用紙層析法分離色素時,特別要注意濾液細(xì)線一定要處于層析液的上面,否則光合色素會溶解于層析液中,而不會沿層析液向上擴(kuò)散、分離,這會使實驗效果極差,甚至不發(fā)生分離,導(dǎo)致實驗無效;另外,層析液是石油醚、丙酮、苯等有機(jī)溶劑的混合液,具有揮發(fā)性且有毒,要注意密閉。
正常的實驗現(xiàn)象從上到下應(yīng)為:胡蘿卜素(橙黃色)、葉黃素(黃色)、葉綠素(a)、葉綠素(b),一般可看到下面三種色素,最上面的胡蘿卜素如果操作不適當(dāng)效果可能不很明顯。
還有這個實驗過程用了有毒的有機(jī)藥品,因此實驗后要用肥皂把手洗干凈。
在學(xué)生觀察的基礎(chǔ)上,教師總結(jié)光合色素的種類、色素顏色、色素的吸收光譜及在濾紙條分布。
、趯W(xué)生實驗結(jié)束后,教師可給學(xué)生演示葉綠體的色素吸收光譜的現(xiàn)象。方法是:用紅、橙黃、綠、藍(lán)紫色的薄膜,分別遮住同一光源。把盛有葉綠體的色素提取液的試管,分別放在紅、橙黃、綠、藍(lán)紫色光前、讓學(xué)生觀察這些光透過色素提取液的情況。可明顯地看到紅和藍(lán)紫色光透過的較少(暗),橙黃和綠色光透過的較多(亮)。引導(dǎo)學(xué)生分析這些現(xiàn)象,得出葉綠體中的色素,主要吸收紅光和藍(lán)紫光。在此基礎(chǔ)上,出示教材中的光合色素吸收光譜曲線,引導(dǎo)學(xué)生分析曲線含義,總結(jié)光合色素吸收光波的不同特點。
、劢處熯可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析葉綠體結(jié)構(gòu)特點與其光合作用功能相適應(yīng)的特點,例如:與光合作用有關(guān)的各種酶集中分布于葉綠體中,有利于光合反應(yīng)高效地進(jìn)行;再如,葉綠體內(nèi)的片層薄膜,垛疊成基粒,每個基粒由10~100個片層結(jié)構(gòu)組成,這樣的結(jié)構(gòu)可增大葉綠體內(nèi)的膜表面,擴(kuò)大色素的附著面,有利于提高光能的利用效率
。2)有條件的學(xué);虬嗉夁可引導(dǎo)學(xué)生對色素、光合色素有關(guān)的問題做較為深入的討論,比如可討論下面幾個問題:
、賹W(xué)生知道我們平常吃的韭黃和蒜黃是怎么培育出來的嗎?
這個問題涉及到了植物葉綠素合成時的條件問題。
葉綠素是光合色素中最重要的一類色素。綠色植物的葉綠體中有四種色素,綠色植物只在光下才能合成葉綠素,這樣學(xué)生已經(jīng)知道這個問題的答案了。韭黃、蒜黃是在黑暗條件下培育出來的,因為植物此時不能合成葉綠素,只能長成黃化苗,而黃化苗的薄壁細(xì)胞比較多,所以吃起來比較嫩,口感比韭菜、蒜苗好一些。但要注意,植物不能長期處于無光條件下,這個道理學(xué)生應(yīng)該是明白的。
葉綠素的形成除了有光照之外,還與什么因素有關(guān)呢?葉綠素是一種較復(fù)雜有機(jī)化合物,其中心存在一個鎂離子,因此葉綠素的形成還與鎂這種礦質(zhì)元素有關(guān),沒有鎂,葉綠素也是形成不了的。
、谌绻寥蓝唐谌辨V,植物的葉片會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢?
