课 题 第4章 光合作用和细胞呼吸

第2节 光合作用（3）--光合色素与光能的捕获 课 型 新授课 教学目标

与知识点 举例说出主要的光合作用色素的种类和作用。 教学重点、

难点分析及

教法设计 【教学重点】

光合色素的作用及种类。

【教学难点】

恩吉尔曼实验的设计思路分析

【教学媒体】PPT课件

【教学方法】师生对话与讲解相结合 思考问题 1、光合色素主要有哪些？光合色素的作用是什么？

2、可见光光谱的波长范围是什么？在可见光谱中，光合色素主要吸收哪些波长的光？光合色素主要吸收哪些波长的光？

3、物体呈现一定的颜色与光波的吸收和反射有什么关系？

4、植物的叶片为什么呈现绿色？成熟的果实为什么呈现黄色或红色？

5、叶绿体中的叶绿素分子主要吸收哪些波长的光？ 一次备课 二次备课 　导入新课

　　师： 同学们，我们上一次在实验室中提取并分离了叶绿体中的色素，了解了高等绿色植物叶绿体内的色素种类主要有哪些呢？

　　生： 胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。

　　师： 那么这四种色素对光的吸收有什么区别呢？

　　学生活动：阅读P54的相关文本，注意对"可见光光谱示意图""物体颜色形成示意图"等图片的阅读，并进行讨论。

　　推进新课

　　　板　书：

　　（二）光合色素对光能的捕获和转化　

　　师：

　　（1）太阳光是一种复色光；假如让太阳光通过三棱镜，我们可以看见太阳光被分成红、橙、黄、绿、蓝、青、紫7色连续光谱。

　　（2）这7色连续光谱的波长在380～760 nm之间，我们称之为可见光。波长略小于380 nm的光是紫外光，波长略大于760 nm的光为红外光。

　　（3）物体的颜色的决定是复杂的。简单而言，不透明物体的颜色主要是由反射光的颜色决定的；透明物体的颜色主要是由透射光的颜色来决定的。

　　（4）我们看到一个黑色物体，则是因为它吸收了所有的光波，没有反射光，故其呈黑色。

　　（5）我们看到一块蓝色的玻璃，则是因为除了蓝色光能透过玻璃进入我们的眼睛，其他的单色光均被该种玻璃吸收了。

　　师： 那么，根据这个原理推断，为何桑树的叶片显绿色呢？

　　生： 这是因为当太阳光投射于桑树的叶片上时，除了绿色光以外的其他单色光均被植物叶片吸收了，而将绿色光反射出来。

　　师： 究其根本，是因为叶绿体中的色素分子具有较强的吸收光的能力，除了一部分橙光、黄光和大部分绿色光之外，其他的单色光基本上都能被绿色植物吸收。当然，事物往往具有两面性，我们发现，生活在海洋中的某些藻类，能在一定程度上利用绿色光进行光合作用。

　　师： 叶绿体中的4种色素，具体吸收什么波长的光呢？

　　教师出示演示实验： 将预先提取好的叶绿体中的4种色素溶液分别放在可见光与三棱镜之间，让学生观察在光屏上出现了什么现象？

　　生： 在光屏的某些位置出现了暗带。

　　师： 在什么位置出现了暗带？这种实验现象直接说明了什么？间接说明了什么？

　　生：

　　（1）对叶绿素a的提取液进行处理的时候，主要在蓝紫光和红橙光区域出现了暗带；而对叶绿素b的提取液进行处理的时候，同样在蓝紫光和红橙光区域出现了明显的暗带；对叶黄素与胡萝卜素处理时，暗带主要出现在蓝紫光区域。

　　（2）直接说明了连续光谱中这些波长的光被吸收了。

　　（3）对于叶绿素a而言，其实所有的单色光都被吸收了，因为所有波长的光均比未放置叶绿素a时显得暗；但是吸收红橙光和蓝紫光较原来显得最暗，所以可以推测叶绿素a主要吸收红橙光和蓝紫光，而绿光较原来也变暗了，但减少量最少，所以可以推测叶绿素a对原来的绿光吸收量最少。

　　（4）同理可推测：叶绿素b主要吸收红橙光和蓝紫光，而对绿光吸收最少；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，对绿光的吸收量也最少。

