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第2節(jié) 光合作用（3）——光合色素與光能的捕獲 教學目標 與知識點 舉例說出主要的光合作用色素的種類和作用。 教學重點、 難點分析及 教法設計 【教學重點】 光合色素的作用及種類。 【教學難點】 恩吉爾曼實驗的設計思路分析 【教學媒體】PPT課件 【教學方法】師生對話與講解相結合 思考問題 1、光合色素主要有哪些？光合色素的作用是什么？ 2、可見光光譜的波長范圍是什么？在可見光譜中，光合色素主要吸收哪些波長的光？光合色素主要吸收哪些波長的光？ 3、物體呈現(xiàn)一定的顏色與光波的吸收和反射有什么關系？ 4、植物的葉片為什么呈現(xiàn)綠色？成熟的果實為什么呈現(xiàn)黃色或紅色？ 5、葉綠體中的葉綠素分子主要吸收哪些波長的光？ 一次備課 二次備課 導入新課 師： 同學們，我們上一次在實驗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？ 學生活動：閱讀P54的相關文本，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，并進行討論。 推進新課 　板　書： （二）光合色素對光能的捕獲和轉化　 師： （1）太陽光是一種復色光；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、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）我們看到一個黑色物體，則是因為它吸收了所有的光波，沒有反射光，故其呈黑色。 （5）我們看到一塊藍色的玻璃，則是因為除了藍色光能透過玻璃進入我們的眼睛，其他的單色光均被該種玻璃吸收了。 師： 那么，根據(jù)這個原理推斷，為何桑樹的葉片顯綠色呢？ 生： 這是因為當太陽光投射于桑樹的葉片上時，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，是因為葉綠體中的色素分子具有較強的吸收光的能力，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？ 教師出示演示實驗： 將預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？這種實驗現(xiàn)象直接說明了什么？間接說明了什么？ 生： （1）對葉綠素a的提取液進行處理的時候，主要在藍紫光和紅橙光區(qū)域出現(xiàn)了暗帶；而對葉綠素b的提取液進行處理的時候，同樣在藍紫光和紅橙光區(qū)域出現(xiàn)了明顯的暗帶；對葉黃素與胡蘿卜素處理時，暗帶主要出現(xiàn)在藍紫光區(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，其實所有的單色光都被吸收了，因為所有波長的光均比未放置葉綠素a時顯得暗；但是吸收紅橙光和藍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紫光，而對綠光吸收最少；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，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)在紅橙光和藍紫光區(qū)域出現(xiàn)明顯暗帶。 活動安排：師生共同實驗證明。 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。現(xiàn)在，在科學實驗中，我們還能運用分光光度計測定色素對不同波長的光的吸收能力。 師： 在上述實驗中，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？ 學生活動：閱讀文本P55相關內容。 小組討論下列問題： 恩吉爾曼的這個實驗能證明什么？實驗中用好氧型細菌的作用是什么？實驗對于環(huán)境的要求是什么？假如用厭氧型細菌代替這個實驗中的好氧型細菌，會出現(xiàn)怎樣的現(xiàn)象？ 生甲： 這個實驗可以證明紅光與藍紫光這兩種單色光的光合作用效率最高。 生乙： 好氧型細菌可以指示在裝片的什么部位產生了O2。 生丙： 實驗需要置于黑暗、厭氧的環(huán)境，黑暗可以使外界光照影響實驗結果，而厭氧可以使得好氧型細菌在實驗開始之初均勻分布，避免影響實驗現(xiàn)象。 生?。?假如用厭氧型細菌代替這個實驗中的好氧型細菌，則厭氧型細菌主要集中分布于綠光區(qū)域，而在紅光、藍紫光區(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： 此時衣藻在容器中不均勻分布，在紅光區(qū)域與藍紫光區(qū)域分布較多，而在綠光區(qū)域分布較少，這是因為紅光與藍紫光的光合作用效率較高；另一個原因可能是衣藻具眼點，眼點具感光作用。 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)域與藍紫光區(qū)域分布較多，而在綠光區(qū)域分布較少，這是因為草履蟲是需氧型生物，在紅光區(qū)域與藍紫光區(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，這是因為乳酸菌是厭氧型生物，在O2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，進行光照，能否產生光合作用的產物呢？ 學生討論、教師補充：科學實驗的結果表明，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： 細胞正常進行各項生命活動的前提條件是細胞保持結構的完整性。 