资源简介

5.4.1捕获光能的色素和结构的教案
【教材分析】
本节实验课选自生物必修1《分子与细胞》第5章第4节《能量之源-光与光合作用》，学习了细胞基本结构和功能后，学生进行本实验，利于他们了解叶绿体的结构和功能，也为学习光合作用的原理和应用奠定基础。
【学情分析】
本节课的授课对象为高一学生，他们思维活跃，接受能力强，具有一定自学、观察能力，可以通过自学说出实验原理和步骤。学生已具备一定科学探究的能力，但动手能力差，实验操作不规范。
基于此，教师课前采用导学案形式帮助学生了解实验目的、原理和操作要领。提前培训部分学生，让他们在课堂实验中担任各实验小组组长，以提高各小组实验的规范性和成功率。
【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-的生物学观点
【教学重难点】
教学重点：“绿叶中色素的提取和分离”实验的原理与方法；叶绿体适于进行光合作用的结构特点。
教学难点：植物捕获光能的色素的种类和作用；叶绿体适于进行光合作用的结构特点。
【新课导入】
利用课本问题探讨导入本节课，通过对植物工厂的了解，对植物生长所需的条件进行分析。了解在利用人工光源时，常见的是红色、蓝色、白色光源。
问题探讨：你参观或听说过植物工厂吗？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。
讨论：
1、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
答案： 1.可按照植物体的需要提供纯正单色光与复合光；可人为控制光照强度和光照时间。
2.CO2是植物进行光合作用的原料，在一定范围内，增加CO2浓度可加快光合作用的速率；营养液的成分对植物的生长起着重要作用；温度主要通过影响酶的活性来影响光合作用。
通过对问题探讨的交流讨论，教师引导学生说明光可以为植物的生长提供能量。
【新课讲解】
捕获光能的色素
教师给出白化苗发病原因和白化表现相关资料：
白化苗即为叶片中不含有叶绿素的植物幼苗植物叶肉中有两种质体，绿色和白色。
发病原因：第一种属于生理性遗传性病害；第二种是因秧苗受低温伤害，引起叶绿素分解所致；第三种是营养因素引起。适宜水稻生长的土壤中有效锌的临界指标为0.05ppm，稻株正常含锌量为20-120ppm，如果低于这一数值，就会出现缺锌症状。水稻缺锌时，主脉有失绿现象，沿主脉向叶缘扩大而多呈黄白色，最后整个叶片呈褐色。
白化表现：水稻白化苗有两种：①零星散发的，叶片一出生就发生白化，或部分长条形白化，其中全白的苗，大多数在三叶期枯死；②叶色从黄到白，常从尖端开始，此时如果采取灌水、施肥等措施或天气转睛暖，又能恢复生长。
学生阅读理解白化苗相关知识。教师利用玉米植株正常苗和白化苗的对比图片，说明叶片中的色素可能与光能的捕获有关。
教师指导学生对“绿叶中色素的提取和分离”实验进行探究学习，以了解色素的种类和作用。
教师首先提出问题串：
1.为何选用新鲜的绿叶，否则会导致什么结果？
2.研磨时加入二氧化硅和碳酸钙的作用是什么？
3.层析时层析液为何不能没过滤液细线？
4.滤纸条上有几条色素带，它们是按照什么次序分布的？
5.绿叶中的色素在层析液中溶解度大小排序如何？
6.绿叶中的哪一种色素含量最多？
7.如果滤纸条上没有色素带，可能的原因是什么？
8.如果滤纸条上色素带颜色偏浅，可能的原因是什么？
学生阅读实验过程，解决上述问题。学生通过对问题串的分析，可引导其将实验结果和实验操作相结合，提高学生分析问题的能力。
教师引导学生给出正确答案，并播放实验视频。
答案：1.选取新鲜绿叶的原因是新鲜绿叶中含色素多，绿叶久置后会导致色素分解
2. 二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
3. 不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤纸上扩散。也可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯。
4. 滤纸条上有4条不同颜色的色素带，从上往下依次为胡萝卜素（橙黄色、最窄）、叶黄素（黄色、较窄）、叶绿意a（蓝绿色最宽）、叶绿素b（黄绿色、较宽）。
5.溶解度由大到小：胡萝卜素、叶黄素、叶绿意a、叶绿素b。
6.叶绿素a含量最多。
7. ①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
8. ①未加二氧化硅（石英砂）或研磨不充分，色素未充分提取出来。
②使用放置数天的绿叶或绿叶用量少，滤液中的色素（叶绿素）含量太少。
③一次加入大量的无水乙醇，导致提取液浓度太低（正确做法：分次加入少量无水乙醇来提取色素）。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
教师和学生一起总结实验结果：
教师总结：
教师提问：色素带上有四种颜色，可是为什么正常情况下我们看到的叶片大多是绿色的？
教师带领学生继续探究4种色素对光的吸收的差别这一问题。
教师引导学生阅读课本中色素的吸收光谱的相关资料，说明植物工厂里为什么不用发绿的光源？
教师和学生总结：
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。这4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。植物工厂里不用发绿的光源是因为叶绿素对绿光的吸收最少。
叶绿体的结构适于进行光合作用
教师活动：为什么光合作用能够在叶绿体中完成而其他结构不行呢？结构决定功能。所以这与叶绿体独特的结构有关。
教师活动：展示叶绿体的相关图片，讲解叶绿体的形态结构。
教师活动：那么叶绿体除了吸收光能以外，还有什么其他的功能呢？
教师活动：展示课本思考讨论中叶绿体的功能的相关资料，并讲解实验过程及现象。
教师活动：讲解要点为：
1.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。
2.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，用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.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.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。
教师活动：恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。叶绿体是光合作用的场所。
教师活动：叶绿体共有两层膜即内膜和外膜，内部有许多基粒，在基粒周围充满了基质。每个基粒都是由一个个圆饼状的类囊体堆叠而成，通过这种类囊体的堆积，就大大增加了受光面积，而在这些类囊体的膜上就分布着大量吸收光能的色素分子和光合作用必需的酶。
教师提问：色素存在于植物细胞的什么部位呢？
结合必修一第三章《细胞的基本结构》中细胞器相关知识，教师利用课件对叶绿体从宏观到微观上进行讲述，说明叶绿体适于进行光合作用的结构特征。
教师总结：
教师提问：叶绿体除了吸收光能外，还有其他功能吗？
学生阅读课本“叶绿体的功能”图文资料。交流讨论出叶绿体的功能有哪些？
教师利用课件，讲解恩格尔曼的实验。引导学生总结出叶绿体的功能。
总结：叶绿体能吸收光能，用于光合作用放氧，是光合作用的场所。
【板书】
5.4.1捕获光能的色素和结构
一、捕获光能的色素
1.色素的提取
取材→研磨→过滤→收集
2.色素的分离
制备滤纸条→画滤液细线→分离滤液中的色素
3.色素的功能叶绿素和叶绿素b吸收蓝紫光和红光；胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1.分布：叶肉细胞中
2.形态：扁平的椭球形或球形
3.功能：植物进行光合作用的场所。
【课后反思】
色素的提取和分离是高中阶段必做实验，也是重点实验之一。在学生进实验室之前，，就要给学生讲明白研磨过程中加入石英砂、碳酸钙、无水乙醇或丙酮的作用，让学生明确仪器的原理，实验原理，实验的具体操作步骤，并由此能进行思考，最终实现清楚实验操作并带着问题进行探索。本节课就起到这样一个作用。
通过本节课可以让学生掌握探索实验的方法。初步掌握提取和分离绿叶中色素的方法，探索高等植物绿叶中有几种色素及其颜色。

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