解開(kāi)光合作用之謎　葉綠體與光能的捕獲 課件 高中生物必修一

1、第2節(jié) 光合作用光能的捕獲和轉(zhuǎn)換第1課時(shí) 解開(kāi)光合作用之謎葉綠體與光能的捕獲與細(xì)胞中的色素有關(guān)。1為什么有些植物的葉片不是綠色的?2為什么有些植物的葉片在不同時(shí)期顏色不同呢？說(shuō)明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽(yáng)光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過(guò)程中，轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存為糖分子中的化學(xué)能1.葉綠體的結(jié)構(gòu)尤其是基粒大大擴(kuò)展了膜面積，與光合作用的功能相適應(yīng)。（生命觀念）2.分析光合作用光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程，認(rèn)同兩個(gè)階段既有區(qū)別又有聯(lián)系。（科學(xué)思維）3.科學(xué)設(shè)計(jì)提取和分離色素的實(shí)驗(yàn)步驟，注意每個(gè)操作步驟的規(guī)范性。（科學(xué)探究） 體會(huì)課堂探究的樂(lè)趣， 汲取新知識(shí)的營(yíng)養(yǎng)，讓我們一起 吧！進(jìn)走課堂一、解開(kāi)光合

2、作用之謎 時(shí)間人物實(shí)驗(yàn)方法結(jié)論1627年海爾蒙特采用了定量研究的方法柳樹(shù)生長(zhǎng)所需養(yǎng)料主要來(lái)自_，而不是_1779年英格豪斯把帶葉的枝條放入水里，發(fā)現(xiàn)綠葉只在陽(yáng)光下產(chǎn)生氣體，在黑暗處不產(chǎn)生氣體后來(lái)，人們明白了空氣的組成后，才確定綠葉在陽(yáng)光下放出的氣體是_水 土壤 O2 1864年薩克斯采用_的方法葉片在光下能產(chǎn)生_19世紀(jì)60年代利用光學(xué)儀器光合作用中利用的光與葉綠素吸收光能有關(guān)1941年魯賓和卡門運(yùn)用_光合作用釋放的O2來(lái)自_1948年卡爾文用14C標(biāo)記CO2，追蹤光合作用中碳元素的行蹤C(jī)O2被用于合成_等有機(jī)物碘蒸氣處理葉片 淀粉 同位素標(biāo)記法 水 糖類 O2全部來(lái)自于H2O嗎？如何證明？對(duì)

3、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察、分析并提出問(wèn)題，體現(xiàn)了科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。1薩克斯的實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象 碘蒸氣處理 一半曝光變藍(lán)黑暗中饑餓處理的綠葉 一半遮光不變藍(lán) 碘蒸氣處理(2)實(shí)驗(yàn)分析設(shè)置了自身對(duì)照，自變量為光照，因變量是葉片顏色變化。實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是饑餓處理，以使葉片中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗掉，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的說(shuō)服力。本實(shí)驗(yàn)除證明了光合作用的產(chǎn)物有淀粉外，還證明了光是光合作用的必要條件。【歸納提升】對(duì)解開(kāi)光合作用之謎的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行歸納提升，體現(xiàn)了科學(xué)思維的核心素養(yǎng)。2魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)論H218OCO2植物18O2；H2OC18O2植物O2光合作用釋放的O2來(lái)自水。(2)實(shí)驗(yàn)分析設(shè)置了對(duì)照實(shí)驗(yàn)，自

4、變量是標(biāo)記物質(zhì)(H218O和C18O2)，因變量是O2的放射性。【例1】下圖表示較強(qiáng)光照且溫度相同以及水和小球藻的質(zhì)量相等的條件下，小球藻進(jìn)行光合作用的實(shí)驗(yàn)示意圖。一段時(shí)間后，以下相關(guān)比較不正確的是()AY2的質(zhì)量大于Y3的質(zhì)量B中小球藻的質(zhì)量大于中小球藻的質(zhì)量C中水的質(zhì)量大于中水的質(zhì)量D試管的質(zhì)量大于試管的質(zhì)量C與中H2O均被18O標(biāo)記，單位時(shí)間內(nèi)消耗等量的水，剩余水的質(zhì)量也相等。恩格爾曼實(shí)驗(yàn)二、葉綠體與光能的捕獲1恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)材料：_和_。水綿是一種藻類，常生活在淡水中，細(xì)胞中有_的帶狀_。水綿 好氧細(xì)菌 一條或多條螺旋排列 葉綠體 (2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果水綿 黑暗 好氧細(xì)菌 無(wú)

