课题 第4章 光合作用和细胞呼吸

第2节 光合作用（2）--提取和分离叶绿体中的色素 课型 新授课 教学目标

与知识点 1、能利用实验器材提取和分离叶绿体中的色素。

2、通过亲历提取和分离叶绿体中色素的过程，培养学生严谨、求实、创新的精神。 教学重点、

难点分析及

教法设计 【教学重点】

"提取和分离叶绿体中的色素"实验操作要领

【教学难点】

"提取和分离叶绿体中的色素"实验设计思路及分析

【教学媒体】PPT课件

【教学方法】启发引导与实验操作相结合 思考问题 1、为什么要选择新鲜的菠菜叶作为实验材料？

2、石英砂和碳酸钙以及丙酮在实验中的作用分别是什么？

3、用于提取叶绿体色素的液体是什么？用于分离叶绿体色素的液体是什么？

4、画滤液细线时需要注意哪些问题？放置画有滤液细线的滤纸条时需要注意哪些问题？

5、分离后的色素在滤纸条上是怎样分布的？四种叶绿体色素的颜色各有什么特征？

6、能否根据色素分离后滤纸条上的情况判断各种色素分子的质量和含量？哪些叶绿体色素含镁元素？ 一次备课 二次备课 　　（本课时建议安排在实验室进行，由于实验步骤较烦琐，实验的安全要求较高，因而需要教师提前作好教学准备）