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： 我們如何來證明呢？ 媒體信息：展示恩吉爾曼的相關實驗圖片與文本信息。 師： （1）恩吉爾曼也進行了另一個有關光合作用的實驗。他選用的實驗材料是水綿。水綿是常見的淡水藻類，每條水綿由許多個結構相同的長筒狀細胞連接而成。水綿很明顯的特點是：葉綠體呈帶狀，螺旋排列在細胞里。 （2）他先將載有水綿和好氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣并且黑暗的環(huán)境里，先用極細光束來照射水綿在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，好氧細菌只集中在葉綠體被光束照射到的部位附近。如果將上述臨時裝片完全暴露在光下，好氧細菌則集中在葉綠體所有受光部位周圍。 師： 好氧細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行光合作用的場所。 師： 為什么選用水綿作為實驗材料？為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？為什么先用極細光束照射水綿，而后又讓水綿完全暴露在光下？ 引導學生討論回答： （1）選用水綿作為實驗材料，是因為水綿不僅有細而長的帶狀葉綠體，而且螺旋分布于細胞中，便于進行觀察和分析研究。 （2）選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境，是為了排除實驗前環(huán)境中光線和O2的影響，確保實驗的準確性。 （3）先選極細光束，用好氧細菌檢測，能準確判斷水綿細胞中釋放氧的部位；而后用完全曝光的水綿與之作對照，從而證明了實驗結果完全是由光照引起的，并且氧是由葉綠體釋放出來的。 師： 恩吉爾曼的實驗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系呢？ 媒體技術：通過文字結合圖片的媒體技術，展示一組葉片與葉綠體的多媒體信息。 師： （1）葉片是進行光合作用的主要場所。葉片不是進行光合作用的唯一場所,含有葉綠體的幼嫩植物的莖，未成熟果實的綠色果皮，均可進行光合作用。 （2）實驗證明，離體葉綠體的光合作用速率可達到完整葉片的80%～90%。由此可見，葉綠體是光合作用的形態(tài)學單位。 （3）為了研究葉綠體及其他細胞器的結構、成分和化學反應，目前是利用細胞勻漿法和分級離心法（密度梯度離心技術），將細胞中大小不同的顆粒（細胞器）分離開。然后，再進行生化或其他分析。 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：通過文字結合圖片的媒體技術，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。 教師設置情景： 植物的葉綠體的亞顯微結構具有怎樣的特征呢？ 媒體技術： 通過文字結合圖片的媒體技術，展示一組葉綠體的亞顯微結構的多媒體信息。 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胞質中的物質進出葉綠體的作用，是一個選擇性的屏障。 （2）葉綠體膜以內的液體狀的葉綠體基質，與呈顆粒狀的基粒。 （3）葉綠體基質：葉綠體基質呈淡黃色，主要成分可溶性蛋白（酶）和其他代謝活躍的物質（如C5——一種單糖類化合物，是光合作用過程中的反應底物），基質呈高度流動性的狀態(tài)，基質中具有多種固定CO2的酶，所以光合作用的產物——葡萄糖類化合物是在葉綠體的基質中形成和儲藏起來的；在葉綠體的基質中，分布著許多濃綠色的顆粒，一些顆粒間有相互聯(lián)系的結構，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構組成，我們姑且稱為類囊體（囊狀結構）。 （5）類囊體（囊狀結構）呈圓餅狀，每一個片層是由自身閉合的雙層薄片構成，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（囊狀結構）的薄膜上，一些與光合作用光反應階段有關的物質也分布于其上（如參與光反應酶等）。光合作用過程中光能的轉化主要發(fā)生于葉綠體的基粒片層薄膜。 （7）一個典型的成熟的植物葉綠體，一般具有20～200個基粒。 （8）值得指出的是，葉綠體的類囊體（囊狀結構）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（囊狀結構）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（囊狀結構）膜的垛疊意味著捕獲光能的機構的高度密集，更有效地收集光能，加速光反應；其二，膜系統(tǒng)往往是酶的排列支架，膜垛疊猶如形成一個長的代謝輸送帶，使代謝順利進行。 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： 內質網(wǎng)膜的來回折疊增加酶的附著面積。 生乙： 線粒體的內膜向內折疊成嵴，增加有氧呼吸的面積。 生丙： 小腸絨毛上皮細胞朝向消化腔一側來回折疊形成小腸絨毛，擴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。 師： 各種光合色素的作用是否相同呢？ 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、轉換光能，同時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葉綠素免受強光傷害的作用。 小結本課內容。 【布置作業(yè)】復習本節(jié)課所授內容，完成《學習與評價》相關練習。 【板書設計】 （二）光合色素對光能的捕獲和轉化 1、綠色植物葉片的顏色 2、色素分子的化學式 3、恩吉爾曼實驗 教學反思