5.4光合作用与能量转化（第1课时）（教学设计）（含交互设计）生物人教版必修1

第5章细胞的能量供应和利用 第4节光合作用与能量转化(第1课时) 年级 高一年级 授课时间 1课时 课题 5.4光合作用与能量转化(第1课时) 教材分析 本节课是必修1第5章《细胞的能量供应和利用》第4节“光合作用与能量转化”的第1课时，是在学习了“降低化学反应活化能的酶”“细胞的能量‘货币’ATP”“细胞呼吸的原理和应用”之后，从能量输入角度探究光合作用这一最重要的能量转化过程。本节内容承接细胞呼吸（能量释放），从能量捕获和转化角度揭示生物圈能量来源，是理解生态系统能量流动的基础，也为后续学习光合作用过程、影响光合作用的因素等内容奠定重要基础。 本课时聚焦于“捕获光能的色素和结构”——通过“绿叶中色素的提取与分离”实验，探究绿叶中色素的种类和吸收光谱；通过恩格尔曼实验，理解叶绿体的结构适于进行光合作用。内容设计体现了“结构与功能相适应”的生命观念，并通过探究实验、科学史分析等教学活动，培养学生的科学探究能力与科学思维。 教学目标 【知识目标】 (1)说出绿叶中色素的提取和分离实验的原理、方法、步骤及结果。 (2)阐明光合色素的种类、颜色、吸收光谱及吸收光能的差异。 (3)描述叶绿体的结构特点，说明其与光合作用功能相适应的关系。 (4)分析恩格尔曼实验的设计思路，得出叶绿体是光合作用场所的结论。 【素养目标】 1.生命观念:理解叶绿体是光合作用的场所，认识光合色素吸收光能的结构基础，形成结构与功能相适应的生命观念。 2.科学思维:能够分析绿叶中色素的提取与分离实验原理和结果；能够比较不同色素的吸收光谱特点；能够分析恩格尔曼实验的设计逻辑。 3.科学探究:通过“绿叶中色素的提取与分离”实验，掌握提取和分离色素的方法；通过恩格尔曼实验分析，体验科学探究过程。 4.社会责任:认识光合色素和叶绿体结构在农业生产中的应用（如大棚补光），形成科学服务生活的意识。 学情分析 【已有知识】 (1)学生已学习细胞呼吸的过程和原理，了解细胞能量供应和利用的基本方式。 (2)在初中阶段已接触过光合作用的基本概念，知道绿色植物在光下能制造有机物。 (3)已学习叶绿体的基本结构（外膜、内膜、基粒、基质），知道叶绿体是光合作用的场所。 (4)具备一定的实验操作和显微镜使用技能。 【可能存在的困难】 (1)色素提取与分离实验中各试剂的作用（无水乙醇、二氧化硅、碳酸钙、层析液）容易混淆。 (2)色素分离后滤纸条上色素带的顺序、颜色和含量容易记混。 (3)色素吸收光谱的理解（主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少）容易忽略。 (4)恩格尔曼实验的设计思路和巧妙之处理解不深。 (5)叶绿体结构（类囊体薄膜、基质）与光合作用的关系容易混淆。 【教学策略】 (1)利用“植物工厂”情境导入，激发学生对光合作用色素和结构的兴趣。 (2)通过实验视频和动手操作（如条件允许），让学生直观感受色素的提取与分离。 (3)利用色素吸收光谱曲线图和滤纸条色素带图示，帮助学生理解色素的种类和吸收特点。 (4)通过恩格尔曼实验分析，引导学生理解叶绿体的功能。 (5)利用闯关游戏巩固核心概念。 教学重、难点 【教学重点】 (1)绿叶中色素的提取和分离实验的原理、操作及结果分析。 (2)光合色素的吸收光谱及叶绿体的结构。 【教学难点】 (1)色素提取和分离实验的操作注意事项及异常现象分析。 (2)恩格尔曼实验的设计巧妙之处和结论推导。 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 新课导入 【趣情境材料】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？ 引出学习主题—光合作用与能量转化 阅读材料，回答问题。 明确本节课学习主题。 新知探究 一、捕获光能的色素和结构 【知识讲解】捕获光能的色素 在自然界，万物生长需要依靠太阳。 太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用（photosynthesis）是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。 【探究·实践】绿叶中色素的提取与分离 阅读课本p97-98探究·实践，小组合作完成以下任务。 (1)本实验的原理以及目的要求是什么？ (2)本实验分别利用什么方法来提取和分离色素？ (3)提取绿叶中的色素包括哪几个实验步骤？ (4)滤纸条上有几条色素带，他们是按照什么次序分布的？ (5)为何要将菠菜叶放置24-36小时？ (6)过滤时能否用滤纸替代尼龙布? (7)制备滤纸条时为何要剪去底部两角？ (8)待滤液细线干燥后，再重画一到两次的目的是什么？ (9)为何滤液细线不能触及层析液？ 绿叶中色素的提取与分离 (1)实验原理： ①提取原理:色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中 ②分离原理:各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上的扩散更快,反之则慢。 (2)目的要求： 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)实验方法： ①提取方法：过滤法 ②分离方法：纸层析法 (4)实验材料： 新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）。干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药匙，量筒（10 mL），天平等。无水乙醇（也可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替），层析液（由20份在60 ~ 90 ℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成），二氧化硅和碳酸钙。 (5)实验步骤： 1．提取绿叶中的色素 （1）称取5g绿叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。 （2）向研钵中放入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5 ~ 10 mL无水乙醇，迅速、充分地进行研磨（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）将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一块单层尼龙布）进行过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。 2．制备滤纸条将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条，再将滤纸条一端剪去两角，并在距这一端底部1 cm处用铅笔画一条细的横线。 3．画滤液细线 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线（也可将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线）。待滤液干后，再重画一到两次。 4．分离绿叶中的色素将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。注意：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。 5．观察与记录 观察试管内滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素带的颜色和宽窄。将观察结果记录下来。 【思考】 1．滤纸条上有几条色素带？它们是按照什么次序分布的？ 2．滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？ 【知识讲解】绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析 【知识升华】实验改进与思考 【思考】 ①应将滤液滴在a处还是b处？ ②四个同心圆的色素带，从外往里依次为: 【知识讲解】光合色素的吸收光谱 结论:绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。 [易错提醒]植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素(叶绿素)对绿光吸收最少，绿光被反射出来。植物的液泡中也含有色素，但其中的色素不参与光合作用。 结论: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。 【思考】这些色素存在于细胞中什么部位？ 【探究活动2】阅读课本p100-101， 小组合作完成以下任务。 (1)叶绿体是如何增大生物膜面积的,优点? (2)进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中? (3)阅读课本p101思考·讨论叶绿体的功能，完成讨论:1-4 【知识讲解】叶绿体的结构适于进行光合作用 (1)叶绿体的结构 【思考】 1.