5、空氣極細(xì)光束照射細(xì)菌集中于_部位完全曝光好氧細(xì)菌分布于_部位用透過(guò)三棱鏡的光照射在_和_的_都聚集了大量的好氧細(xì)菌被光束照射到的葉綠體 葉綠體所有受光 紅光區(qū) 藍(lán)光區(qū) 葉綠體部位 (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論葉綠體中含有能有效地吸收利用_和_的物質(zhì)，這些物質(zhì)吸收的光與_有關(guān)。紅光 藍(lán)光 綠葉在光下產(chǎn)生氧氣 1.選材好: 水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察； 用好氧細(xì)菌可確定釋放氧氣多的部位。2.設(shè)計(jì)妙: 沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾； 用極細(xì)的光束照射，葉綠體上可分為有光照和無(wú)光照 的部位，相當(dāng)于一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)?！練w納提升】恩格爾曼實(shí)驗(yàn)的巧妙之處葉綠體、色素與光合作用 1.并不是所有的植物細(xì)胞都含有

6、葉綠體，只有進(jìn)行光合作用的植物細(xì)胞才含有葉綠體。2.色素不只是分布于葉綠體中，也可分布于液泡中，如花青素，但是液泡中的色素不能用于光合作用。3.葉綠體不是細(xì)胞進(jìn)行光合作用的唯一場(chǎng)所，如藍(lán)細(xì)菌沒(méi)有葉綠體，它進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)?！就卣寡由臁俊纠?】1880年，德國(guó)科學(xué)家恩格爾曼設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)研究光合作用的光譜。他將棱鏡產(chǎn)生的光譜投射到絲狀水綿體上，并在水綿懸液中放入好氧細(xì)菌，觀察到細(xì)菌的聚集情況如圖所示。他得出光合作用在紅光區(qū)和藍(lán)光區(qū)最強(qiáng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的思路是()A細(xì)菌在不同光下的分布不同，細(xì)菌聚集多的地方，細(xì)菌光合作用強(qiáng)B好氧細(xì)菌聚集多的地方，O2濃度高，水綿光合作用強(qiáng)C好氧細(xì)菌聚集多的地方

7、，產(chǎn)生的有機(jī)物多，水綿光合作用強(qiáng)D好氧細(xì)菌大量消耗O2，使水綿光合作用速率加快，則該種光有利于光合作用B恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)巧妙的利用了好氧細(xì)菌會(huì)聚集在氧氣含量高的部位，得出了光合作用的場(chǎng)所為葉綠體，產(chǎn)物之一為氧氣；該細(xì)菌的異化作用類型為需氧型，絲狀綠藻的同化方式為自養(yǎng)型。從圖示可以看出，光合作用吸收多的光譜是紅橙光和藍(lán)紫光；用白光或同種單色光均勻照射，各部位光合作用強(qiáng)度相等，產(chǎn)生的氧氣也同樣多，故好氧細(xì)菌會(huì)均勻分布。2光合色素(1)分布：葉綠體中的類囊體膜上(2)種類、顏色與吸收光譜種類顏色吸收光譜葉綠素葉綠素a_主要吸收和利用_和_葉綠素b_類胡蘿卜素胡蘿卜素_主要吸收_，還有保護(hù)_的作用葉黃素

