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2019-2020年高中生物 提取和分離葉綠體中的色素 第2課時示范教案 蘇教版 （本課時建議安排在實驗室進(jìn)行，由于實驗步驟較煩瑣，實驗的安全要求較高，因而需要教師提前作好教學(xué)準(zhǔn)備） 導(dǎo)入新課 教師通過多媒體先展示幾種不同植物、同一植物不同部位的葉片。 師 （1）不同植物葉片的顏色有所不同，這是什么原因？ （2）我們將一株植物幼苗放在黑暗條件一定時間后，發(fā)現(xiàn)植物變黃了，這是什么原因？ （3）在栽種水稻的秧苗時，會發(fā)現(xiàn)少數(shù)植株葉片白化，這是為什么？這些植株在栽種后通常會死亡，這又是為什么？ 生甲 植物葉片的顏色主要是由葉綠體中的顏色決定的；少數(shù)植物葉片的顏色是由葉片液泡中的花色素決定的，如楓葉的葉片顏色。 生乙 由于在黑暗條件下，不能正常形成葉綠素，因而葉片發(fā)黃。 生丙 水稻秧苗的白化植株的形成是由于沒有形成葉綠素；由于沒有葉綠素，不能進(jìn)行光合作用，所以最終會缺乏能量來源而死亡。 師 由此可見，光合作用與植物的葉綠素有關(guān)。那么，葉綠體中有哪些色素呢？我們一起來探索這個課題——《提取和分離葉綠體中的色素》。 推進(jìn)新課 　板　書： 二、光合色素與光能的捕獲與轉(zhuǎn)化 （一）葉綠體中色素的提取與分離 師 我們是否考慮過這樣一個問題——葉綠體中的色素能溶解于水嗎？如果不能，又是為什么？ 生 估計不能；因為葉綠體中的色素是有機(jī)物，根據(jù)化學(xué)知識可以知道，有機(jī)物一般是不溶解于無機(jī)溶劑的。 師 假如我們要從葉綠體中提取色素，可以選取什么溶劑呢？ 生 酒精、丙酮、石油醚等都是有機(jī)溶劑，均可作為本實驗中提取葉綠素的溶劑。 師 我們可以用什么樣的植物葉片來提取葉綠素呢？ 生 主要原則是葉片中葉綠素含量豐富；葉片肉質(zhì)，易于提取色素。如菠菜、蠶豆葉片（根據(jù)區(qū)域特點）等。 （活動建議：實驗選用的材料是菠菜葉，不同地區(qū)、不同季節(jié)可選用不同葉片，但一般不宜選用含蠟質(zhì)的葉片） 師 葉綠體中的色素就一種嗎？假如存在兩種以上的色素，如何從提取液中分離已經(jīng)提取的色素呢？ 生 應(yīng)該不止一種，但是我不懂得如何分離色素。 媒體呈示情景：利用多媒體呈示“萃取、分液和層析分離有機(jī)物的方法”等情景。注重利用Flash分步、動態(tài)展示色素隨著層析液的上升而在干燥的定性濾紙上擴(kuò)散的過程。 師 分離有機(jī)物的主要方法有萃取、分液和層析等。層析法又可以分為柱層析法和紙層析法。從提取液中分離已經(jīng)提取的色素的方法有很多，我們主要采用的方法是紙層析法。 紙層析法的主要原理是當(dāng)層析液在干燥的定性濾紙上擴(kuò)散時，會帶動濾紙上的濾液細(xì)線中的色素上升，由于不同的色素在層析液中的溶解度不同，因而隨層析液向上擴(kuò)散的速度也不同，溶解度大的色素隨著層析液向上擴(kuò)散的速度快，溶解度小的色素隨著層析液向上擴(kuò)散的速度慢，這樣就可以把提取液中的色素分離開來。 師 我們了解了葉綠體中色素的提取與分離的原理，那么，該如何來進(jìn)行我們的實驗操作呢？ 