叶绿体是如何增大生物膜面积的,优点? 2.进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中? 资料1: 1881年，德国科学家恩格尔曼（T. Engelmann, 1843—1909）做了如下实验： 实验结论: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 巧记口诀：水绵细菌巧搭档，无氧黑暗排干扰，细光束照有对照，红光蓝紫产氧忙。 恩格尔曼的第二个实验：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 【思考】 1．恩格尔曼第一个实验的结论是什么？ 2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？ 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？ 4.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？ 【知识应用】应用1: 基于色素吸收光谱图选择大棚玻璃材料 【思考】冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色还是无色的大棚塑料薄膜或玻璃？ 选无色的大棚塑料薄膜或玻璃，植物可以获得更多的光能。 应用2: 基于色素吸收光谱图选择照明灯 【思考】阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择以下哪种颜色的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？ 在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。 【趣味游戏】捕获光能的色素和结构 【操作指引】 回应互动，认真聆听并做笔记。 小组合作讨论完成任务。 回应互动，认真聆听并做笔记。 思考并尝试回答。 回应互动，认真聆听并做笔记。 回应互动，认真聆听并做笔记。 思考并尝试回答。 思考并尝试回答 小组合作，完成任务。 回应互动，认真聆听并做笔记。 思考并尝试回答。 思考并尝试回答。 回应互动，认真聆听并做笔记。 思考并尝试回答。 思考并尝试回答。 玩游戏。 【习题巩固】 【筑基·必备知识通关】 1．叶绿体中有多种光合色素，可以用有机溶剂提取，然后利用滤纸层析分离各种色素。下列叙述正确的是（     ） A．烘干新鲜菠菜叶片有利于提高滤液的色素含量 B．与95%的酒精相比，50%的酒精提取效果更好 C．分离色素时须将滤液细线浸入层析液中 D．利用纸层析法能精确定量比较各种色素含量 【答案】A 【详解】A、新鲜菠菜叶片含有大量自由水，烘干可去除水分，减少水分对提取用有机溶剂的稀释，能提高有机溶剂对色素的溶解效率，有利于提高滤液的色素含量，A正确； B、光合色素是脂溶性物质，易溶于高浓度有机溶剂，50%的酒精含水量更高，对光合色素的溶解能力远低于95%的酒精，提取效果更差，B错误； C、分离色素时若滤液细线浸入层析液，细线处的色素会直接溶解在层析液中，无法在滤纸上扩散形成色素带，因此滤液细线不能触及层析液，C错误； D、纸层析法只能通过色素带的宽窄粗略判断不同色素的相对含量，无法精确定量比较各种色素的含量，D错误。 2．下列有关光合色素吸收光的情况，说法正确的是（     ） A．叶绿素只吸收红光 B．类胡萝卜素不吸收红光 C．绿光被大量吸收用于光合作用 D．光合色素只有叶绿素 【答案】B 【详解】A、叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，并非只吸收红光，A错误； B、类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光，B正确； C、光合色素对绿光的吸收量最少，大部分绿光被反射，因此不能被大量吸收用于光合作用，C错误； D、光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素两类，并非只有叶绿素，D错误。 3．绿叶中色素的提取和分离实验中，某同学的色素带颜色偏浅且间距异常，下列分析不合理的是（　　） A．研磨时未加二氧化硅，研磨不充分 B．画滤液细线时重复次数过少 C．层析液触及滤液细线，色素溶解在层析液中 D．