2021-2022学年高一上学期生物人教版必修一5.4.1捕获光能的色素和结构教案

第五章
细胞的能量供应和利用
第四节
光合作用与能量转化
第一课时
捕获光能的色素和结构
一、学习目标\教学目标
1.说出绿叶中色素的种类和作用。
2.说出叶绿体的结构和功能。
3.学会提取、分离绿叶色素的方法
4.通过探究实验，培养学生设计实验的能力、分析和解决问题的能力以及培养语言表达能力。
5.通过对叶绿体结构的学习，帮助学生树立结构和功能相统一的生物学观点。
二、教学重难点
1.绿叶中色素的种类和作用，叶绿体的结构和功能。（重难点）
2.提取、分离绿叶色素实验操作、叶绿体结构与功能的统一性。（重难点）
三、教学方法
讲授、演示、视频播放、小组讨论。
四、教学过程
【新课导入：情景设置，导入新课】
观看视频《欢迎来到智慧植物工厂》，通过热点问题激发学生的学习兴趣。
【新课讲授】
问题探究：通过问题探究，小组讨论调动学生的积极性和主动性。
植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，
生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
提示：用人工光源生产蔬菜，可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。
2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
提示：影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。
提问：植物的叶片中含有哪些色素呢？怎样提取这些色素呢？
一、捕获光能的色素
播放视频《绿叶中色素的提取和分离》，引导学生归纳概括绿叶中色素的提取和分离的实验原理，实验目的，材料用具，实验步骤，实验结果，实验现象等，完成填空中的问题。
知识点梳理：
1.实验原理
（1）提取色素：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_______________中。
（2）分离色素：各种色素在___________中的__________不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上的_____________，反之则慢。
提示：（1）无水乙醇
（2）层析液
溶解度
扩散更快
2.实验目的
（1）进行绿叶中色素的提取和分离。
（2）探究绿叶中含有几种色素。
3.材料用具
新鲜的绿叶
（如菠菜的绿叶）；无水乙醇（提取色素）；层析液（分离色素）；二氧化硅（有助于研磨得充分）；碳酸钙（防止研磨中色素被破坏）。
4.实验步骤
（1）提取绿叶的色素
a.称取5
g菠菜叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中；
b.加少许的二氧化硅、碳酸钙
与10
ml无水乙醇，迅速充分研磨；
c.将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中（单层尼龙布）进行过滤；
d.将滤液收集到试管中，用棉塞塞严。
（2）制备滤纸条
a.将滤纸剪成能放入烧杯中的滤纸条；
b.在滤纸条一端剪去两角（避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线）；
c.在距去角一端1
cm处用铅笔画一条细的横线。
（3）画滤液细线
将滤液倒入培养皿，用盖玻片蘸取滤液在横线处按压出均匀的细线。等滤液干后再画一到两次。
要求：细、直、齐；重复2—3次。（为了积累更多的色素，使分离后的色素带更明显）
（4）分离绿叶中的色素
原理：溶解度高的色素随层析液在滤纸上__扩散得快__；反之，则慢。
将滤纸条有滤液细线的一端插入___层析液___。
提问：为何滤液细线不能触及层析液？
提示：防止色素溶解在层析液中
提问：为何要盖上培养皿？
提示：防止层析液挥发，因其易挥发且有毒
（5）实验结果
①滤纸上有几条色素带？
（4条）
②从上而下的排序说明了什么？
（溶解度不同）
③不同条带的宽窄说明了什么？
（含量不同）
④不同的色素带分别对应哪些色素？
异常现象的分析
1.若色素提取液呈淡绿色的，其原因有：
①选取的叶片颜色不是浓绿色或称取的绿叶过少或放置数天的菠菜叶，色素含量少；
②加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小；
③未加碳酸钙或加入的过少，色素分子部分破坏；
④研磨不充分，色素未能充分提取出来
。
2.若色素带颜色较浅，其原因有：
同上4点
⑤划滤液细线的次数太少，滤纸条上的色素含量少；
⑥层析时，部分滤液细线已触及层析液。
提问：为何绿叶呈绿色？
提示：叶绿素主要吸收红光和蓝紫光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。
分析：为什么植物春夏叶子翠绿 而深秋则叶片金黄呢？
提示：（1）由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡罗卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色。（2）低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来。（3）当温度低于7
℃时，树叶中会生成花青素。
小组讨论，问题探究
1.冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选择红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？
提示：无色。由于太阳光由七色光组成，所以用无色透明的塑料薄膜，植物获得的光能更多。
2.阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色（蓝紫光或红光/白光）的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
提示：蓝紫光或红光。在照明灯功率相同的情况下，用发蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率最高。
二、叶绿体的结构适于进行光合作用（图解分析）
（组织学生阅读课本P100“思考讨论”，引导学生分析实验探究，概括恩格尔曼实验的结论）
小组讨论，实验探究：实验一
恩格尔曼
结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。
小组讨论，实验探究：实验二
恩格尔曼
小组讨论，问题探究：
（1）为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？
提示：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。好氧细菌可确定释放O2的部位。
（2）为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
提示：选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。
1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么
提示：恩格尔曼第一个实验的结论是氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
知识点归纳：
（1）叶绿体的结构：双层膜，叶绿体基质，叶绿体基粒（由类囊体堆叠而成）。
（2）功能：进行__光合作用_的场所。
（3）物质基础
a.在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的_色素分子_。
b.在__类囊体膜__上和____叶绿体基质___中，还有许多进行光合作用所必需的酶。
2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
提示：实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，好氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果，等等。
3.在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
提示：这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。
4.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
提示：叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
【课堂练习】
1.下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是（　
）
A.绿叶中的色素只能溶解在无水乙醇中
B.层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液
C.制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便
D.若研磨绿叶时没有加入碳酸钙，则提取不到光合色素
提示：绿叶中的色素能溶解在丙酮、无水乙醇等有机溶剂中，A错误；层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液，否则色素会溶解在层析液中，B正确；圆珠笔笔油中有色素，因此制备滤纸条时应该用铅笔画横线，C错误；碳酸钙的作用是防止色素被破坏，因此没有加入碳酸钙会导致层析后滤纸条上的叶绿素带颜色较浅，D错误。
2.植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应（如O2的释放）来绘制的。下列叙述错误的是（
　）
A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D.叶片在640～660
nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
提示：类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光区不吸收光能，A项错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，其吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B项正确；CO2的吸收速率和O2的释放速率随光波长的变化均可表示光合作用的作用光谱，C项正确；根据叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱可知，叶片在640～660
nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D项正确。
3.将单细胞绿藻置于适宜的温度、光照以及充足的CO2条件下培养，经一段时间后，突然停止光照，则下列叙述中不会发生的是（　
）
A.光反应停止，不能形成NADPH和ATP
B.短时间内暗反应仍进行，CO2与C5继续结合形成C3
C.短时间内绿藻体内C3的含量会上升
D.由于没有NADPH和ATP供应，C3不能形成糖类等物质，积累了许多C5
提示：光照突然停止，光反应不能进行，不能形成ATP和NADPH，短时间内在CO2充足的条件下，CO2继续与C5结合形成C3，但因NADPH及ATP供应不足，C3的还原受阻，无法合成C5和有机物，故细胞内C3增加，C5减少。
五、板书设计
第四节
光合作用与能量转化
第一课时
捕获光能的色素和结构
一、捕获光能的色素
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理
（2）实验步骤
（3）实验结果
2.色素：叶绿素、类胡萝卜素
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1.叶绿体结构：双层膜、类囊体薄膜、基质
2.功能
3.物质基础