8、_藍(lán)綠色黃綠色藍(lán)紫光 紅光 橙黃色黃色藍(lán)紫光 葉綠素免遭強(qiáng)光傷害 (3)作用：光合色素能吸收大部分的_用于光合作用，但對(duì)_吸收最少，大部分_被反射出來(lái)，因而葉片呈現(xiàn)綠色?？梢?jiàn)光 綠光 綠光 （1）溫室或大棚種植蔬菜時(shí)，應(yīng)選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜或補(bǔ)充光源？（2）一般植物的葉片在春夏季為綠色，而在秋季呈黃色。請(qǐng)分析出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因。與生活聯(lián)系在春夏季節(jié)，葉子中葉綠素含量高于類胡蘿卜素，葉綠素對(duì)綠光吸收最少，綠光被反射出來(lái)，所以呈綠色。在秋季，葉綠素被破壞，類胡蘿卜素完好，葉子呈現(xiàn)出來(lái)類胡蘿卜素的顏色，所以呈現(xiàn)黃色。葉綠體中色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，因此應(yīng)選用無(wú)色或藍(lán)紫色的玻璃。？運(yùn)用生物學(xué)

9、的知識(shí)和方法，解決現(xiàn)實(shí)生活問(wèn)題，體現(xiàn)了社會(huì)責(zé)任的核心素養(yǎng)。影響葉綠素合成的因素1.光照：影響葉綠素合成的主要因素，植物在黑暗中一般不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃。2.溫度：影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，進(jìn)而影響葉綠素的合成；另外，低溫時(shí)葉綠素分子容易被破壞。3.礦質(zhì)元素：葉綠素中含N、Mg等礦質(zhì)元素，若缺乏將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成，老葉先變黃；Fe是葉綠素合成過(guò)程中某些酶的輔助成分，缺Fe也會(huì)導(dǎo)致葉綠素合成受阻，幼葉先變黃?！就卣寡由臁繉?duì)影響葉綠素合成的因素進(jìn)行歸納與概括，體現(xiàn)了科學(xué)思維的核心素養(yǎng)?！纠?】如圖為用分光光度計(jì)測(cè)定葉片中兩類色素吸收不同波長(zhǎng)光波的曲線圖，請(qǐng)判定A和B分別為何種色素()

10、A葉綠素、類胡蘿卜素B類胡蘿卜素、葉綠素C葉黃素、葉綠素a D葉綠素a、葉綠素bA據(jù)題圖分析，色素A吸收波峰為紅光和藍(lán)紫光，則表示葉綠素；色素B吸收波峰只有藍(lán)紫光，則表示類胡蘿卜素。觀看綠葉中色素的提取和分離視頻3提取和分離葉綠體中的光合色素(1)實(shí)驗(yàn)原理提?。篲等有機(jī)溶劑能_綠葉中的各種光合色素。分離：色素在_的溶解度_，因而在濾紙上的_也有差異。(2)實(shí)驗(yàn)步驟無(wú)水乙醇 溶解 層析液中 不同 擴(kuò)散速度 步驟方法原因提取色素選取新鮮葉片：色素含量高加入少許二氧化硅和碳酸鈣：作用分別是_、_加入5 mL無(wú)水乙醇：溶解色素研磨充分 保護(hù)色素 制備濾紙條剪去兩角：防止層析液在濾紙條的邊緣處擴(kuò)散_分離

11、色素畫濾液細(xì)線畫得_、_：防止色素帶重疊分離色素層析裝置示意圖層析液不能觸及濾液細(xì)線：防止色素溶于層析液中燒杯加蓋：防止層析液揮發(fā)過(guò)快 細(xì) 直 （2）為什么色素會(huì)在濾紙條上分離？不同色素在層析液中的溶解度不同，溶解度大的色素隨層析液在濾紙條上擴(kuò)散的速度快。（1）提取葉綠體色素時(shí)使用什么溶劑？葉綠體中的色素溶于有機(jī)溶劑而不溶于水，可用無(wú)水乙醇等有機(jī)溶劑提取色素。？對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察分析，并提出問(wèn)題，體現(xiàn)了科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。（3）制備濾紙條時(shí)為何要剪掉兩角？（4）在畫濾液細(xì)線時(shí)有什么要求？提示：用力要均勻，快慢要適中。濾液細(xì)線要細(xì)、直，且干燥后重復(fù)畫一兩次，使濾液細(xì)線既有較多的色素，又使各色素?cái)U(kuò)