使用了新鲜的菠菜叶，色素含量过高 【答案】D 【详解】A、二氧化硅的作用是使研磨更充分，若研磨时未加二氧化硅，研磨不充分，提取到的色素总含量少，会导致色素带颜色偏浅，A不符合题意； B、画滤液细线时重复次数过少，会使滤纸条滤液细线处积累的色素量少，进而导致色素带颜色偏浅，B不符合题意； C、若层析液触及滤液细线，色素会溶解在层析液中，随层析液扩散的色素量减少，会导致色素带颜色偏浅，且色素扩散起点异常，可能出现间距异常，C不符合题意； D、新鲜菠菜叶的色素含量高，正常操作下得到的色素带颜色应更深，且色素含量高低不会改变不同色素在层析液中的溶解度差异，不会导致间距异常，D符合题意。 4．绿叶中色素提取与分离实验，下列操作正确的是（     ） A．CaCO3用于使研磨更充分 B．SiO2防止叶绿素被破坏 C．无水乙醇用来提取色素 D．层析液用来溶解色素 【答案】C 【详解】AB、CaCO3的作用是防止研磨过程中叶绿素被破坏，SiO2是用于使研磨更充分的试剂，AB错误； C、绿叶中的色素属于有机物，易溶于无水乙醇等有机溶剂，因此无水乙醇可用来提取色素，C正确； D、层析液的作用是分离色素，其原理是不同色素在层析液中溶解度不同，随层析液在滤纸条上的扩散速度不同，D错误。 5．如图示“绿叶中色素的提取和分离”实验中的滤纸条。层析时首先到达图示虚线位置的色素是（     ） A．叶绿素a B．叶绿素b C．叶黄素 D．胡萝卜素 【答案】D 【详解】ABCD、绿叶中色素分离的原理为：不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高，随层析液在滤纸条上的扩散速度越快，越先到达远离滤液线的位置。四种色素扩散速度从快到慢的顺序为：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b，所以层析时首先到达图示虚线位置的色素是胡萝卜素，D符合题意、ABC不符合题意。 【拓能·关键能力进阶】 6．现有一片紫色洋葱的鳞片叶，以之为实验材料可做下列哪些实验（     ） ①观察植物细胞有丝分裂②观察植物细胞的质壁分离和复原③观察细胞中DNA和RNA的分布④绿叶中色素的提取和分离 A．①②③ B．①②③④ C．②③④ D．②③ 【答案】D 【详解】①观察植物细胞有丝分裂需要选择分裂旺盛的分生组织（如洋葱根尖分生区），而鳞片叶细胞高度分化不再分裂，①错误； ②紫色洋葱鳞片叶外表皮有紫色大液泡，可用来观察植物细胞质壁分离和复原，②正确； ③洋葱内表皮细胞无色，可用作观察DNA和RNA在细胞中分布的实验，③正确； ④绿叶中色素的提取和分离需要含有光合色素的绿色叶肉组织，而鳞片叶无叶绿体不含光合色素，④错误。 综上所述，②③正确，①④错误。 7．某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从上至下），与正常叶片相比，实验结果是（     ） A．光吸收差异显著，色素带缺第2条 B．光吸收差异不显著，色素带缺第2条 C．光吸收差异显著，色素带缺第3条 D．光吸收差异不显著，色素带缺第3条 【答案】B 【详解】纸层析法分离光合色素的条带从上至下依次为胡萝卜素（第1条）、叶黄素（第2条）、叶绿素a（第3条）、叶绿素b（第4条）；类胡萝卜素（包括胡萝卜素和叶黄素）主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。叶黄素几乎不吸收红光，因此红光照射下光吸收差异不显著；叶黄素对应层析条带从上至下第2条，突变体缺失该条带，B正确。 8．某同学进行了“绿叶中色素的提取与分离实验”，结果显示：滤纸条上的色素带与标准的色素带相比，橙黄色和黄色两条色素带的宽度基本相同，但蓝绿色和黄绿色两条色素带的宽度明显偏窄。出现该种现象最可能的原因是（     ） ①使用了放置24h的菠菜叶片作实验材料②研磨时用10mL蒸馏水代替了无水乙醇③研磨时加入的碳酸钙太少④研磨时没有加入二氧化硅⑤盛滤液的试管口没有塞上棉塞且放置时间较长⑥层析时层析液触及到滤纸条上的滤液细线 A．①②⑤ B．①③⑤ C．②④⑥ D．③④⑥ 【答案】B 【详解】①放置24h的菠菜叶片，叶绿素易分解，菠菜叶片中叶绿素含量明显偏少，可以出现这种现象，①正确； ②光合色素不溶于水，研磨时用蒸馏水代替无水乙醇无法提取到色素，滤纸条上没有色素带，不能出现这种现象，②错误； ③研磨时加入的碳酸钙太少，不能保护色素，叶绿素更容易分解，可以出现这种现象，③正确； ④研磨时没有加入二氧化硅，会使研磨不充分，滤纸条上四种色素含量都偏少，不能出现这种现象，④错误； ⑤盛滤液的试管口没有塞上棉塞且放置时间过长，叶绿素分子更容易被氧化分解，可以出现这种现象，⑤正确； ⑥层析时层析液触及滤纸条上的滤液细线，所有色素都溶解在层析液中，滤纸条上没有色素带，不能出现这种现象，⑥错误。 ①③⑤正确，B正确。 9．高等植物光合作用依赖于光合色素，下图中②③是叶绿素的吸收光谱，适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。下列相关叙述错误的是（     ） A．植物叶片呈现绿色是由于叶绿素含量多且几乎不吸收绿光 B．图中②和③分别是叶绿素b和叶绿素a的吸收光谱 C．弱光下②对应色素的相对含量降低有利于植物对弱光的利用 D．利用纸层析法分离色素时，②对应的叶绿素位于滤纸条最下端 【答案】C 【详解】A、植物叶绿素含量远高于类胡萝卜素，且叶绿素几乎不吸收绿光，绿光被反射出，因此叶片呈现绿色，A正确； B、类胡萝卜素仅吸收蓝紫光区域的光，因此①为类胡萝卜素的吸收光谱；叶绿素b在蓝紫光区的吸收峰值高于叶绿素a，红光区的吸收峰值波长更短，因此②是叶绿素b、③是叶绿素a的吸收光谱，B正确； C、适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，说明②（叶绿素b）的相对含量升高，更有利于植物捕获弱光，适应弱光环境，C错误； D、纸层析法分离色素时，②叶绿素b在层析液中溶解度最低，扩散速度最慢，因此位于滤纸条的最下端，D正确。 10．韭菜在完全黑暗中生长会变成黄色，称之为“韭黄”。某实验小组利用纸层析法对韭黄和正常韭菜叶片的色素提取液进行分离。观察滤纸条上色素带可发现：与正常韭菜叶相比，韭黄叶只显示两条色素带。下列说法正确的是（     ） A．滤纸条上色素带的宽度反映了色素在层析液中的溶解度大小 B．为增加色素含量，应快速、连续地在滤纸条上画多次滤液细线 C．韭黄叶提取的两条色素带位于滤纸条上端，主要吸收红光 D．若滤纸条上的色素带颜色浅，可能是研磨时没有加二氧化硅 【答案】D 【详解】A、滤纸条上色素带的宽度反映的是色素的含量，色素在层析液中的溶解度大小决定色素的扩散速率，对应色素带在滤纸条上的位置，A错误； B、画滤液细线时需待前一次画线干燥后再重复画线，若快速连续多次画线，会导致滤液细线过粗、色素扩散不均，不利于分离得到清晰的色素带，B错误； C、黑暗环境中韭菜无法合成叶绿素，韭黄仅含类胡萝卜素，对应滤纸条上端的两条色素带，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，C错误； D、研磨时加入二氧化硅的作用是使研磨更充分，若未加二氧化硅，细胞破碎不充分，色素提取量少，会导致滤纸条上色素带颜色浅，D正确。 【冲刺·核心素养拓展】 11．图甲是绿叶中色素的吸收光谱图，乙是纸层析法分离绿叶中色素的结果。下列叙述错误的是（    ） A．图甲中的①主要吸收蓝紫光 B．条带1为黄色，条带2为橙黄色 C．图甲中的②和③分别对应图乙中条带4和条带3 D．提取色素时，可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替无水乙醇 【答案】B 【详解】A、图甲中①为类胡萝卜素的吸收光谱，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A正确； B、条带1是扩散最快的胡萝卜素，颜色为橙黄色，条带2是叶黄素，颜色为黄色，B错误； C、图甲中②、③存在蓝紫光和红光两个吸收峰，属于叶绿素，其中②为叶绿素b，③为叶绿素a；纸层析结果中条带4是最下方溶解度最低的叶绿素b，条带3是叶绿素a，C正确； D、光合色素可溶于有机溶剂，若没有无水乙醇，可向体积分数为95%的乙醇中加入适量无水碳酸钠除去水分，替代无水乙醇提取色素，D正确。 12．如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上层析分离的情况，以下叙述正确的是（    ） A．提取色素时加入碳酸钙是为了防止研磨中色素被破坏，加入层析液是为了提取色素 B．若选用同种但失绿变黄的叶片，色素含量可能是（甲＋乙）＜（丙＋丁） C．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大 D．使四种光合色素在滤纸上层析分离的层析液是无水乙醇 【答案】B 【分析】1、分离色素的原理是各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢。滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素（最窄）、叶黄素、叶绿素a（最宽）、叶绿素b（第2宽）。 