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2019-2020年高中生物 光合色素對光能的捕獲與轉(zhuǎn)化 第3課時(shí)示范教案 蘇教版 導(dǎo)入新課 師 同學(xué)們，我們上一次在實(shí)驗(yàn)室中提取并分離了葉綠體中的色素，了解了高等綠色植物葉綠體內(nèi)的色素種類主要有哪些呢？ 生 胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。 師 那么這四種色素對光的吸收有什么區(qū)別呢？ 學(xué)生活動(dòng)：閱讀P54的相關(guān)文本，注意對“可見光光譜示意圖”“物體顏色形成示意圖”等圖片的閱讀，并進(jìn)行討論。 推進(jìn)新課 　板　書： （二）光合色素對光能的捕獲和轉(zhuǎn)化 師 （1）太陽光是一種復(fù)色光；假如讓太陽光通過三棱鏡，我們可以看見太陽光被分成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、青、紫7色連續(xù)光譜。 （2）這7色連續(xù)光譜的波長在380～760 nm之間，我們稱之為可見光。波長略小于380 nm的光是紫外光，波長略大于760 nm的光為紅外光。 （3）物體的顏色的決定是復(fù)雜的。簡單而言，不透明物體的顏色主要是由反射光的顏色決定的；透明物體的顏色主要是由透射光的顏色來決定的。 （4）我們看到一個(gè)黑色物體，則是因?yàn)樗樟怂械墓獠ǎ瑳]有反射光，故其呈黑色。 （5）我們看到一塊藍(lán)色的玻璃，則是因?yàn)槌怂{(lán)色光能透過玻璃進(jìn)入我們的眼睛，其他的單色光均被該種玻璃吸收了。 師 那么，根據(jù)這個(gè)原理推斷，為何桑樹的葉片顯綠色呢？ 生 這是因?yàn)楫?dāng)太陽光投射于桑樹的葉片上時(shí)，除了綠色光以外的其他單色光均被植物葉片吸收了，而將綠色光反射出來。 師 究其根本，是因?yàn)槿~綠體中的色素分子具有較強(qiáng)的吸收光的能力，除了一部分橙光、黃光和大部分綠色光之外，其他的單色光基本上都能被綠色植物吸收。當(dāng)然，事物往往具有兩面性，我們發(fā)現(xiàn)，生活在海洋中的某些藻類，能在一定程度上利用綠色光進(jìn)行光合作用。 師 葉綠體中的4種色素，具體吸收什么波長的光呢？ 教師出示演示實(shí)驗(yàn)：將預(yù)先提取好的葉綠體中的4種色素溶液分別放在可見光與三棱鏡之間，讓學(xué)生觀察在光屏上出現(xiàn)了什么現(xiàn)象？ 生 在光屏的某些位置出現(xiàn)了暗帶。 師 在什么位置出現(xiàn)了暗帶？這種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直接說明了什么？間接說明了什么？ 生 （1）對葉綠素a的提取液進(jìn)行處理的時(shí)候，主要在藍(lán)紫光和紅橙光區(qū)域出現(xiàn)了暗帶；而對葉綠素b的提取液進(jìn)行處理的時(shí)候，同樣在藍(lán)紫光和紅橙光區(qū)域出現(xiàn)了明顯的暗帶；對葉黃素與胡蘿卜素處理時(shí)，暗帶主要出現(xiàn)在藍(lán)紫光區(qū)域。 （2）直接說明了連續(xù)光譜中這些波長的光被吸收了。 （3）對于葉綠素a而言，其實(shí)所有的單色光都被吸收了，因?yàn)樗胁ㄩL的光均比未放置葉綠素a時(shí)顯得暗；但是吸收紅橙光和藍(lán)紫光較原來顯得最暗，所以可以推測葉綠素a主要吸收紅橙光和藍(lán)紫光，而綠光較原來也變暗了，但減少量最少，所以可以推測葉綠素a對原來的綠光吸收量最少。 （4）同理可推測：葉綠素b主要吸收紅橙光和藍(lán)紫光，而對綠光吸收最少；類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，對綠光的吸收量也最少。 