可給學(xué)生適當(dāng)?shù)奶崾,鎂與葉綠素是以不穩(wěn)定化合物的形式存在的。學(xué)生可以想一想我們在植物礦質(zhì)代謝中學(xué)習(xí)的內(nèi)容,還記得嗎?有兩類礦質(zhì)元素可以移動,一是像氮、磷、鉀這樣以離子態(tài)運輸?shù)牡V質(zhì)元素,還有一就是像鎂這樣與不穩(wěn)定化合態(tài)存在的礦質(zhì)元素;另一類礦質(zhì)元素不能自由地在植物體內(nèi)移動,如鈣、鐵這樣以穩(wěn)定難溶的狀態(tài)存在的化合物。能移動的礦質(zhì)元素才能被重復(fù)利用,而且這些礦質(zhì)元素一般都運輸?shù)街参矬w生長比較活躍的地方,如莖尖、芽尖、幼葉等處。因此土壤中短期缺乏鎂這種可移動的離子時,整個植物體中的葉片受損傷的程度是不一樣的,此時老葉先受損變黃,而幼葉暫時不會受到缺鎂的損傷,依然鮮綠。反之,如果土壤中缺乏的是鈣、鐵這些不能移動的離子,植物體首先受損傷的則是新葉。
、蹨\海中自上而下為什么會出現(xiàn)綠藻、褐藻、紅藻等藻類植物的分層分布現(xiàn)象?
這也是一個和光有關(guān)的生物學(xué)問題。
我們平?吹降奈矬w的顏色實際上是這個物體反射的光,如學(xué)生看到葉片是綠色,說明葉片反射綠光,而吸收了其它色光;學(xué)生看到一個物體是白色的,說明這個物體不吸收任何光,并全部反射回來;學(xué)生看到一個物體是黑色的,說明這個物體把所有光都吸收了,沒有反射任何光。這是理解這個問題的關(guān)鍵。通過上面的分析學(xué)生可能已經(jīng)知道,綠藻反射了綠光;褐藻反射了黃光,而紅藻反射了紅光。
綠藻中含有葉綠素等光合色素,紅藻中有藻紅蛋白(藻紅素)和類胡蘿卜素等光合色素。圖1是太陽光的光譜示意圖;圖2中A是藻紅蛋白的吸收光譜示意圖。
圖1
圖2
通過學(xué)生所學(xué)的物理學(xué)知識,知道光子能量E=hυ,光速c =λυ, 則:υ=c/λ,從而E=(h c)/λ,即波長越短,光子的能量越高。由此可知,水層對光波中的紅、橙部分吸收顯著多于對藍(lán)、綠部分的吸收,即水深層的光線相對富含短波長的光。
所以吸收紅光和藍(lán)紫光較多的綠藻分布于海水的淺層;含藻紅蛋白和類胡蘿卜素,吸收由藍(lán)紫光和綠色光較多的紅藻分布于海水深的地方。這是植物在演化過程中,對于深水中光譜成分發(fā)生變化的一種生理適應(yīng)。
光反應(yīng) |
暗反應(yīng) | ||
區(qū) 別 |
反應(yīng)性質(zhì) |
光化學(xué)反應(yīng) |
酶促反應(yīng) |
與光的關(guān)系 |
必須在光下進(jìn)行 |
與光無直接關(guān)系,在光下和暗處都能進(jìn)行 | |
與溫度的關(guān)系 |
與溫度無直接關(guān)系 |
與溫度關(guān)系密切 | |
場所 |
葉綠體基粒片層結(jié)構(gòu)的薄膜上 |
葉綠體的基質(zhì)中 | |
必要條件 |
光、葉綠體光合色素、酶 |
多種酶 | |
物質(zhì)變化 |
水光解為還原性氫和氧氣;由ADP合成ATP |
二氧化碳的固定、三碳化合物的還原、五碳化合的再生 | |
能量變化 |
光能轉(zhuǎn)變ATP中活躍的化學(xué)能 |
ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟堑裙夂袭a(chǎn)物中穩(wěn)定的化學(xué)能 | |
聯(lián)系 |
準(zhǔn)備階段:為暗反應(yīng)的順利進(jìn)行準(zhǔn)備了還原性氫和能量ATP |
完成階段:在多種酶的作用下,接受光反應(yīng)提供的還原性氫和ATP,最終將二氧化碳還原為葡萄糖。 |
之后,還可提出一些綜合性的問題,加深學(xué)生對光合作用的理解,例如可以提出下面的問題:
“當(dāng)光合作用的光反應(yīng)過程被人為阻斷,你認(rèn)為暗反應(yīng)會停止嗎?反過來,當(dāng)暗反應(yīng)過程被人為阻斷,你認(rèn)為光反應(yīng)會怎樣變化?”