2、根据题意和图示分析可知：丁为胡萝卜素，丙为叶黄素，乙为叶绿素a，甲为叶绿素b。 【详解】A、提取色素时加入碳酸钙是为了防止研磨中色素被破坏，加入无水乙醇是为了提取色素，A错误； B、根据题意和图示分析可知：丁为胡萝卜素，丙为叶黄素，乙为叶绿素a，甲为叶绿素b。失绿变黄的叶片叶绿素含量较低，所以色素含量可能是（甲+乙）＜（丙+丁），B正确； C、四种色素都能溶解在层析液中，丁扩散距离最远，说明丁（胡萝卜素）色素的溶解度最大，C错误； D、使四种光合色素在滤纸层析分离的层析液不是无水乙醇，是石油醚、丙酮、苯的混合物，D错误。 故选B。 13．将除去主叶脉的干燥叶片（65℃，24h）剪碎后放入研钵中，加乙醇后研磨过滤，可得到色素提取液，用于绿叶中色素的分离实验。下列叙述错误的是（    ） A．除去主叶脉的原因是其一般不含光合色素且影响研磨效果 B．本实验未使用SiO2和CaCO3也能成功与叶片干燥处理有关 C．本实验中研磨的目的是使叶绿体基质中的光合色素释放出来 D．为保护实验者的健康，分离色素需要在通风好的条件下进行 【答案】C 【详解】A、主叶脉主要由输导组织构成，几乎不含光合色素，且质地坚硬会影响研磨的充分程度，因此实验前需除去主叶脉，A正确； B、干燥处理后的叶片细胞结构更脆弱，研磨更容易，即使不加SiO2（帮助研磨）和CaCO3（防止色素被破坏），也能成功提取分离色素，B正确； C、光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上，研磨的目的是使类囊体上的光合色素释放出来，C错误； D、分离色素所用的层析液含有挥发性有毒物质，因此实验需要在通风良好的条件下进行，避免实验者吸入有毒物质危害健康，D正确。 做题目。 课堂小结 板书设计 第4节 光合作用与能量转化（第1课时） 一、捕获光能的色素——绿叶中色素的提取与分离 (1) 提取原理：色素溶于无水乙醇。 (2) 分离原理：色素在层析液中溶解度不同。 (3) 试剂作用：SiO₂（研磨充分）、CaCO₃（保护色素）、无水乙醇（溶解色素）、层析液（分离色素）。 (4) 实验结果：从上到下依次为胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）。 二、光合色素的吸收光谱 (1) 叶绿素a和叶绿素b：主要吸收红光和蓝紫光。 (2) 胡萝卜素和叶黄素：主要吸收蓝紫光。 (3) 叶片呈绿色的原因：对绿光吸收最少，绿光被反射。 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 (1) 结构：外膜、内膜、基粒（类囊体堆叠）、基质。 (2) 功能：类囊体薄膜上分布光合色素和光反应酶；基质中含暗反应酶。 (3) 恩格尔曼实验：水绵+需氧细菌→氧气释放部位即光合作用部位→叶绿体是光合作用场所。 课后作业 1．在做绿叶中色素的提取和分离实验时，甲、乙、丙三名同学使用相关试剂的情况如下表所示(“+”表示使用，“-”表示未使用) ，其余操作均正常。他们所得的实验结果依次为（    ） 相关试剂 甲 乙- 丙 无水乙醇 一 + + 水 + 一 一 碳酸钙 + + + 二氧化硅 + + 一 A．①②③ B．①③② C．②③① D．③②① 【答案】B 【分析】提取绿叶中的色素，研钵中除了加入剪碎的5g绿叶外，还需放入少许SiO2、CaCO3、无水乙醇。正常情况下纸层析的实验结果为，滤纸条上的4条色素带的颜色，从上往下依次是：橙黄色（胡萝卜素）、黄色（叶黄素）、蓝绿色（叶绿素a）、黄绿色（叶绿素b）。 【详解】甲同学没有加入无水乙醇，因为色素不溶于水，所以得不到色素带，如图中①；乙同学操作正确，所以色素带正常，如图中③；丙同学没加SiO2，研磨不充分，所有色素含量都少，如图中②。因此他们所得的实验结果依次为①③②，B正确，ACD错误。 故选B。 2．进入秋季，银杏叶片因叶绿素降解由绿变黄。某同学采摘银杏黄叶开展光合色素的提取与分离实验，下列叙述正确的是（    ） A．光合色素既溶于水，也易溶于95%乙醇 B．研磨时加入少许碳酸钙可使研磨更充分 C．色素在滤纸条上的扩散速度取决于其在层析液中的溶解度 D．纸层析后，滤纸条上会出现4条清晰的色素带 【答案】C 【详解】A、光合色素为脂溶性色素，不溶于水，易溶于无水乙醇等有机溶剂，A错误； B、研磨时加碳酸钙是保护叶绿素，加二氧化硅才能使研磨更充分，B错误； C、色素在滤纸条上的扩散速度，由其在层析液中的溶解度决定，溶解度越高扩散越快，C正确； D、银杏叶叶绿素已降解，纸层析后仅出现类胡萝卜素对应的2条色素带，D错误。 