師 假如直接把葉綠體中的色素提取液置于可見光與三棱鏡之間，我們在光屏上可以發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 生 發(fā)現(xiàn)在紅橙光和藍(lán)紫光區(qū)域出現(xiàn)明顯暗帶。 活動(dòng)安排：師生共同實(shí)驗(yàn)證明。 師 光合色素能吸收光波；不同的光合色素所吸收的光波不同?，F(xiàn)在，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們還能運(yùn)用分光光度計(jì)測定色素對不同波長的光的吸收能力。 師 在上述實(shí)驗(yàn)中，我們只能證明葉綠體中的色素提取液對于不同波長的光的吸收能力不同。那么，我們能否直接證明不同波長的光的光合作用效率不同呢？ 學(xué)生活動(dòng)：閱讀文本P55相關(guān)內(nèi)容。 小組討論下列問題：恩吉爾曼的這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明什么？實(shí)驗(yàn)中用好氧型細(xì)菌的作用是什么？實(shí)驗(yàn)對于環(huán)境的要求是什么？假如用厭氧型細(xì)菌代替這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的好氧型細(xì)菌，會(huì)出現(xiàn)怎樣的現(xiàn)象？ 生甲 這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以證明紅光與藍(lán)紫光這兩種單色光的光合作用效率最高。 生乙 好氧型細(xì)菌可以指示在裝片的什么部位產(chǎn)生了O2。 生丙 實(shí)驗(yàn)需要置于黑暗、厭氧的環(huán)境，黑暗可以使外界光照影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而厭氧可以使得好氧型細(xì)菌在實(shí)驗(yàn)開始之初均勻分布，避免影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 生丁 假如用厭氧型細(xì)菌代替這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的好氧型細(xì)菌，則厭氧型細(xì)菌主要集中分布于綠光區(qū)域，而在紅光、藍(lán)紫光區(qū)域分布最少。 師 假如在一容器中放入一定數(shù)量的衣藻，并置于黑暗條件下，將一束可見光通過三棱鏡照射到該容器，問，衣藻在容器中將如何分布？假如同時(shí)在容器中放入一定數(shù)量的草履蟲，問草履蟲在容器中如何分布？假如放入的是乳酸菌而非草履蟲呢？ 第一組代表發(fā)言：此時(shí)衣藻在容器中不均勻分布，在紅光區(qū)域與藍(lán)紫光區(qū)域分布較多，而在綠光區(qū)域分布較少，這是因?yàn)榧t光與藍(lán)紫光的光合作用效率較高；另一個(gè)原因可能是衣藻具眼點(diǎn)，眼點(diǎn)具感光作用。 第二組代表發(fā)言：草履蟲在容器中不均勻分布，同樣是在紅光區(qū)域與藍(lán)紫光區(qū)域分布較多，而在綠光區(qū)域分布較少，這是因?yàn)椴萋南x是需氧型生物，在紅光區(qū)域與藍(lán)紫光區(qū)域的衣藻較多，光合作用釋放了較多的O2，適宜于草履蟲生活。 第三組代表發(fā)言：假如放入的是乳酸菌而非草履蟲的話，則乳酸菌主要集中于綠光區(qū)域，這是因?yàn)槿樗峋菂捬跣蜕铮贠2分布較多的地方不能正常生活。 師 葉綠體的提取液直接加入CO2等光合作用原料，進(jìn)行光照，能否產(chǎn)生光合作用的產(chǎn)物呢？ 學(xué)生討論、教師補(bǔ)充：科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，葉綠體的提取液是不能完成光合作用的。 師 這是為什么呢？ 生 細(xì)胞正常進(jìn)行各項(xiàng)生命活動(dòng)的前提條件是細(xì)胞保持結(jié)構(gòu)的完整性。 