通過以上的分析可以看出,光合作用的光反應(yīng)與暗反應(yīng)是相互聯(lián)系的,而它們之間的聯(lián)系紐帶是還原力,即ATP和還原性氫。當(dāng)光反應(yīng)停止時(如植物在黑暗條件下),暗反應(yīng)的ATP和還原性氫的來源被阻斷,暗反應(yīng)會停止;而反過來,當(dāng)暗反應(yīng)停止時(如植物在氣孔完全關(guān)閉,或無二氧化碳),光反應(yīng)是不是也受到影響呢?答案是肯定的,暗反應(yīng)停止,光反應(yīng)也會隨之停止,因為光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和還原性氫沒有被暗反應(yīng)消耗,根據(jù)化學(xué)平衡的原理,相當(dāng)于光反應(yīng)的產(chǎn)物濃度升高,化學(xué)平衡會向反向進(jìn)行,從而光反應(yīng)就停止了。
時間允許的話,還可引導(dǎo)學(xué)生討論影響光合作用的因素,進(jìn)而討論“如何提高光合效率的途徑”,“采取哪些措施提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量?”等問題,使學(xué)生體會到學(xué)習(xí)生物學(xué)理論的實際價值,強(qiáng)化學(xué)生學(xué)以致用、理論聯(lián)系的理念。例如,可提出下面的問題供學(xué)生討論:
“你能利用光合作用原理,提出在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提高作物產(chǎn)量的具體措施嗎?”
對光合作用的影響 |
在生產(chǎn)上的應(yīng)有 | |
光 |
光合作用是光化學(xué)反應(yīng),所以光合作用隨著光照強(qiáng)度的變化而變化。光照弱,光合作用減慢,光照逐步增強(qiáng)時光合作用隨著加快;但是光照增強(qiáng)到一定程度,光合作用速度不再增加,另外,光的波長也影響光合作用速度,通常在紅光下光合作用最快,藍(lán)、紫光次之,綠光最差。 |
延長光合作用時間;通過輪作,延長全年內(nèi)單位土地面積上綠色植物進(jìn)行光合作用的時間,是合理利用光的一項重要措施。 增加光合作用面積,合理密植是增加光合作用面積的一項重要措施。 |
溫度℃ |
光合作用的暗反應(yīng)是酶促反應(yīng),溫度低,酶促反應(yīng)慢,光合速率降低,隨著溫度提高,光合作用加快;溫度過高時會影響酶的活性,使光合作用速率降低,一般植物的光合作用最適溫度在25-30℃之間。 |
適時播種:溫室栽培植物時,可以適當(dāng)提高室內(nèi)溫度。 |
二氧化碳濃度 |
二氧化碳是光合作用的原料,原料增加,產(chǎn)物必然增加,大氣中的二氧化碳含量是0.03%,如果濃度提高到0.1%, 產(chǎn)量可提高一倍。如果濃度提高到一定程度后,產(chǎn)量不再提高。如果二氧化碳濃度降低到0.005%,光合作用就不能正常進(jìn)行。 |
施用有機(jī)肥:溫室栽培植物時,可以適當(dāng)提高室內(nèi)的二氧化碳濃度。 |
總之,光合作用涉及的知識多、綜合性強(qiáng),在復(fù)習(xí)時要全面,特別是光合作用的反應(yīng)場所、總反應(yīng)式、反應(yīng)具體過程、條件、反應(yīng)物、產(chǎn)物、釋放能量、光反應(yīng)與暗反應(yīng)之間的相互聯(lián)系與區(qū)別、影響光合作用的諸多因素等方面做全面的比較、總結(jié),并注重這些知識能與生產(chǎn)生活等實際相聯(lián)系,培養(yǎng)分析、綜合、讀圖、理論聯(lián)系實際的能力。