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2019-2020年高中生物 光合色素對(duì)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(duì)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(duì)“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(duì)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(zhǎng)在380～760 nm之間，我們稱之為可見光。波長(zhǎng)略小于380 nm的光是紫外光，波長(zhǎng)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(jiǎn)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)的光被吸收了。 （3）對(duì)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(zhǎng)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(cè)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(cè)葉綠素a對(duì)原來的綠光吸收量最少。 （4）同理可推測(cè)：葉綠素b主要吸收紅橙光和藍(lán)紫光，而對(duì)綠光吸收最少；類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，對(duì)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?cè)诠馄辽峡梢园l(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(cè)定色素對(duì)不同波長(zhǎng)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(duì)于不同波長(zhǎng)的光的吸收能力不同。那么，我們能否直接證明不同波長(zhǎng)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(duì)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?，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(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(cè)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(zhǎng)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(chǎng)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(zhǎng)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(cè)，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(duì)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(chǎng)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(chǎng)所。葉片不是進(jìn)行光合作用的唯一場(chǎng)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(jí)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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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(duì)光吸收的面積指數(shù)，也是生物對(duì)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(duì)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) 