3．科学家日前在《科学》上报告说，他们通过将菠菜的“捕光器”（类囊体膜）与9种不同生物体的酶结合起来，制造了人造叶绿体。这种人造叶绿体可在细胞外工作、收集阳光，并利用由此产生的能量将二氧化碳转化成富含能量的分子。下列有关叙述错误的是（    ） A．叶绿体与人造叶绿体都具有能量转换的作用 B．叶绿体含有DNA、RNA，而人造叶绿体不含有DNA、RNA C．“捕光器”上不含光合作用吸收光能的色素 D．人造叶绿体没有4层磷脂分子组成的膜结构 【答案】C 【分析】植物在光照条件下进行光合作用，光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段在叶绿体的类囊体薄膜上进行水的光解，产生ATP和NADPH，同时释放氧气，ATP和NADPH用于暗反应阶段三碳化合物的还原，细胞的呼吸作用不受光照的限制，有光无光都可以进行，为细胞的各项生命活动提供能量。 【详解】A、人造叶绿体可在细胞外工作、收集阳光，并利用由此产生的能量将二氧化碳转化成富含能量的分子，说明人造叶绿体和植物叶绿体一样都具有能量转换的作用，A正确； B、科学家用类囊体膜与9种不同生物体的酶结合起来，制造了人造叶绿体，说明没有DNA、RNA，B正确； C、色素能够吸收光能，所以“捕光器”上可能含有光合作用吸收光能的色素，C错误； D、科学家用类囊体膜与9种不同生物体的酶结合起来，制造了人造叶绿体，则人造叶绿体没有4层磷脂分子组成的膜结构，D正确。 故选C。 教学反思 (1) 成功之处与预期效果 植物工厂情境导入有效激发了学生的兴趣，学生对光合色素和叶绿体结构产生了探究欲望。 实验视频和异常现象分析帮助学生理解了色素提取与分离的原理和操作要点，突破了教学难点。 色素吸收光谱曲线图的讲解使学生清晰掌握了不同色素的吸收特点，并能联系大棚补光等实际应用。 恩格尔曼实验的分析培养了学生的科学思维，学生能理解实验设计的巧妙之处。 (2) 实施难点与应对策略 试剂作用易混淆：策略——用“石英砂破细胞，碳酸钙护色素，乙醇提色素，层析液分离”口诀帮助记忆。 色素带顺序易记混：策略——用“胡黄ab，橙黄蓝绿黄绿”口诀帮助记忆。 吸收光谱理解困难：策略——结合曲线图和生活实例（叶片呈绿色、补光灯选择）帮助理解。 恩格尔曼实验设计理解不深：策略——分步分析实验过程，强调“排除干扰、自身对照”的设计思路。 (3) 改进建议 可增加学生分组实验（如条件允许），让学生亲自动手提取和分离色素。 可引入更多光合色素应用实例（如不同光质对植物生长的影响），增强知识的实用性。 课后布置拓展任务：查阅资料了解恩格尔曼实验的历史背景，撰写简要报告。 注意事项：强调色素提取与分离实验中的试剂作用及操作注意事项；注意区分色素吸收光谱中不同色素的吸收特点；恩格尔曼实验的设计思路和结论是本节重点，需重点讲解。 / 学科网（北京）股份有限公司 Marker-3969 Marker-7926 Marker-2654 Marker-3408 Marker-1504 Marker-2358 Marker-8087 Marker-3679 Marker-2312 Marker-7893 Marker-8030 Marker-6308 Marker-8903 Marker-6241 Marker-7476 Marker-3780 Marker-1408 Marker-7341 Marker-5363 Marker-3158 Marker-5545 Marker-7758 Marker-7823 Marker-4436 Marker-4940 Marker-9837 Marker-3634 Marker-7031 Marker-5528 Marker-2989 Marker-6660 Marker-7784 Marker-4455 Marker-8782 Marker-8407 Marker-3681 Marker-4195 Marker-6122 Marker-5235 Marker-6082 Marker-6180 Marker-5286 Marker-8344 Marker-8808 Marker-5035 Marker-1412 Marker-3123 Marker-7887 Marker-3629 Marker-7552 Marker-4536 Marker-7314 Marker-3014 Marker-8151 Marker-8915 Marker-3228 Marker-2600 Marker-3819 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