浅谈三原色原理在高中生物的一些应用

章成

摘要：高中生物中有较多的物质的色彩和颜色反应检测问题，其颜色的呈现和变化可以用三原色原理进行较好的解释

关键词：三原色;补色;波长;光谱

首先可见光谱如下图所示：

如果把这些色彩按照顺序排列成圆形，就可以得到色相环（图2）

那色相环中为什么红色和青色相对，黄色和蓝色相对呢？这是因为色相环的任何直径两端相对之色都称为互补色。互补色的光叠加的结果就是白光，比如绿色+品红色，蓝色+黄色，品红色+绿色等等，当它们成对出现的时候就是白光。

色相环中的光学三原色是红绿蓝，色彩的三原色是红黄蓝。

光学的三原色是加法三原色，这三种光是不能再分解的三种基本颜色，但用此三种光叠加后可以呈现新的颜色，比如红+绿就是黄色，绿+蓝就是青色（图2），新颜色就是两种光的中间色。这三种光或者各色光以相同的比例混合，达到一定的强度就呈现白色（白光），反之白光（太阳光）经过色散系统分光后就会形成如图1的各色光;若三种光的强度均为零，就是黑色（黑暗）。那问题来了，为什么光学的三原色是红绿蓝呢？不是出于物理原因，而是出于生物原因，是因为人眼有三种感受颜色的视锥细胞，三种视锥细胞最敏感的颜色分别是红、绿、蓝。

色彩三原色是减法三原色，物体所呈现的颜色是光源中被物体吸收后所剩余的部分，所以其成色的原理叫做减色法原理。物体的颜色呈现可以是这样的：比如绿色颜料它可能吸收了除绿光外所有的色光，那么反射出来的只有绿光，当绿光到达人眼后，人就能看到这是绿色颜料，叶绿素呈现绿色正是如此;也可以是这样的：比如黄色颜料可能只吸收蓝光，反射了所有其他光，由于除了黄光外其他光都有互补色，比如既有绿光也有品红光的时候，两者叠加就是白光，颜色就相当于被抵消了，其他光也是如此，但黄光和蓝光这一对互补色中的蓝光被吸收了，黄光被反射出来且没法抵消，所以人眼就收到黄光的信号，该颜料在人认知中就是黄色了。所以色彩三原色就采用了红绿蓝的补色：红的补色是青、绿的补色的是品红、蓝的补色是黄，但由于某些习惯，人们把青当做蓝，品红当做红，所以色彩三原色俗称就是红黄蓝。

1、光合色素的吸收光谱和颜色问题

高中生物必修一介绍了光合色素的吸收光谱及颜色问题，比如叶绿素吸收的主要是红光和蓝紫光几乎不吸收绿光，那么透射和反射的都是以绿光为主，所以叶绿素呈现的是绿色，这是比较容易理解的;但类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，为什么颜色却是黄色或橙黄色呢？

这个问题可以用三原色原理结合光合色素的吸收光谱来解释，由于类胡萝卜素在波长450nm处有吸收峰，此处对应的是蓝光（430-470nm），所以根据色相环中的补色则类胡萝卜素呈现的是黄色为主的色彩。按照这个原理我们可以根据色素的吸收光谱，在没有亲眼目睹的情况下推测出某色素的颜色，比如藻红蛋白其吸收峰490-570nm，对应的就是绿光区（500-560nm），而查色相环可知其补色是品红色，所以藻红蛋白是红色的;藻蓝蛋白其吸收峰是610-655nm，对应的主要是橙光区（600-650nm），查补色可知是靛蓝色，所以可以说藻蓝蛋白是蓝色的。

2、三原色及相关原理还可以解决其他一些颜色问题

比如在尿糖试纸检测尿糖时，颜色变化按照葡萄糖含量从少到多依次是浅蓝、浅绿、浅棕和深棕色，这是为什么呢？

尿糖试纸初始颜色为浅蓝色，反应最终结果产生了棕色的物质，但当葡萄糖量少的时候，棕色物质必然也少，而棕色是红色和黄色的中间色，所以查色相环就可以得出棕色和蓝色混合会出现它们的中间色，绿色恰好就在中间，所以尿糖试纸颜色变化一定依次是浅蓝、浅绿、浅棕和深棕色，而不是其他颜色或者其他顺序。

这个原理同样可以适用于其他的颜色反应，比如用本尼迪特试剂检测材料中还原糖的存在，根据还原糖含量的多少其颜色变化也是会依次是蓝色、绿色、红黄色。在用0.1﹪溴麝香草酚蓝溶液检测CO时，0.1﹪溴麝香草酚蓝溶液它是一种酸碱指示剂，碱性溶液中呈现蓝色，酸性溶液中呈现黄色，所以根据CO多少就可以推导出其颜色变化是由蓝色变成绿色再变成黄色。

那么在蛋白质鉴定中颜色会出现这种跨度非常大的變化吗？不会的，因为双缩脲试剂是浅蓝色的，蛋白质与其反应后的产物是紫色的，蓝色和紫色是相邻色，所以该反应的颜色只有从蓝色到紫色就是这个道理。

3、利用光电比色法检测有色物质含量的问题

选修1亚硝酸盐含量测定的时候为什么比色计选用的波长是550nm呢？这是因为我们要测定亚硝酸盐含量，必定要选择反应产物吸收最强的光进行照射，而反应产物是紫色的，紫色物质必定对紫色的补色光吸收能力最强，紫色的补色查色相环可知是黄绿色，黄绿光波长500-600nm，最佳波长就是550nm附近。由此我们可以得出结论：利用光电比色法测定有色物质含量的时候只要知道有色物质的颜色，我们就可以根据三原色原理和光谱大致推测出的所需要的光的波长。

参考文献：

[1]吴相钰，刘恩山.生物学必修1分子与细胞.浙江科学技术出版社，2005

[2]人体组织解剖学（第二版）.高等教育出版社，1989：322

[3]刘恩山.生物学必修1分子与细胞.浙江科学技术出版社，2019

[4]吴相钰，刘恩山.生物学选修1生物技术实践.浙江科学技术出版社，2005