資源簡介

第五章
細胞的能量供應(yīng)和利用
第四節(jié)
光合作用與能量轉(zhuǎn)化
第一課時
捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)
一、學習目標\教學目標
1.說出綠葉中色素的種類和作用。
2.說出葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能。
3.學會提取、分離綠葉色素的方法
4.通過探究實驗，培養(yǎng)學生設(shè)計實驗的能力、分析和解決問題的能力以及培養(yǎng)語言表達能力。
5.通過對葉綠體結(jié)構(gòu)的學習，幫助學生樹立結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一的生物學觀點。
二、教學重難點
1.綠葉中色素的種類和作用，葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能。（重難點）
2.提取、分離綠葉色素實驗操作、葉綠體結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一性。（重難點）
三、教學方法
講授、演示、視頻播放、小組討論。
四、教學過程
【新課導入：情景設(shè)置，導入新課】
觀看視頻《歡迎來到智慧植物工廠》，通過熱點問題激發(fā)學生的學習興趣。
【新課講授】
問題探究：通過問題探究，小組討論調(diào)動學生的積極性和主動性。
植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分等條件下，
生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色和白色的光源。
1.靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？
提示：用人工光源生產(chǎn)蔬菜，可以避免由于自然環(huán)境中光照強度不足導致光合作用強度低而造成的減產(chǎn)。同時，人工光源的強度和不同色光是可以調(diào)控的，可以根據(jù)植物生長的情況進行調(diào)節(jié)，以使蔬菜產(chǎn)量達到最大。
2.為什么要控制二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件？
提示：影響光合作用的因素很多，既有植物自身條件，也有外界環(huán)境條件。二氧化碳濃度、營養(yǎng)液和溫度是影響植物生長的重要外部條件，因此要進行控制，以便讓植物達到最佳的生長狀態(tài)。
提問：植物的葉片中含有哪些色素呢？怎樣提取這些色素呢？
一、捕獲光能的色素
播放視頻《綠葉中色素的提取和分離》，引導學生歸納概括綠葉中色素的提取和分離的實驗原理，實驗?zāi)康模牧嫌镁撸瑢嶒灢襟E，實驗結(jié)果，實驗現(xiàn)象等，完成填空中的問題。
知識點梳理：
1.實驗原理
（1）提取色素：綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑_______________中。
（2）分離色素：各種色素在___________中的__________不同，溶解度高的隨層析液在濾紙條上的_____________，反之則慢。
提示：（1）無水乙醇
（2）層析液
溶解度
擴散更快
2.實驗?zāi)康?br/>（1）進行綠葉中色素的提取和分離。
（2）探究綠葉中含有幾種色素。
3.材料用具
新鮮的綠葉
（如菠菜的綠葉）；無水乙醇（提取色素）；層析液（分離色素）；二氧化硅（有助于研磨得充分）；碳酸鈣（防止研磨中色素被破壞）。
4.實驗步驟
（1）提取綠葉的色素
a.稱取5
g菠菜葉，剪去主葉脈，剪碎，放入研缽中；
b.加少許的二氧化硅、碳酸鈣
與10
ml無水乙醇，迅速充分研磨；
c.將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中（單層尼龍布）進行過濾；
d.將濾液收集到試管中，用棉塞塞嚴。
（2）制備濾紙條
a.將濾紙剪成能放入燒杯中的濾紙條；
b.在濾紙條一端剪去兩角（避免層析液在邊緣擴散過快（邊緣效應(yīng)），使其同步到達細線）；
c.在距去角一端1
cm處用鉛筆畫一條細的橫線。
（3）畫濾液細線
將濾液倒入培養(yǎng)皿，用蓋玻片蘸取濾液在橫線處按壓出均勻的細線。等濾液干后再畫一到兩次。
要求：細、直、齊；重復2—3次。（為了積累更多的色素，使分離后的色素帶更明顯）
（4）分離綠葉中的色素
原理：溶解度高的色素隨層析液在濾紙上__擴散得快__；反之，則慢。
將濾紙條有濾液細線的一端插入___層析液___。
提問：為何濾液細線不能觸及層析液？
提示：防止色素溶解在層析液中
提問：為何要蓋上培養(yǎng)皿？
提示：防止層析液揮發(fā)，因其易揮發(fā)且有毒
（5）實驗結(jié)果
①濾紙上有幾條色素帶？
（4條）
②從上而下的排序說明了什么？
（溶解度不同）
③不同條帶的寬窄說明了什么？
（含量不同）
④不同的色素帶分別對應(yīng)哪些色素？
異常現(xiàn)象的分析
1.若色素提取液呈淡綠色的，其原因有：
①選取的葉片顏色不是濃綠色或稱取的綠葉過少或放置數(shù)天的菠菜葉，色素含量少；
②加入的無水乙醇過多，色素溶液濃度小；
③未加碳酸鈣或加入的過少，色素分子部分破壞；
④研磨不充分，色素未能充分提取出來
。
2.若色素帶顏色較淺，其原因有：
同上4點
⑤劃濾液細線的次數(shù)太少，濾紙條上的色素含量少；
⑥層析時，部分濾液細線已觸及層析液。
提問：為何綠葉呈綠色？
提示：葉綠素主要吸收紅光和藍紫光；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射回來，所以葉片才呈現(xiàn)綠色。
分析：為什么植物春夏葉子翠綠 而深秋則葉片金黃呢？
提示：（1）由于葉綠素的含量大大超過類胡蘿卜素，而使類胡羅卜素的顏色被掩蓋，只顯示出葉綠素的綠色。（2）低溫使葉綠素大量破壞，而使類胡蘿卜素的顏色顯示出來。（3）當溫度低于7
℃時，樹葉中會生成花青素。
小組討論，問題探究
1.冬季時，為了增加蔬菜的產(chǎn)量，應(yīng)該選擇紅色、藍色還是無色的大棚塑料薄膜？為什么？
提示：無色。由于太陽光由七色光組成，所以用無色透明的塑料薄膜，植物獲得的光能更多。
2.陰天時，為了增加蔬菜的產(chǎn)量，在功率相同的情況下，應(yīng)該選擇什么顏色（藍紫光或紅光/白光）的照明燈為蔬菜補充光源？為什么？
提示：藍紫光或紅光。在照明燈功率相同的情況下，用發(fā)藍紫光或紅光的照明燈，植物利用光能的效率最高。