呈示媒體信息：以視頻形式向?qū)W生展示一段預(yù)先攝制好的錄像——“葉綠素的研磨與提取”的演示。 師 研磨中加入的提取液的量一般是多少？丙酮有毒，一般具揮發(fā)性，假如用丙酮作提取液的話，你如何保護(hù)自己？如何使葉片研磨得更充分、省力？研磨中色素是否會破壞？如果會，又該怎么辦？如何控制有機(jī)溶劑的量并防止它的揮發(fā)？ 生甲 一般為2 g剪碎的菠菜葉片中加入5 mL的丙酮作提取液；在研磨過程中，要注意開窗，還要在研缽上面加一張濾紙以減少丙酮的揮發(fā)。實驗結(jié)束后及時洗手。 生乙 研磨中加入SiO2可以使得更充分、省力。 生丙 研磨中色素會被細(xì)胞液中的酸性物質(zhì)破壞。因此可以在研磨過程中加入適量的CaCO3，從而減少葉綠體中色素被破壞的量。 呈示媒體信息：為了指導(dǎo)學(xué)生正確地實驗操作，向?qū)W生展示一組事先攝制好的紙層析操作實驗過程，并利用多媒體技術(shù)，對“制作濾紙條、畫濾液細(xì)線”等關(guān)鍵的，同時通過演示實驗又很難看清楚的步驟，作特效分析。 師生互動：教師引導(dǎo)學(xué)生對關(guān)鍵的地方作詳細(xì)觀察，學(xué)生分組討論、分析實驗操作方法。 師 整個葉綠體中色素的提取與分離實驗可以分為幾個主要步驟？ 生 5個步驟，包括葉綠體中色素的提取→制備濾紙條→畫濾液細(xì)線→分離色素→觀察與記錄。 師 制備濾紙條時，為何要將定性濾紙的一端剪去兩個角？為何用鉛筆在距該端1 cm處畫一細(xì)線？ 生 由于位于濾紙條邊緣的色素擴(kuò)散速度快，位于中間的色素在濾紙條上擴(kuò)散的速度慢，剪去兩個角可以讓色素帶在濾紙上均勻分離。用鉛筆在距該端1 cm處畫一細(xì)線的目的是可以為下一步畫濾液細(xì)線作一個參照。 師 畫濾液細(xì)線時需要注意什么問題？ 生 畫濾液細(xì)線一定要均勻，前后幾次所畫的濾液細(xì)線要細(xì)、齊、平；一般要等上一次所畫的濾液細(xì)線干燥后，再畫下一次的濾液細(xì)線。 師 分離色素時需要注意什么問題？ 生甲 不能使層析液的液面沒及濾液細(xì)線。因為這樣會使濾液細(xì)線中的色素溶解于層析液中，而使得實驗現(xiàn)象不明顯。 生乙 要注意安全，將燒杯加一個玻璃蓋，可以減少層析液的揮發(fā)。 實驗操作 學(xué)生分組實驗開始，要求操作規(guī)范，但鼓勵學(xué)生創(chuàng)新；允許實驗失敗，但要求認(rèn)真分析失敗的原因；要求自主完成，但鼓勵合作與交流。教師及時使巡視，注意對實驗的操作技能的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新，學(xué)會傾聽不同的聲音。 （例如：①有的同學(xué)以圓形定性濾紙代替濾紙條，在濾紙的圓心先滴加提取液，后滴加層析液，制作出了四種不同顏色的同心環(huán)帶，②有的學(xué)生以韭菜葉、蠶豆葉代替菠菜葉效果更好，③有的學(xué)生提出以干粉筆做成層析柱，代替紙層析法，其效果也較為明顯） 實驗結(jié)束：整理實驗器材，洗手，整理實驗數(shù)據(jù)。 實驗數(shù)據(jù)分享：學(xué)生實驗結(jié)束后，由實驗小組展示實驗現(xiàn)象，并指出濾紙條上的色素帶所代表色素的名稱。