　　导入新课

　　教师通过多媒体先展示几种不同植物、同一植物不同部位的叶片。

　　师：

　　（1）不同植物叶片的颜色有所不同，这是什么原因？

　　（2）我们将一株植物幼苗放在黑暗条件一定时间后，发现植物变黄了，这是什么原因？

　　（3）在栽种水稻的秧苗时，会发现少数植株叶片白化，这是为什么？这些植株在栽种后通常会死亡，这又是为什么？

　　生甲： 植物叶片的颜色主要是由叶绿体中的颜色决定的；少数植物叶片的颜色是由叶片液泡中的花色素决定的，如枫叶的叶片颜色。

　　生乙： 由于在黑暗条件下，不能正常形成叶绿素，因而叶片发黄。

　　生丙： 水稻秧苗的白化植株的形成是由于没有形成叶绿素；由于没有叶绿素，不能进行光合作用，所以最终会缺乏能量来源而死亡。

　　师： 由此可见，光合作用与植物的叶绿素有关。那么，叶绿体中有哪些色素呢？我们一起来探索这个课题--《提取和分离叶绿体中的色素》。

　　推进新课

　　　板　书：

　　二、光合色素与光能的捕获与转化

　　（一）叶绿体中色素的提取与分离

　　师： 我们是否考虑过这样一个问题--叶绿体中的色素能溶解于水吗？如果不能，又是为什么？

　　生： 估计不能；因为叶绿体中的色素是有机物，根据化学知识可以知道，有机物一般是不溶解于无机溶剂的。

　　师： 假如我们要从叶绿体中提取色素，可以选取什么溶剂呢？

　　生： 酒精、丙酮、石油醚等都是有机溶剂，均可作为本实验中提取叶绿素的溶剂。

　　师： 我们可以用什么样的植物叶片来提取叶绿素呢？

　　生： 主要原则是叶片中叶绿素含量丰富；叶片肉质，易于提取色素。如菠菜、蚕豆叶片（根据区域特点）等。

　　（活动建议：实验选用的材料是菠菜叶，不同地区、不同季节可选用不同叶片，但一般不宜选用含蜡质的叶片）

　　师： 叶绿体中的色素就一种吗？假如存在两种以上的色素，如何从提取液中分离已经提取的色素呢？

　　生： 应该不止一种，但是我不懂得如何分离色素。

　　媒体呈示情景：利用多媒体呈示"萃取、分液和层析分离有机物的方法"等情景。注重利用Flash分步、动态展示色素随着层析液的上升而在干燥的定性滤纸上扩散的过程。

　　师：

　　分离有机物的主要方法有萃取、分液和层析等。层析法又可以分为柱层析法和纸层析法。从提取液中分离已经提取的色素的方法有很多，我们主要采用的方法是纸层析法。

　　纸层析法的主要原理是当层析液在干燥的定性滤纸上扩散时，会带动滤纸上的滤液细线中的色素上升，由于不同的色素在层析液中的溶解度不同，因而随层析液向上扩散的速度也不同，溶解度大的色素随着层析液向上扩散的速度快，溶解度小的色素随着层析液向上扩散的速度慢，这样就可以把提取液中的色素分离开来。

　　师： 我们了解了叶绿体中色素的提取与分离的原理，那么，该如何来进行我们的实验操作呢？

　　呈示媒体信息： 以视频形式向学生展示一段预先摄制好的录像--"叶绿素的研磨与提取"的演示。

　　师：

　　研磨中加入的提取液的量一般是多少？丙酮有毒，一般具挥发性，假如用丙酮作提取液的话，你如何保护自己？如何使叶片研磨得更充分、省力？研磨中色素是否会破坏？如果会，又该怎么办？如何控制有机溶剂的量并防止它的挥发？

　　生甲： 一般为2 g剪碎的菠菜叶片中加入5 mL的丙酮作提取液；在研磨过程中，要注意开窗，还要在研钵上面加一张滤纸以减少丙酮的挥发。实验结束后及时洗手。

　　生乙： 研磨中加入SiO2可以使得更充分、省力。

　　生丙： 研磨中色素会被细胞液中的酸性物质破坏。因此可以在研磨过程中加入适量的CaCO3，从而减少叶绿体中色素被破坏的量。

　　呈示媒体信息： 为了指导学生正确地实验操作，向学生展示一组事先摄制好的纸层析操作实验过程，并利用多媒体技术，对"制作滤纸条、画滤液细线"等关键的，同时通过演示实验又很难看清楚的步骤，作特效分析。

　　师生互动： 教师引导学生对关键的地方作详细观察，学生分组讨论、分析实验操作方法。

　　师： 整个叶绿体中色素的提取与分离实验可以分为几个主要步骤？

　　生： 5个步骤，包括叶绿体中色素的提取 → 制备滤纸条 → 画滤液细线 → 分离色素 → 观察与记录。

　　师： 制备滤纸条时，为何要将定性滤纸的一端剪去两个角？为何用铅笔在距该端1 cm处画一细线？

　　生： 由于位于滤纸条边缘的色素扩散速度快，位于中间的色素在滤纸条上扩散的速度慢，剪去两个角可以让色素带在滤纸上均匀分离。用铅笔在距该端1 cm处画一细线的目的是可以为下一步画滤液细线作一个参照。

　　师： 画滤液细线时需要注意什么问题？

　　生： 画滤液细线一定要均匀，前后几次所画的滤液细线要细、齐、平；一般要等上一次所画的滤液细线干燥后，再画下一次的滤液细线。

　　师： 分离色素时需要注意什么问题？

　　生甲： 不能使层析液的液面没及滤液细线。因为这样会使滤液细线中的色素溶解于层析液中，而使得实验现象不明显。

　　生乙： 要注意安全，将烧杯加一个玻璃盖，可以减少层析液的挥发。

　　实验操作

　　学生分组实验开始，要求操作规范，但鼓励学生创新；允许实验失败，但要求认真分析失败的原因；要求自主完成，但鼓励合作与交流。教师及时使巡视，注意对实验的操作技能的指导，引导学生创新，学会倾听不同的声音。

　　（例如：①有的同学以圆形定性滤纸代替滤纸条，在滤纸的圆心先滴加提取液，后滴加层析液，制作出了四种不同颜色的同心环带，②有的学生以韭菜叶、蚕豆叶代替菠菜叶效果更好，③有的学生提出以干粉笔做成层析柱，代替纸层析法，其效果也较为明显）

