分支短链长度平均为24～30个葡萄糖单位。

通过一定的方法可以从支链淀粉的不完全水解产物中离析出α-1,6双糖—异麦芽糖(isomaltose),证明了分支点的结构。

支链淀粉的结构示意图如图2。

3 生物体内淀粉水解酶的类型及其作用［2］
淀粉酶(通常指α-淀粉酶和β-淀粉酶)在植物、动
物和微生物体内均有存在，动物体内主要存在于消化液
(如唾液、胰液、肠液等)中,常见的淀粉水解酶类型有：
①α-淀粉酶：是一种淀粉内切酶。

以随机方式水
解直链区段中的α-1,4糖苷键，可将淀粉逐步水解为蓝色糊精(由多个葡萄糖残基组成,仍属多糖,遇碘液显紫蓝色)、红色糊精(遇碘液显紫红色)、无色糊精(遇碘液不显色)、麦芽三糖(由三个葡萄糖分子组成)和麦芽糖(由二个葡萄糖分子组成)等产物。

但此酶不能作用于α-1,6糖苷键。

α-淀粉酶仅在萌发的种子中存在，在pH3.3时就被破坏，因而不耐强酸；但它能耐高温，在温度高达70℃以上的条件下，15min后活性仍稳定。

化学试剂商店出售的α-淀粉酶多属此类。

但动物消化液中的淀粉酶同为α-淀粉酶，理化性质却不同。

例如唾液淀粉酶最适温度为37℃，最适pH 6.8。

②β-淀粉酶：一种直链淀粉端切酶，仅作用于多糖链非还原性端的α-1,4糖苷键，生成麦芽糖。

所以用β-淀粉酶作用于直链淀粉时能生成定量的麦芽糖；而作用于支链淀粉或糖元时,则只能生成多分支糊精和麦芽糖，因为此酶同样不能作用于α-1,6糖苷键。

β-淀粉酶主要存在于休眠的种子中,萌发的种子中也有。

在70℃高温时结构易被破坏，因而不耐高温；但对酸比较稳定，在pH3.3时仍不被破坏。

从曲霉中提取的淀粉酶含β-淀粉酶较多。

由于α-淀粉酶和β-淀粉酶都只能水解淀粉的α-1,4糖苷键。

所以它们只能将淀粉水解45％～55％，剩下的部分组成了一个淀粉酶不能作用的糊精，称为极限糊精。

③脱支酶(又称R-酶)：极限糊精中的α-1,6糖苷键可被脱支酶水解。

但该酶只能分解支链淀粉外围的分支，却不能分解支链淀粉内部的分支。

当β-淀粉酶与脱支酶共同作用时，
可将支链淀粉完全降解生成麦芽糖及葡萄糖。

此外，在生物体细胞内，还存在着磷酸化酶(葡萄
糖淀粉酶)、转移酶、α-1,6糖苷酶等磷酸化水解酶类。

该类酶的特点是可以用磷酸代替水来降解淀粉，生成1-
磷酸葡萄糖，1-磷酸葡萄糖则又在磷酸葡萄糖变位酶、
6-磷酸葡萄糖酯酶的催化下生成游离的葡萄糖和磷酸。

各种淀粉水解酶的作用位点示意图如图3。

4 不同类型淀粉、糊精与碘液的显色反应
直链淀粉溶于水中时，会受分子内氢键的作用而卷曲成螺旋状，通常每6个葡萄糖分子旋转一圈。

此时如果加入碘液，则碘液中的I2分子便嵌入到螺旋结构的空隙处，并借助范德华力与直链淀粉联系在一起，形成一种螺旋形的络合物，碘分子位于螺旋形结构的中心腔内。

这种络合物能够比较均匀地吸收除蓝色光以外的其他可见光(吸收波长为400～750nm，在620～680nm间呈现最大光吸收)，从而使淀粉溶液呈现蓝色［3］；支链淀粉因其分支链较短，在水中的螺旋程度较小，因而形成的络合物颜色较浅，常呈现出紫红色(在530～555nm波段呈2003：现最大光吸收)。

4．1 淀粉、糊精的分子结构与碘液的显色反应
淀粉和糊精分子遇碘液时所呈现的颜色与葡萄糖苷链的长度有关。

当链长小于6个葡萄糖残基时，便不能形成一个完整的螺旋圈，因而不能显色；当糖苷链平均长度为20个葡萄糖残基时呈红色；大于60个葡萄糖残基则呈蓝色。

支链淀粉的相对分子质量虽大，但每个分支单位的长度只有20～30个葡萄糖残基，故与碘液作用呈紫红色；直链淀粉的链长一般均在60个葡萄糖残基以上，所以遇碘液呈蓝色。

实验中淀粉遇碘时所呈现的颜色还与其组成成分有关。

例如，分析纯淀粉主要含直链淀粉，加碘液后呈深蓝色；小麦面粉制成的淀粉同时含有直链淀粉和支链淀粉，与碘液发生反应呈紫蓝色；糯米粉制成的淀粉全部为支链淀粉，因而与碘液作用呈现紫红色。