對于實驗現(xiàn)象不明顯的小組，要求對此作出一定的分析。 師 在你的濾紙條上出現(xiàn)了幾條色素帶？每條色素帶各是什么顏色？哪一種色素帶最寬？說明綠色植物葉綠體中的色素有幾種？ 生 有4條；從上到下其顏色分別為橙黃色、黃色、藍(lán)綠色、黃綠色；藍(lán)綠色的色素帶最寬；由于各色素帶顏色并不相同，則據(jù)此可以推斷綠色植物葉綠體中的色素有4種。 課件展示： （1）橙黃色的色素帶是胡蘿卜素，黃色的色素帶是葉黃素，藍(lán)綠色的色素帶是葉綠素a,黃綠色的色素帶是葉綠素b。其中，胡蘿卜素、葉黃素合稱為類胡蘿卜素，葉綠素a、葉綠素b合稱為葉綠素。 （2）色素的顏色與色素的種類的關(guān)系如下所示： （3）所有光合有機(jī)體都含有一種或幾種色素。在植物（高等綠色植物）中發(fā)現(xiàn)兩大色素類是葉綠素類與胡蘿卜類色素。葉綠素與胡蘿卜類色素不溶解于水。 （4）葉綠素是使植物顯出綠色的色素。植物葉子呈現(xiàn)的顏色是各種色素的綜合表現(xiàn)，其中主要取決于綠色的葉綠素和黃色的類胡蘿卜素兩大類色素的比例。通常來說，綠色植物葉片細(xì)胞內(nèi)葉綠素∶類胡蘿卜素=4∶1,葉綠素a∶葉綠素b=3∶1,因而，正常植物的葉子一般呈綠色。 (5)葉綠素a的分子式是C55H72O5N4Mg，葉綠素b的分子式是C55H70O6N4Mg,類胡蘿卜素的分子式是C40H56，葉黃素的分子式是C40H56O2。 （6）葉綠素的結(jié)構(gòu)式是在1940年被德國的Fischer用降解法測定的。1960年Woodward在哈佛大學(xué)通過分子的完全合成證實了這個結(jié)構(gòu)。 （7）秋天，條件不正?；蛉~片衰老時，由于葉綠素較易被破壞或先行降解，數(shù)量減少；而類胡蘿卜素比較穩(wěn)定，因而此時葉片呈黃色。至于紅葉，因秋天降溫，體內(nèi)積累較多糖分，由于此時體內(nèi)的可溶性糖分增加，就形成較多的花色素，葉子就呈紅色。像楓樹葉子秋天變紅，紫云英冬春寒潮來臨后葉莖變紅，均為這個道理。 （8）許多因素都將影響葉綠素的形成；而光是影響葉綠素形成的主要條件，一般植物在黑暗中生長都不能形成葉綠素，因而葉子發(fā)黃。這種缺乏任何一個條件而阻止葉綠素形成、使葉子發(fā)黃的現(xiàn)象，稱為黃化現(xiàn)象。 （9）光線過弱，亦不利于葉綠素的形成，所以，栽培密度過大或由于肥水過多而貪青徒長，導(dǎo)致上部遮光過甚，植物上部的葉片的葉綠素的分解速度大于合成速度，導(dǎo)致葉片變黃。 （10）葉綠素的生物合成的最適溫度為30 ℃，區(qū)間范圍為20～40 ℃間。 （11）礦質(zhì)元素影響葉綠素的形成，植物缺乏N、Mg、Fe、Zn、Cu等元素均不能形成葉綠素。 （12）由于葉綠素的形成受許多條件的影響，所以葉色是反映作物營養(yǎng)狀況的一個靈敏的指標(biāo)。我國農(nóng)民根據(jù)葉色變化來管理肥水，以促進(jìn)作物的生長發(fā)育，提高光合作用的凈產(chǎn)量，獲得高產(chǎn)。  板書設(shè)計 二、光合色素與光能的捕獲與轉(zhuǎn)化 （一）葉綠體中色素的提取與分離 提取色素——制備濾紙條——畫濾液細(xì)線——分離色素——觀察實驗結(jié)果——實驗器材整理（包括個人自我保護(hù)） 