高一生物(新人教版必修1)教案：5.4《能量之源——光和光合作用》

【考纲】1.叶绿体色素的提取和分离 b 2.光合作用以及对它的认识过程 C

3.影响光合作用速率的环境因素 C

【知识网络】

【教学过程】

四、能量之源——光与光合作用

（一）概念：是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化为储存着能量的有

机物，并且释放出O2的过程。

（二）光合作用的探索历程：

年代、科学家过程（依据）结论优缺点1771年

普利斯特利

（英）

密闭玻璃罩+绿色植物+

蜡烛→不易熄灭

小鼠→不易窒息死亡

植物可以更新空气缺少空白对照（缺少

在阳光下实验），说

服力不强

1779年

英格豪斯

（荷兰）

同上植物的绿叶在光下才能

更新空气

（光和绿叶在更新

空气中不可缺少）

1845年梅耶

（法）

能量转换和守恒定律植物光合作用能把光能

转化成化学能储存起来

1864萨克斯

（法）

黑暗中饥饿处理的绿叶

实验组：1/2曝光→变蓝

对照组：1/2遮光→不变蓝

绿色叶片中光合作用中

产生淀粉、光是光合作

用的必要条件

自身对照

自变量：有无光照

因变量：颜色变化1880

恩格尔曼

水绵黑暗、无空气

好氧细菌显微镜观察

极细光束照射叶绿体→集中光照处

完全曝光→集中在带状叶绿体处

氧气是叶绿体释放出来

的，叶绿体时光合作用

的场所

选材、自身对照（黑

暗与完全曝光、照光

处与不照光处）

自变量：光照

因变量：好氧菌分布1939

鲁宾和卡门

（美）

H218O+CO2→植物→18O2

C18O2+H2O→植物→O2

光合作用释放的氧气全

部来自水

相互对照

自变量：标记物质

因变量：O2的放射性

20世纪40年

代卡尔文

CO2→ C3→（CH2O) + C5二氧化碳在光合作用中

转变成有机物的途径

同位素标记法

注意：暗处理的目的：消耗掉叶片中原有的营养物质（淀粉），避免干扰。

1.萨克斯实验对照试验的设计（对照组、实验组）

碘蒸气处理前应先将叶片脱色处理方法：95%的酒精，水浴加热

碘蒸气处理的目的

2.恩格尔曼实验设计的巧妙之处（也可用银边天竺葵作实验材料）

①选材水绵：叶绿体大且呈螺旋式带状，便于观察；

【二次备课】

好氧菌：可确定释放氧气多的部位

②控制变量：没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰，确保实验正常进行。

③观察指标：通过好氧菌分布的检测，从而准确判断水绵细胞中释放氧的部位

④对照设置:自身对照，用极细的光束照射，叶绿体上分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；黑暗和曝光对比实验，再次验证实验结果等。

（三）光合作用的场所：叶绿体

1.结构

↓决定

功能

↓证明

2.恩格尔曼实验

3.绿叶中色素的提取和分离实验——纸层析法

（1）原理：

①提取色素的原理：叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇（丙酮）

等有机溶剂提取色素。（色素的提取液：无水乙醇）

②分离色素的原理：色素在层析液中的溶解度不同：溶解度高的色素随层析液在滤纸

上扩散速度快（色素的分离液：层析液）

（2）过程：称量：绿叶：新鲜、嫩绿（含色素较多）；剪碎

↓ SiO2：研磨得充分

向研钵中加入 CaCO3：防止研磨中色素被破坏

①提取绿叶中的色素↓无水乙醇：溶解色素并提取出来

充分迅速研磨充分研磨：使叶绿体完全破裂，提取较多色素

↓迅速研磨：叶绿素不稳定，易被分解；防止乙醇挥发

过滤（尼龙布，不用滤纸）、滤液用棉塞封口（防止乙醇挥发和色素氧化）

②制备滤纸条 A.干燥过的定性滤纸（干燥处理：防止水分因素干扰实验效果，

使层析液在滤纸上快速扩散）

B.一端剪去两角（原因：使色素在滤纸条上扩散均匀、整齐，便于观察

实验结

果，否则层析液在滤纸边缘扩散过快而形成弧形色素带）

C.在距离剪角一端1厘米处画一条铅笔细线

③画滤液细线 A.用毛细吸管吸取滤液

B.画线（滤液细线要细而直：防止分离出的色素带部分重叠）

C.干燥后，重复画2-3次（使滤液细线中含较多色素，使分离出的色素

带更清晰）

④分离色素：A.不能让滤液细线触及层析液

（原因：色素会溶解在层析液中，就不会在滤纸上扩散开来，实验失败

/滤纸条上得不到色素或色素较少，导致色素带不清晰）

B.培养皿盖住小烧杯原因：防止层析液挥发（有毒）

⑤观察滤纸条上色素带条数和颜色：

⑥整理、洗手：丙酮有毒

（3）实验成功的关键

①叶片要新鲜、颜色要深绿，含有较多

色素；

②研磨要充分、迅速；

③滤液细线要细、直，而且要求含有较

多色素；

④滤液细线不能触及层析液

分析归纳：

①色素带宽度→色素含量多少：叶绿素a ﹥叶绿素b ﹥叶黄素﹥胡萝卜素

②色素带位置→在层析液中的溶解度大小（扩散快慢）：胡萝卜素﹥叶黄素﹥叶绿素a ﹥叶绿素b

注意：选材或操作不规范：如选材叶片颜色过浅、叶片放置时间太久，研磨不充分、称取的绿叶过少或无水乙醇过多。色素浓度小，未加碳酸钙或加入过少等都会使色素带颜色变浅。

例1：（1）甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行“叶绿体色素提取和分离”实验，在滤纸上出现了四条清晰的色素带，其中呈黄绿色的色素带为叶绿素b 。