4．2 影响淀粉与碘液显色反应的因素
①温度的影响：随着温度的升高,淀粉溶液与碘显色的灵敏度降低，当温度高于一定值时甚至会逐渐褪色。

这是因为受热时淀粉分子的螺旋圈会有所膨胀而扩大,部分碘分子不能在螺旋圈中以氢键形成稳定的络合物,或已形成的络合物受热又解离，碘分子从络合物中脱下而使原有颜色(蓝色或红色)逐渐消褪。

当溶液冷却后,又可重新形成络合物而加重显色,如煮沸冷却后往往显色更纯。

所以观察淀粉的显色反应一般等冷却之后进行效果会更明显。

②酸碱的影响：在强碱性溶液中，反应①I2+H2O HIO+HI②HIO+HI+2OH-IO-+I-+2 H2O 均向右移动，使溶液中I2的数量极少，甚至基本无单质碘存在，因而当pH＞9时不显色［4］；而强酸性溶液中，淀粉会在H+的催化下部分水解为糊精，其中的部分糊精与碘分子作用呈紫红色，这样当pH＜3时直链淀粉溶液也会呈现紫蓝色；而在弱酸性环境中，碘液基本上不发生歧化反应，单质碘分子数量多，有利于与淀粉结合，所以显色反应明显，现象典型。

③淀粉新鲜程度：刚配制的直链淀粉溶液与碘发生显色反应呈蓝色。

放置一段时间后，直链淀粉会受多种因素(如微生物等)影响而缓慢水解为多种糊精等产物，所以呈现紫蓝色；存放时间越长呈现的蓝色越浅，而紫色却越明显，甚至会完全呈现出紫红色。

由此可见,淀粉遇碘所发生的显色反应因淀粉的类型和组成、所处条件、分解程度等具体情况的不同而有明显差异。

所以杂合子水稻产生的两种类型的花粉粒,遇碘后会分别呈现出蓝色和紫红色；而遇碘变蓝的直链淀粉溶液在淀粉酶的作用下,会因分解程度不同而依次呈现出紫蓝、紫红、淡红等颜色,直至最后完全褪色。

所以“淀粉遇碘变蓝”不能一概而论。

主要参考文献
［1］人教社生物自然室.初中生物第一册(上)《教师教学用书》.北京.人民教育出版社. 1999：39；［2］阎隆飞，李明启主编.基础生物化学.北京.农业出版社. 1985： 23，21～22，199～202；
［3］人教社生物室.高中生物(必修)第一册《教师教学用书》.北京.人民教育出版社. 2002：54；［4］许晖.2007.如何选择淀粉酶活性实验中的糖鉴定试剂.中学生物教学. 2007(1～2)：42.
淀粉酶(amylase)一般作用于可溶性淀粉、直链淀粉、糖元等α－1，4-葡聚糖，水解α－1，4-糖苷键的酶。

根据作用的方式可分为α-淀粉酶（EC3．2．1．1．）与β-淀粉酶（EC3．2．1．2．）。

（1）α-淀粉酶广泛分布于动物（唾液、胰脏等）、植物（麦芽、山萮菜）及微生物。

微生物的酶几乎都是分泌性的。

此酶以Ca2 为必需因子并作为稳定因子，既作用于直链淀粉，亦作用于支链淀粉，无差别地切断α－1，4-链。

因此，其特征是引起底物溶液粘度的急剧下降和碘反应的消失，最终产物在分解直链淀粉时以麦芽糖为主，此外，还有麦芽三糖及少量葡萄糖。

另一方面在分解支链淀粉时，除麦芽糖、葡萄糖外，还生成分支部分具有α-1，6-键的α-极限糊精。

一般分解限度以葡萄糖为准是35-50％，但在细菌的淀粉酶中，亦有呈现高达70％分解限度的（最终游离出葡萄糖）；（2）β-淀粉酶与α-淀粉酶的不同点在于从非还原性末端逐次以麦芽糖为单位切断α－1，4-葡聚糖链。

主要见于高等植物中（大麦、小麦、甘薯、大豆等），但也有报告在细菌、牛乳、霉菌中存在。

对于象直链淀粉那样没有分支的底物能完全分解得到麦芽糖和少量的葡萄糖。

作用于支链淀粉或葡聚糖的时候，切断至α－1，6-键的前面反应就停止了，因此生成分子量比较大的极限糊精。

从上述的α-淀粉酶和β-淀粉酶的作用方式，分别提出α－1，4-葡聚糖-4-葡萄糖水解酶（α－1，4－glucan 4-glucanohydrolase）和α－1，4-葡聚糖-麦芽糖水解酶（α-1，4－glucan maltohydrolase）的名称等而被使用。