二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用（圖解分析）
（組織學生閱讀課本P100“思考討論”，引導學生分析實驗探究，概括恩格爾曼實驗的結(jié)論）
小組討論，實驗探究：實驗一
恩格爾曼
結(jié)論：氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所。
小組討論，實驗探究：實驗二
恩格爾曼
小組討論，問題探究：
（1）為什么選用水綿和好氧細菌作為實驗材料？
提示：水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察。好氧細菌可確定釋放O2的部位。
（2）為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？
提示：選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境，可排除光線和氧的干擾。
1.恩格爾曼第一個實驗的結(jié)論是什么
提示：恩格爾曼第一個實驗的結(jié)論是氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。
知識點歸納：
（1）葉綠體的結(jié)構(gòu)：雙層膜，葉綠體基質(zhì)，葉綠體基粒（由類囊體堆疊而成）。
（2）功能：進行__光合作用_的場所。
（3）物質(zhì)基礎(chǔ)
a.在葉綠體內(nèi)部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的_色素分子_。
b.在__類囊體膜__上和____葉綠體基質(zhì)___中，還有許多進行光合作用所必需的酶。
2.恩格爾曼在選材、實驗設(shè)計上有什么巧妙之處？
提示：實驗材料選擇水綿和好氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察，好氧細菌可確定釋放氧氣多的部位；沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾；用極細的光束照射，葉綠體上有光照多和光照少的部位，相當于一組對比實驗；臨時裝片暴露在光下的實驗再一次驗證了實驗結(jié)果，等等。
3.在第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域，為什么？
提示：這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于好氧細菌在此區(qū)域分布。
4.綜合上述資料，你認為葉綠體具有什么功能？
提示：葉綠體是進行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。
【課堂練習】
1.下列關(guān)于“綠葉中色素的提取和分離”實驗的敘述，正確的是（　
）
A.綠葉中的色素只能溶解在無水乙醇中
B.層析分離時必須確保濾液細線不觸及層析液
C.制備濾紙條時用圓珠筆畫橫線更方便
D.若研磨綠葉時沒有加入碳酸鈣，則提取不到光合色素
提示：綠葉中的色素能溶解在丙酮、無水乙醇等有機溶劑中，A錯誤；層析分離時必須確保濾液細線不觸及層析液，否則色素會溶解在層析液中，B正確；圓珠筆筆油中有色素，因此制備濾紙條時應(yīng)該用鉛筆畫橫線，C錯誤；碳酸鈣的作用是防止色素被破壞，因此沒有加入碳酸鈣會導致層析后濾紙條上的葉綠素帶顏色較淺，D錯誤。
2.植物光合作用的作用光譜是通過測量光合作用對不同波長光的反應(yīng)（如O2的釋放）來繪制的。下列敘述錯誤的是（
　）
A.類胡蘿卜素在紅光區(qū)吸收的光能可用于光反應(yīng)中ATP的合成
B.葉綠素的吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制
C.光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長的變化來表示
D.葉片在640～660
nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的
提示：類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，在紅光區(qū)不吸收光能，A項錯誤；葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，其吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制，B項正確；CO2的吸收速率和O2的釋放速率隨光波長的變化均可表示光合作用的作用光譜，C項正確；根據(jù)葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜可知，葉片在640～660
nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的，D項正確。
3.將單細胞綠藻置于適宜的溫度、光照以及充足的CO2條件下培養(yǎng)，經(jīng)一段時間后，突然停止光照，則下列敘述中不會發(fā)生的是（　
）
A.光反應(yīng)停止，不能形成NADPH和ATP
B.短時間內(nèi)暗反應(yīng)仍進行，CO2與C5繼續(xù)結(jié)合形成C3
C.短時間內(nèi)綠藻體內(nèi)C3的含量會上升
D.由于沒有NADPH和ATP供應(yīng)，C3不能形成糖類等物質(zhì)，積累了許多C5
提示：光照突然停止，光反應(yīng)不能進行，不能形成ATP和NADPH，短時間內(nèi)在CO2充足的條件下，CO2繼續(xù)與C5結(jié)合形成C3，但因NADPH及ATP供應(yīng)不足，C3的還原受阻，無法合成C5和有機物，故細胞內(nèi)C3增加，C5減少。
五、板書設(shè)計
第四節(jié)
光合作用與能量轉(zhuǎn)化
第一課時
捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)
一、捕獲光能的色素
1.綠葉中色素的提取和分離
（1）實驗原理
（2）實驗步驟
（3）實驗結(jié)果
2.色素：葉綠素、類胡蘿卜素
二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用
1.葉綠體結(jié)構(gòu)：雙層膜、類囊體薄膜、基質(zhì)
2.功能
3.物質(zhì)基礎(chǔ)

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