　　师： 假如直接把叶绿体中的色素提取液置于可见光与三棱镜之间，我们在光屏上可以发现什么现象？

　　生： 发现在红橙光和蓝紫光区域出现明显暗带。

　　活动安排：师生共同实验证明。

　　师： 光合色素能吸收光波；不同的光合色素所吸收的光波不同。现在，在科学实验中，我们还能运用分光光度计测定色素对不同波长的光的吸收能力。

　　师： 在上述实验中，我们只能证明叶绿体中的色素提取液对于不同波长的光的吸收能力不同。那么，我们能否直接证明不同波长的光的光合作用效率不同呢？

　　学生活动：阅读文本P55相关内容。

　　小组讨论下列问题： 恩吉尔曼的这个实验能证明什么？实验中用好氧型细菌的作用是什么？实验对于环境的要求是什么？假如用厌氧型细菌代替这个实验中的好氧型细菌，会出现怎样的现象？

　　生甲： 这个实验可以证明红光与蓝紫光这两种单色光的光合作用效率最高。

　　生乙： 好氧型细菌可以指示在装片的什么部位产生了O2。

　　生丙： 实验需要置于黑暗、厌氧的环境，黑暗可以使外界光照影响实验结果，而厌氧可以使得好氧型细菌在实验开始之初均匀分布，避免影响实验现象。

　　生丁： 假如用厌氧型细菌代替这个实验中的好氧型细菌，则厌氧型细菌主要集中分布于绿光区域，而在红光、蓝紫光区域分布最少。

　　师：

　　假如在一容器中放入一定数量的衣藻，并置于黑暗条件下，将一束可见光通过三棱镜照射到该容器，问，衣藻在容器中将如何分布？假如同时在容器中放入一定数量的草履虫，问草履虫在容器中如何分布？假如放入的是乳酸菌而非草履虫呢？

　　第一组代表发言： 此时衣藻在容器中不均匀分布，在红光区域与蓝紫光区域分布较多，而在绿光区域分布较少，这是因为红光与蓝紫光的光合作用效率较高；另一个原因可能是衣藻具眼点，眼点具感光作用。

　　第二组代表发言： 草履虫在容器中不均匀分布，同样是在红光区域与蓝紫光区域分布较多，而在绿光区域分布较少，这是因为草履虫是需氧型生物，在红光区域与蓝紫光区域的衣藻较多，光合作用释放了较多的O2，适宜于草履虫生活。

　　第三组代表发言： 假如放入的是乳酸菌而非草履虫的话，则乳酸菌主要集中于绿光区域，这是因为乳酸菌是厌氧型生物，在O2分布较多的地方不能正常生活。

　　师： 叶绿体的提取液直接加入CO2等光合作用原料，进行光照，能否产生光合作用的产物呢？

　　学生讨论、教师补充：科学实验的结果表明，叶绿体的提取液是不能完成光合作用的。

　　师： 这是为什么呢？

　　生： 细胞正常进行各项生命活动的前提条件是细胞保持结构的完整性。

　　师： 那么你能否推测光合作用的基本单位是什么呢？

　　生： 叶绿体。

　　师： 我们如何来证明呢？

　　媒体信息：展示恩吉尔曼的相关实验图片与文本信息。

　　师：

　　（1）恩吉尔曼也进行了另一个有关光合作用的实验。他选用的实验材料是水绵。水绵是常见的淡水藻类，每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成。水绵很明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。

　　（2）他先将载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气并且黑暗的环境里，先用极细光束来照射水绵在显微镜下观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近。如果将上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位周围。

　　师： 好氧细菌集中于叶绿体所有受光部位的周围，这说明了什么问题呢？

　　生： 氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。

　　师： 为什么选用水绵作为实验材料？为什么选用黑暗并且没有空气的环境？为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全暴露在光下？

　　引导学生讨论回答：

　　（1）选用水绵作为实验材料，是因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察和分析研究。

　　（2）选用黑暗并且没有空气的环境，是为了排除实验前环境中光线和O2的影响，确保实验的准确性。

　　（3）先选极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之作对照，从而证明了实验结果完全是由光照引起的，并且氧是由叶绿体释放出来的。

　　师： 恩吉尔曼的实验巧妙地证明了光合作用的场所是叶绿体。

　　师： 叶片与叶绿体具有怎样的关系呢？

　　媒体技术：通过文字结合图片的媒体技术，展示一组叶片与叶绿体的多媒体信息。

　　师：

　　（1）叶片是进行光合作用的主要场所。叶片不是进行光合作用的唯一场所,含有叶绿体的幼嫩植物的茎，未成熟果实的绿色果皮，均可进行光合作用。

　　（2）实验证明，离体叶绿体的光合作用速率可达到完整叶片的80%～90%。由此可见，叶绿体是光合作用的形态学单位。

　　（3）为了研究叶绿体及其他细胞器的结构、成分和化学反应，目前是利用细胞匀浆法和分级离心法（密度梯度离心技术），将细胞中大小不同的颗粒（细胞器）分离开。然后，再进行生化或其他分析。