　　实验结束： 整理实验器材，洗手，整理实验数据。

　　实验数据分享： 学生实验结束后，由实验小组展示实验现象，并指出滤纸条上的色素带所代表色素的名称。对于实验现象不明显的小组，要求对此作出一定的分析。

　　师： 在你的滤纸条上出现了几条色素带？每条色素带各是什么颜色？哪一种色素带最宽？说明绿色植物叶绿体中的色素有几种？

　　生： 有4条；从上到下其颜色分别为橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色；蓝绿色的色素带最宽；由于各色素带颜色并不相同，则据此可以推断绿色植物叶绿体中的色素有4种。

　　课件展示：

　　（1）橙黄色的色素带是胡萝卜素，黄色的色素带是叶黄素，蓝绿色的色素带是叶绿素a,黄绿色的色素带是叶绿素b。其中，胡萝卜素、叶黄素合称为类胡萝卜素，叶绿素a、叶绿素b合称为叶绿素。

　　（2）色素的颜色与色素的种类的关系如下所示：

　　（3）所有光合有机体都含有一种或几种色素。在植物（高等绿色植物）中发现两大色素类是叶绿素类与胡萝卜类色素。叶绿素与胡萝卜类色素不溶解于水。

　　（4）叶绿素是使植物显出绿色的色素。植物叶子呈现的颜色是各种色素的综合表现，其中主要取决于绿色的叶绿素和黄色的类胡萝卜素两大类色素的比例。通常来说，绿色植物叶片细胞内叶绿素∶类胡萝卜素=3∶1, 叶绿素a∶叶绿素b=3∶1,因而，正常植物的叶子一般呈绿色。

　　(5) 叶绿素a的分子式是C55H72O5N4Mg，叶绿素b的分子式是C55H70O6N4Mg,类胡萝卜素的分子式是C40H56，叶黄素的分子式是C40H56O2。

　　（6） 叶绿素的结构式是在1940年被德国的Fischer用降解法测定的。1960年Woodward在哈佛大学通过分子的完全合成证实了这个结构。

　　（7）秋天，条件不正常或叶片衰老时，由于叶绿素较易被破坏或先行降解，数量减少；而类胡萝卜素比较稳定，因而此时叶片呈黄色。至于红叶，因秋天降温，体内积累较多糖分，由于此时体内的可溶性糖分增加，就形成较多的花色素，叶子就呈红色。像枫树叶子秋天变红，紫云英冬春寒潮来临后叶茎变红，均为这个道理。

　　（8）许多因素都将影响叶绿素的形成；而光是影响叶绿素形成的主要条件，一般植物在黑暗中生长都不能形成叶绿素，因而叶子发黄。这种缺乏任何一个条件而阻止叶绿素形成、使叶子发黄的现象，称为黄化现象。

　　（9）光线过弱，亦不利于叶绿素的形成，所以，栽培密度过大或由于肥水过多而贪青徒长，导致上部遮光过甚，植物上部的叶片的叶绿素的分解速度大于合成速度，导致叶片变黄。

　　（10）叶绿素的生物合成的最适温度为30 ℃，区间范围为20～40 ℃间。

　　（11）矿质元素影响叶绿素的形成，植物缺乏N、Mg、Fe、Zn、Cu等元素均不能形成叶绿素。

　　（12）由于叶绿素的形成受许多条件的影响，所以叶色是反映作物营养状况的一个灵敏的指标。我国农民根据叶色变化来管理肥水，以促进作物的生长发育，提高光合作用的净产量，获得高产。

　　小结本课内容。

【布置作业】认真复习本课所授内容，完成《学习与评价》中的相应练习。

【板书】 第二节 光合作用

二、光合色素与光能的捕获与转化

　（一）叶绿体中色素的提取与分离

　　提取色素--制备滤纸条--画滤液细线--分离色素--观察实验结果--实验器材整理（包括个人自我保护）