（2）该同学改变层析液组成后继续进行实验，滤纸条上只出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出带有色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓缩后用一分析仪器检测，通过分析色素溶液的吸收光谱来判断条带的色素种类。

（3）乙同学在实验过程中将画有滤液细线的滤纸条（已重复几次画线）插入层析液，几分钟后取出观察，发现滤纸条上无色素分带现象，而用同一滤液做实验的丙同学的滤纸条上却色素分带明显。乙同学失败的原因是滤液细线浸没在层析液中。

（4）若选用在缺Mg的营养液中长期培养的玉米叶片做实验材料，层析后滤纸条上只出现了两条色素带，其原因是。

（5）实验结束几天后，乙、丙两同学发现部分预留叶片已变黄。乙同学认为这是由于叶片中某些色素降解所造成的，丙同学则认为某些色素含量增加。根据所学知识，你将如何设计实验来判断两个同学的观点是否正确？从预留的叶片中挑选出足量的份量相等大小相近的已变黄的叶片和尚未变黄的叶片为实验材料，在相同条件下，再次进行叶绿体色素带提取和分离实验，测定和记录实验结果，比较这两种叶片中各种色素的组成及含量后，得出结论，如果黄叶的滤纸条上的色素带宽于新叶的，则丙对，反之乙对。探究：在第（5）小题中，对于叶片发黄的原因，乙同学认为是叶绿素色素降解造成的，丙同学认为是类胡萝卜素色素含量增加造成的。若甲同学制备的色素提取液呈淡绿色，分析可能的原因是研磨不充分，色素未能充分提取出来；无水乙醇加入量太多，稀释了色素提取液；未加碳酸钙粉末，叶绿素分子已被破坏。

4.叶绿体中色素带种类、含量和作用

色素名称颜色溶解度色素种类含量吸收光的种类胡萝卜素橙黄色最大类胡萝卜素1/4 主要吸收蓝紫

光叶黄素黄色-

叶绿素a 蓝绿色- 叶绿素3/4 主要吸收红光、

蓝紫光叶绿素b 黄绿色最小

归纳：（1）叶片一般呈现绿色的原因：①叶绿素的含量是类胡萝卜素的3倍

②色素几乎不吸收绿光被反射回来

（2）秋天叶片变黄的原因：低温使叶绿素遭到破坏，呈现出类胡萝卜素的颜色秋天叶片变红的原因：液泡中花青素的颜色

（3）影响叶绿素合成的因素

①光照：影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片

发黄（白化苗）

②温度：可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶

绿素分子易被分解，而使叶片发黄。

③必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶

变黄。

另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。

（4）叶绿体中的色素只吸收可见光；

叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段

的光并非不吸收，只是吸收量较少。

5.色素的分布：叶绿体的类囊体薄膜上

6.色素的功能：吸收光能：全部色素

传递光能：除少数特殊状态的叶绿素a以外的其他色素

转化光能：少数特殊状态的叶绿素a （光能→电能）

7.色素与吸收光谱

（1）连续光谱：可见光→三棱镜→赤、橙、黄、绿、蓝、青、紫

（2）吸收光谱：可见光→色素溶液→三棱镜→红光、蓝紫光区出现强暗带，绿光

区几乎无变化（说明对绿光吸收很少）

例2：下图表示叶绿体中色素的吸收光谱（颜色深、浅分别表示吸收量的多、少），甲、乙两图分别是

A.类胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱

B.叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱

C.叶黄素、叶绿素的吸收光谱

D.叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱

8.不同颜色温室大棚的光合效率

（1）无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高。（最有效的单色光：红光）

（2）叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低

思考：试管中的色素透射光下：呈绿色

反射光下：棕红色（荧光现象）

1.提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是

A.未见色素带，说明材料可能为黄化叶片

B.色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液

C.提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b

D.胡萝卜素处于滤纸最前方，是因为其在提取液中的溶解度最高

2.分别在A、B、C三个研钵中加2克剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表

所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色（或褐色）、几乎无色。

（1）A处理得到的溶液颜色是，原因是。

（2）B处理得到的溶液颜色是，原因是。

（3）C处理得到的溶液颜色是，原因是。

5.关于叶肉细胞在光照条件下产生ATP的描述，正确的是

A.无氧条件下，光合作用是细胞ATP的唯一来源

B.有氧条件下，线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生ATP

C.线粒体和叶绿体合成ATP都依赖氧

D.细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体

【教学后记】

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