　　师： 植物的叶绿体形态与数量具有怎样的特征呢？

　　媒体技术：通过文字结合图片的媒体技术，展示一组叶绿体形态与数量的多媒体信息。

　　师：

　　（1）高等植物的叶绿体大多数呈椭圆形，一般直径约3～6 μm,厚约2～3 μm。

　　（2）叶绿体的数量与植物的种类、植物的生活环境、植物所处的生长阶段等有关系。

　　（3）一般而言，绿色植物的叶中所含有的叶绿体数量较多，叶绿体的表面积总和要比叶面积大许多。这有利于植物对于太阳光能和CO2的吸收和利用。

　　教师设置情景： 植物的叶绿体的亚显微结构具有怎样的特征呢？

　　媒体技术： 通过文字结合图片的媒体技术，展示一组叶绿体的亚显微结构的多媒体信息。

　　师：

　　（1）在电子显微镜下，我们可以看到叶绿体有两层膜控制细胞质中的物质进出叶绿体的作用，是一个选择性的屏障。

　　（2）叶绿体膜以内的液体状的叶绿体基质，与呈颗粒状的基粒。

　　（3）叶绿体基质：叶绿体基质呈淡黄色，主要成分可溶性蛋白（酶）和其他代谢活跃的物质（如C5--一种单糖类化合物，是光合作用过程中的反应底物），基质呈高度流动性的状态，基质中具有多种固定CO2的酶，所以光合作用的产物--葡萄糖类化合物是在叶绿体的基质中形成和储藏起来的；在叶绿体的基质中，分布着许多浓绿色的颗粒，一些颗粒间有相互联系的结构，这些颗粒称为叶绿体的基粒。

　　（4）基粒由一些类似于我们玩的飞碟状的结构组成，我们姑且称为类囊体（囊状结构）。

　　（5）类囊体（囊状结构）呈圆饼状，每一个片层是由自身闭合的双层薄片构成，这些薄片便可称为基粒片层薄膜。

　　（6）叶绿体的光合色素就分布于这些类囊体（囊状结构）的薄膜上，一些与光合作用光反应阶段有关的物质也分布于其上（如参与光反应酶等）。光合作用过程中光能的转化主要发生于叶绿体的基粒片层薄膜。

　　（7）一个典型的成熟的植物叶绿体，一般具有20～200个基粒。

　　（8）值得指出的是，叶绿体的类囊体（囊状结构）薄膜垛叠成基粒，在高等植物中具有重要的意义。

　　师： 叶绿体的类囊体（囊状结构）薄膜垛叠成基粒，在高等植物中究竟具有怎样的意义？

　　生： 这样可以增加光合作用中的酶和色素的附着面积，从而可以提高光合作用效率。

　　师： 叶绿体类囊体（囊状结构）膜的垛叠意味着捕获光能的机构的高度密集，更有效地收集光能，加速光反应；其二，膜系统往往是酶的排列支架，膜垛叠犹如形成一个长的代谢输送带，使代谢顺利进行。

　　师： 类似通过增加面积以增加其自身功能的例子还有哪些？

　　生甲： 内质网膜的来回折叠增加酶的附着面积。

　　生乙： 线粒体的内膜向内折叠成嵴，增加有氧呼吸的面积。

　　生丙： 小肠绒毛上皮细胞朝向消化腔一侧来回折叠形成小肠绒毛，扩大了消化吸收的面积。

　　......

　　师： 在自然界存在许多通过各种方式扩大表面积的现象。例如叶簇生、森林中树木的分层分布现象，均可扩大光合作用叶子对光吸收的面积指数，也是生物对环境的适应。

　　师： 各种光合色素的作用是否相同呢？

　　研究表明，各种光合色素中，只有少数特殊状态的叶绿素a分子才能吸收、转换光能，同时也能接受并利用其他色素分子传递来的光能；而其他的色素分子只能吸收光能，并将光能传递给特殊状态的叶绿素a分子，自身并不能利用光能；叶黄素和胡萝卜素还具有保护叶绿素免受强光伤害的作用。

　　小结本课内容。

【布置作业】复习本节课所授内容，完成《学习与评价》相关练习。

【板书设计】

　　（二）光合色素对光能的捕获和转化

1、绿色植物叶片的颜色

2、色素分子的化学式

3、恩吉尔曼实验