師 那么你能否推測光合作用的基本單位是什么呢？ 生 葉綠體。 師 我們?nèi)绾蝸碜C明呢？ 媒體信息：展示恩吉爾曼的相關(guān)實(shí)驗(yàn)圖片與文本信息。 師 （1）恩吉爾曼也進(jìn)行了另一個(gè)有關(guān)光合作用的實(shí)驗(yàn)。他選用的實(shí)驗(yàn)材料是水綿。水綿是常見的淡水藻類，每條水綿由許多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的長筒狀細(xì)胞連接而成。水綿很明顯的特點(diǎn)是：葉綠體呈帶狀，螺旋排列在細(xì)胞里。 （2）他先將載有水綿和好氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在沒有空氣并且黑暗的環(huán)境里，先用極細(xì)光束來照射水綿在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，好氧細(xì)菌只集中在葉綠體被光束照射到的部位附近。如果將上述臨時(shí)裝片完全暴露在光下，好氧細(xì)菌則集中在葉綠體所有受光部位周圍。 師 好氧細(xì)菌集中于葉綠體所有受光部位的周圍，這說明了什么問題呢？ 生 氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。 師 為什么選用水綿作為實(shí)驗(yàn)材料？為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？為什么先用極細(xì)光束照射水綿，而后又讓水綿完全暴露在光下？ 引導(dǎo)學(xué)生討論回答： （1）選用水綿作為實(shí)驗(yàn)材料，是因?yàn)樗d不僅有細(xì)而長的帶狀葉綠體，而且螺旋分布于細(xì)胞中，便于進(jìn)行觀察和分析研究。 （2）選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境，是為了排除實(shí)驗(yàn)前環(huán)境中光線和O2的影響，確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。 （3）先選極細(xì)光束，用好氧細(xì)菌檢測，能準(zhǔn)確判斷水綿細(xì)胞中釋放氧的部位；而后用完全曝光的水綿與之作對照，從而證明了實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是由光照引起的，并且氧是由葉綠體釋放出來的。 師 恩吉爾曼的實(shí)驗(yàn)巧妙地證明了光合作用的場所是葉綠體。 師 葉片與葉綠體具有怎樣的關(guān)系呢？ 媒體技術(shù)：通過文字結(jié)合圖片的媒體技術(shù)，展示一組葉片與葉綠體的多媒體信息。 師 （1）葉片是進(jìn)行光合作用的主要場所。葉片不是進(jìn)行光合作用的唯一場所,含有葉綠體的幼嫩植物的莖，未成熟果實(shí)的綠色果皮，均可進(jìn)行光合作用。 （2）實(shí)驗(yàn)證明，離體葉綠體的光合作用速率可達(dá)到完整葉片的80%～90%。由此可見，葉綠體是光合作用的形態(tài)學(xué)單位。 （3）為了研究葉綠體及其他細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)、成分和化學(xué)反應(yīng)，目前是利用細(xì)胞勻漿法和分級離心法（密度梯度離心技術(shù)），將細(xì)胞中大小不同的顆粒（細(xì)胞器）分離開。然后，再進(jìn)行生化或其他分析。 師 植物的葉綠體形態(tài)與數(shù)量具有怎樣的特征呢？ 媒體技術(shù)：通過文字結(jié)合圖片的媒體技術(shù)，展示一組葉綠體形態(tài)與數(shù)量的多媒體信息。 師 （1）高等植物的葉綠體大多數(shù)呈橢圓形，一般直徑約3～6 μm,厚約2～3 μm。 （2）葉綠體的數(shù)量與植物的種類、植物的生活環(huán)境、植物所處的生長階段等有關(guān)系。 （3）一般而言，綠色植物的葉中所含有的葉綠體數(shù)量較多，葉綠體的表面積總和要比葉面積大許多。這有利于植物對于太陽光能和CO2的吸收和利用。 教師設(shè)置情景：植物的葉綠體的亞顯微結(jié)構(gòu)具有怎樣的特征呢？ 媒體技術(shù)：通過文字結(jié)合圖片的媒體技術(shù)，展示一組葉綠體的亞顯微結(jié)構(gòu)的多媒體信息。 師 （1）在電子顯微鏡下，我們可以看到葉綠體有兩層膜控制細(xì)胞質(zhì)中的物質(zhì)進(jìn)出葉綠體的作用，是一個(gè)選擇性的屏障。 （2）葉綠體膜以內(nèi)的液體狀的葉綠體基質(zhì)，與呈顆粒狀的基粒。 （3）葉綠體基質(zhì)：葉綠體基質(zhì)呈淡黃色，主要成分可溶性蛋白（酶）和其他代謝活躍的物質(zhì)（如C5——一種單糖類化合物，是光合作用過程中的反應(yīng)底物），基質(zhì)呈高度流動(dòng)性的狀態(tài)，基質(zhì)中具有多種固定CO2的酶，所以光合作用的產(chǎn)物——葡萄糖類化合物是在葉綠體的基質(zhì)中形成和儲(chǔ)藏起來的；在葉綠體的基質(zhì)中，分布著許多濃綠色的顆粒，一些顆粒間有相互聯(lián)系的結(jié)構(gòu)，這些顆粒稱為葉綠體的基粒。 （4）基粒由一些類似于我們玩的飛碟狀的結(jié)構(gòu)組成，我們姑且稱為類囊體（囊狀結(jié)構(gòu)）。 （5）類囊體（囊狀結(jié)構(gòu)）呈圓餅狀，每一個(gè)片層是由自身閉合的雙層薄片構(gòu)成，這些薄片便可稱為基粒片層薄膜。 （6）葉綠體的光合色素就分布于這些類囊體（囊狀結(jié)構(gòu)）的薄膜上，一些與光合作用光反應(yīng)階段有關(guān)的物質(zhì)也分布于其上（如參與光反應(yīng)酶等）。光合作用過程中光能的轉(zhuǎn)化主要發(fā)生于葉綠體的基粒片層薄膜。 （7）一個(gè)典型的成熟的植物葉綠體，一般具有20～200個(gè)基粒。 （8）值得指出的是，葉綠體的類囊體（囊狀結(jié)構(gòu)）薄膜垛疊成基粒，在高等植物中具有重要的意義。 師 葉綠體的類囊體（囊狀結(jié)構(gòu)）薄膜垛疊成基粒，在高等植物中究竟具有怎樣的意義？ 生 這樣可以增加光合作用中的酶和色素的附著面積，從而可以提高光合作用效率。 師 葉綠體類囊體（囊狀結(jié)構(gòu)）膜的垛疊意味著捕獲光能的機(jī)構(gòu)的高度密集，更有效地收集光能，加速光反應(yīng)；其二，膜系統(tǒng)往往是酶的排列支架，膜垛疊猶如形成一個(gè)長的代謝輸送帶，使代謝順利進(jìn)行。 師 類似通過增加面積以增加其自身功能的例子還有哪些？ 生甲 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的來回折疊增加酶的附著面積。 生乙 線粒體的內(nèi)膜向內(nèi)折疊成嵴，增加有氧呼吸的面積。 生丙 小腸絨毛上皮細(xì)胞朝向消化腔一側(cè)來回折疊形成小腸絨毛，擴(kuò)大了消化吸收的面積。 …… 師 在自然界存在許多通過各種方式擴(kuò)大表面積的現(xiàn)象。例如葉簇生、森林中樹木的分層分布現(xiàn)象，均可擴(kuò)大光合作用葉子對光吸收的面積指數(shù)，也是生物對環(huán)境的適應(yīng)。 師 各種光合色素的作用是否相同呢？ 課堂小結(jié) 研究表明，各種光合色素中，只有少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a分子才能吸收、轉(zhuǎn)換光能，同時(shí)也能接受并利用其他色素分子傳遞來的光能；而其他的色素分子只能吸收光能，并將光能傳遞給特殊狀態(tài)的葉綠素a分子，自身并不能利用光能；葉黃素和胡蘿卜素還具有保護(hù)葉綠素免受強(qiáng)光傷害的作用。  板書設(shè)計(jì) （二）光合色素對光能的捕獲和轉(zhuǎn)化 綠色植物葉片的顏色 色素分子的化學(xué)式 恩吉爾曼實(shí)驗(yàn) 