高中必修一生物《光合作用与能量转化》教案

光合作用与能量转化

【教学目标】

1．知识目标：

（1）说出绿叶中色素的种类和作用

（2）说出叶绿体的结构和功能

（3）光反应和暗反应的过程

（4）影响光合作用强度的环境因素

（5）光合作用原理的应用

2．能力目标：进行实验和探究，学会提取、分离绿叶中的色素

3．情感目标：探究细胞光合作用在生产、生活实践中的应用

【教学重点】

1．绿叶中色素的种类和作用

2．光合作用的发现及研究历史

3．光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系

4．影响光合作用强度的环境因素

【教学难点】

1．光反应和暗反应的过程

2．探究影响光合作用强度的环境因素

【教学方法】

讲授与学生讨论相结合、问题引导法、归纳

【教学过程】

第一课时捕获光能的色素和结构思考：

1．通常应该把花盆摆在向阳面还是背阴面，为什么？

向阳面。让植物多接受光照，因为植物需要进行光合作用。

2．有些植物工厂内悬挂发红色或蓝色光的灯管，并且在白天也开灯。

（1）用这种方法有什么好处？这样做对光合作用有影响吗？

用这种方法可以提高光合作用的强度，因为叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光。不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响。

因为叶绿素对绿光吸收最少，所以不使用绿光作补充光源。

（一）捕获光能的色素和结构

我们在初中就已经知道植物能进行光合作用，是因为其细胞中含有一些能吸收光能的色素，植物幼苗如果缺乏色素，往往会呈现黄白色，这就是我们通常所说的“白化苗”。

思考：“白化苗”能持续正常地生长吗？

不能，由于不能进行光合作用，待种子中储存的养分耗尽就会死亡。可见植物的生活确实需要色素，依靠色素来吸收光能进行光合作用。

我们先来学习“捕获光能的色素”这一内容。

1．捕获光能的色素

那么植物细胞一般含有哪些捕获光能的色素呢？它们分别又是什么颜色的？以及各种色素在绿叶中的含量是否相同呢？带着这些问题我们一起来看《绿叶中色素的提取与分离》实验。

实验原理：（1）无水乙醇提取绿叶中的色素

（2）分离：不同色素在层析液中的溶解度不同

目的要求：绿叶中色素的提取和分离及色素的种类

材料用具：新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等

方法步骤：

（1）提取绿叶中的色素

①称取5g左右的绿叶，洗净，去除粗叶脉，剪碎，放入研钵中。

②向研钵中放入少许的二氧化硅和碳酸钙、10ml无水乙醇，进行迅速、充分地研磨。

加入二氧化硅、碳酸钙的作用是什么？

二氧化硅帮助充分磨碎叶片，液泡中含有酸性物质，碳酸钙中和酸性物质，防止色素被酸性物质破坏。

问：研磨时为什么要迅速而充分？

答：防止无水乙醇的挥发

③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗进行过滤，将滤液收集到试管，及时用棉塞将试管塞严。

（2）制备滤纸条

将干燥的定性滤纸剪成长与宽略小于试管长与宽的滤纸条，将滤纸条一端剪去两角，并在距这一端1cm处用铅笔画一条细的横线。

（3）画滤液细线

用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。待滤液干后，再画一两次。

画的细而直：为防止色素带重叠而影响分离效果。

画两三次：是为积累更多的色素，使分离后的色素带明显。

（4）分离绿叶中的色素

将3ml层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，就不会在滤纸上扩散开来，实验就会失败。

为什么要用棉塞塞住试管口？

防止层析液中成分挥发，要注意本实验应在通风条件下进行，实验结束时及时用肥皂洗手。因为层析液中一些挥发性物质具有毒性。

（5）观察和记录

观察滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？

胡萝卜素（橙黄色）——叶黄素（黄色）——叶绿素a（蓝绿色）——叶绿素b（黄绿色）宽窄如何？说明了什么？

叶绿素a色素带最宽，胡萝卜素色素带最窄。说明绿叶中四种色素的含量不同，叶绿素a 最多，胡萝卜素最少。

那么，这4种色素主要吸收哪些波长的光呢？

我们来看看课本99页的图5-12，叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。可以看到叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。

练习：

1．在叶绿体色素的提取和分离实验中，收集到的滤液绿色过浅，其原因可能是(D)

①未加石英砂，研磨不充分

②一次加入大量的无水酒精提取

③分次加入少量无水酒精提取

④使用放置数天的菠菜叶

A．①②③

B．②③④

C．①③④

D．①②④

某同学在做完“叶绿体中色素的提取与分离实验”后画出了四种色素在滤纸条上分布的模式图，以此主要表示色素的含量及间隔距离的大小，其中比较能显示真实情况的是(A)

3．关于高等植物细胞内的色素的叙述中，错误的是(B)

A．植物细胞内的色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素

B．所有植物细胞中都只有四种色素

C．叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收和传递光能

D．有的植物细胞的液泡中也含有一定的色素

问：现在我们已经知道绿叶中含有4种色素，那么这些色素分布在细胞中的哪些部位呢？

答：直到1865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用的功能时，发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个更小的结构里，后来人们称之为叶绿体。

2．叶绿体的结构

问：现在，大家仔细观察叶绿体的立体结构示意图，说说它是由哪些结构组成？

答：它包括外膜、内膜、基粒和基质4个部分。

叶绿体的外表有双层膜，双层膜是一种透明膜，膜是透明的，有什么好处？有利于光线的透过且被色素吸收。

叶绿体内部有许多基粒，基粒与基粒之间充满基质。每个基粒都是由一个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为囊状体。吸收光能的四种色素，就分布在类囊体的薄膜上。

每个基粒都含有2个以上的类囊体，多者可达100个以上。据计算，1g菠菜叶片中类囊体的总面积竟达60平方米左右。

问：同学们思考一下，叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，有什么用？

答：极大地扩展了受光的面积。

问：叶绿体的作用仅仅是吸收光能吗？

答：1880年，美国科学家恩格尔曼把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。他发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位几种；如果临时装片暴露在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。

（1）恩格尔曼实验的结论是什么？