12、散的起點(diǎn)相同。提示：剪掉兩角目的是：防止兩邊濾液擴(kuò)散速度太快，使色素帶擴(kuò)散均勻。？（5）分離綠葉中的色素時(shí)，將濾紙條插入層析液中，為什么不能讓濾液細(xì)線觸及層析液？提示：如果濾液細(xì)線觸及層析液，那么濾紙條上的色素會(huì)溶于層析液中。（6）過(guò)濾時(shí)能否用濾紙代替單層尼龍布？提示：不能用濾紙代替單層尼龍布，因?yàn)闉V紙對(duì)色素具有吸附作用，若用濾紙過(guò)濾，會(huì)導(dǎo)致收集到的濾液色素含量少，使實(shí)驗(yàn)效果不明顯或失敗。？對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察分析，并提出問(wèn)題，體現(xiàn)了科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。提示：色素的含量不同。葉綠素a的色素帶最寬，說(shuō)明葉綠素a在4種色素中的含量最多，胡蘿卜素色素帶最窄，說(shuō)明胡蘿卜素的含量最少。（7）為什么不同顏色

13、的色素帶寬度不同？（8）依據(jù)色素分離的原理分析為什么色素在濾紙條上會(huì)有這樣的排布？提示：各種色素在層析液中溶解度的高低依次是：胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b。？對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察分析，并提出問(wèn)題，體現(xiàn)了科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。提示：在濾紙上距離最近的兩條色素帶是葉綠素a與葉綠素b，距離最遠(yuǎn)的兩條色素帶是胡蘿卜素與葉黃素。（9）在濾紙上距離最近的兩條色素帶是？距離最遠(yuǎn)的兩條色素帶是？ 試著畫出濾紙條上的色素帶。？對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察分析，并提出問(wèn)題，體現(xiàn)了科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。濾紙條上色素帶的分布和對(duì)光的吸收1.若最終得到的色素帶顏色淺，不清晰，原因可能有哪些？2.若最終得到的色素帶重疊，不整齊，原因可

14、能有哪些？3.若最終沒(méi)得到色素帶，原因可能有哪些？未加二氧化硅 ； 無(wú)水乙醇加多；葉片不夠新鮮、濃綠；畫濾液細(xì)線時(shí)沒(méi)重復(fù)制備濾紙條時(shí)，未剪去兩角；濾液細(xì)線畫得不夠細(xì)、直、齊未加碳酸鈣；未加無(wú)水乙醇；層析液觸及濾液細(xì)線根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及注意事項(xiàng)，大家再考慮以下問(wèn)題：？對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察分析，并提出問(wèn)題，體現(xiàn)了科學(xué)探究的核心素養(yǎng)?！疽族e(cuò)提醒】實(shí)驗(yàn)中注意的事項(xiàng)1.一般選擇新鮮的綠葉，其葉綠素含量較高。2.研磨過(guò)程中加入無(wú)水乙醇的作用是溶解色素。3.提取色素的無(wú)水乙醇不應(yīng)一次加入，為保證提取效果，應(yīng)分多次加入。4.研磨過(guò)程要迅速、充分，目的是防止乙醇揮發(fā)，并使色素充分溶解。5.碳酸鈣可防止研磨過(guò)程中色素被

15、破壞，且主要保護(hù)的是葉綠素。6.色素提取最好在弱光下進(jìn)行，因?yàn)槿~綠素不穩(wěn)定，見(jiàn)光易分解。7.濾液細(xì)線不能觸及層析液，防止色素溶解在層析液中而觀察不到色素帶。8.試管（燒杯）口一定要蓋嚴(yán)，防止層析液中成分揮發(fā)。對(duì)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)進(jìn)行歸納與概括，體現(xiàn)了科學(xué)思維的核心素養(yǎng)?！纠?】下列分離綠葉中色素的裝置中，正確的是( )B分離色素時(shí)采用紙層析法，原理是色素在層析液中的溶解度不同，隨著層析液擴(kuò)散的速度不同，最后的結(jié)果是觀察到四條色素帶。層析時(shí)，濾液細(xì)線不能觸及層析液；由于層析液易揮發(fā)，且有毒性，所以要用培養(yǎng)皿蓋蓋住燒杯。葉綠素類胡蘿卜素葉綠素a(藍(lán)綠色)葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃

16、色）（吸收紅光和藍(lán)紫光）（吸收藍(lán)紫光）含量約占3/4含量約占1/4葉綠體功能的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)光合色素葉綠體和光合色素提取和分離葉綠體中的光合色素葉綠體與光能的捕獲解開(kāi)光合作用之謎1627年1779年1864年19世紀(jì)60年代1940年1948年1.請(qǐng)按時(shí)間先后順序排列下列事件()德國(guó)科學(xué)家薩克斯證明了綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門采用同位素標(biāo)記法，證明了光合作用釋放的氧氣來(lái)自參加反應(yīng)的水荷蘭科學(xué)家英格豪斯發(fā)現(xiàn)綠葉只有在陽(yáng)光下產(chǎn)生氣體，在黑暗處不產(chǎn)生氣體德國(guó)生物科學(xué)家恩格爾曼用水綿做實(shí)驗(yàn)，證明光合作用會(huì)產(chǎn)生氧氣，且產(chǎn)生氧氣的多少和光合作用的效率成正比A B C DC1779年，英格

17、豪斯發(fā)現(xiàn)綠葉只有在陽(yáng)光下產(chǎn)生氣體，在黑暗處不產(chǎn)生氣體；薩克斯在1864年證明葉片光合作用產(chǎn)生了淀粉；恩格爾曼則是在19世紀(jì)80年代用水綿做實(shí)驗(yàn)，證明自己的觀點(diǎn)；最晚的是魯賓和卡門在1940年采用同位素標(biāo)記法，證明光合作用釋放的O2來(lái)自水，因此C選項(xiàng)是正確的。2.大棚種植西蘭花能夠讓我們?cè)诤涞亩疽材芟硎芷涿牢?。為了增加其產(chǎn)量，大棚內(nèi)照明燈的顏色和大棚的塑料薄膜顏色選擇最好的組合為()A藍(lán)紫光或紅光、無(wú)色透明 B藍(lán)紫光或紅光、黃色透明C白光、黃色透明 D白光、無(wú)色透明A由于照明燈的功率是一定的，所以在相同的功率下，用藍(lán)紫光或紅光的照明燈，植物利用光能的效率最高；由于太陽(yáng)光是一定的，所以用無(wú)色透

18、明的塑料薄膜，植物獲得光能更多。3.某同學(xué)用韭黃研磨后的提取液進(jìn)行色素分離，在濾紙條上將出現(xiàn)幾條明顯的色素帶（ ）A.0條 B.1條 C.2條 D.4條C韭黃生長(zhǎng)在沒(méi)有光照的環(huán)境中，因此不含有葉綠素，只含有葉黃素和胡蘿卜素兩種色素。4.某小組同學(xué)用菠菜葉進(jìn)行色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察到的色素帶顏色較淺，其可能的原因有()無(wú)水乙醇加入量太多未加CaCO3未加SiO2使用放置了數(shù)天的菠菜葉只畫了一次濾液細(xì)線A2種 B3種 C4種 D5種D無(wú)水乙醇的作用是提取色素，若加入太多，則色素的濃度降低，會(huì)導(dǎo)致觀察到的色素帶顏色過(guò)淺，正確；未加CaCO3，葉綠素分子會(huì)被破壞，導(dǎo)致觀察到的色素帶顏色較淺，正確；未加SiO2研磨不充分，則色素的提取量會(huì)偏少，會(huì)導(dǎo)致觀察到的色素帶顏色較淺，正確；使用放置了數(shù)天的菠菜葉，部分葉綠素已被分解，也會(huì)導(dǎo)致觀察到的色素帶顏色較淺，正確；畫濾液細(xì)線次數(shù)太少，濾紙條上的色素