用紙層析法分離色素時,特別要注意濾液細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散、分離,這會使實驗效果極差,甚至不發生分離,導致實驗無效;另外,層析液是石油醚、丙酮、苯等有機溶劑的混合液,具有揮發性且有毒,要注意密閉。
正常的實驗現象從上到下應為: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效果可能不很明顯。
還有這個實驗過程用了有毒的有機藥品,因此實驗后要用肥皂把手洗干凈。
在學生觀察的基礎上,教師總結光合色素的種類、色素顏色、色素的吸收光譜及在濾紙條分布。
②學生實驗結束后,教師可給學生演示葉綠體的色素吸收光譜的現象。方法是:用紅、橙黃、綠、藍紫色的薄膜,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、藍紫色光前、讓學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紫色光透過的較少(暗),橙黃和綠色光透過的較多(亮)。引導學生分析這些現象,得出葉綠體中的色素,主要吸收紅光和藍紫光。在此基礎上,出示教材中的光合色素吸收光譜曲線,引導學生分析曲線含義,總結光合色素吸收光波的不同特點。
③教師還可引導學生進一步分析葉綠體結構特點與其光合作用功能相適應的特點,例如:與光合作用有關的各種酶集中分布于葉綠體中,有利于光合反應高效地進行;再如,葉綠體內的片層薄膜,垛疊成基粒,每個基粒由10~100個片層結構組成,這樣的結構可增大葉綠體內的膜表面,擴大色素的附著面,有利于提高光能的利用效率
(2)有條件的學校或班級還可引導學生對色素、光合色素有關的問題做較為深入的討論,比如可討論下面幾個問題:
①學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,這樣學生已經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,這個道理學生應該是明白的。
葉綠素的形成除了有光照之外,還與什么因素有關呢?葉綠素是一種較復雜有機化合物,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元素有關,沒有鎂,葉綠素也是形成不了的。
②如果土壤短期缺鎂,植物的葉片會出現什么現象呢?
可給學生適當的提示,鎂與葉綠素是以不穩定化合物的形式存在的。學生可以想一想我們在植物礦質代謝中學習的內容,還記得嗎?有兩類礦質元素可以移動,一是像氮、磷、鉀這樣以離子態運輸的礦質元素,還有一就是像鎂這樣與不穩定化合態存在的礦質元素;另一類礦質元素不能自由地在植物體內移動,如鈣、鐵這樣以穩定難溶的狀態存在的化合物。能移動的礦質元素才能被重復利用,而且這些礦質元素一般都運輸到植物體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。
③淺海中自上而下為什么會出現綠藻、褐藻、紅藻等藻類植物的分層分布現象?
這也是一個和光有關的生物學問題。
我們平常看到的物體的顏色實際上是這個物體反射的光,如學生看到葉片是綠色,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鍵。通過上面的分析學生可能已經知道,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
通過學生所學的物理學知識,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、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生變化的一種生理適應。
光反應 |
暗反應 | ||
區 別 |
反應性質 |
光化學反應 |
酶促反應 |
與光的關系 |
必須在光下進行 |
與光無直接關系,在光下和暗處都能進行 | |
與溫度的關系 |
與溫度無直接關系 |
與溫度關系密切 | |
場所 |
葉綠體基粒片層結構的薄膜上 |
葉綠體的基質中 | |
必要條件 |
光、葉綠體光合色素、酶 |
多種酶 | |
物質變化 |
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 |
光能轉變ATP中活躍的化學能 |
ATP中活躍的化學能轉變為葡萄糖等光合產物中穩定的化學能 | |
聯系 |
準備階段:為暗反應的順利進行準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,加深學生對光合作用的理解,例如可以提出下面的問題:
“當光合作用的光反應過程被人為阻斷,你認為暗反應會停止嗎?反過來,當暗反應過程被人為阻斷,你認為光反應會怎樣變化?”
通過以上的分析可以看出,光合作用的光反應與暗反應是相互聯系的,而它們之間的聯系紐帶是還原力,即ATP和還原性氫。當光反應停止時(如植物在黑暗條件下),暗反應的ATP和還原性氫的來源被阻斷,暗反應會停止;而反過來,當暗反應停止時(如植物在氣孔完全關閉,或無二氧化碳),光反應是不是也受到影響呢?答案是肯定的,暗反應停止,光反應也會隨之停止,因為光反應產生的ATP和還原性氫沒有被暗反應消耗,根據化學平衡的原理,相當于光反應的產物濃度升高,化學平衡會向反向進行,從而光反應就停止了。
時間允許的話,還可引導學生討論影響光合作用的因素,進而討論“如何提高光合效率的途徑”,“采取哪些措施提高農業產量?”等問題,使學生體會到學習生物學理論的實際價值,強化學生學以致用、理論聯系的理念。例如,可提出下面的問題供學生討論:
“你能利用光合作用原理,提出在農業生產中提高作物產量的具體措施嗎?”
對光合作用的影響 |
在生產上的應有 | |
光 |
光合作用是光化學反應,所以光合作用隨著光照強度的變化而變化。光照弱,光合作用減慢,光照逐步增強時光合作用隨著加快;但是光照增強到一定程度,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、紫光次之,綠光最差。 |
延長光合作用時間;通過輪作,延長全年內單位土地面積上綠色植物進行光合作用的時間,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℃ |
光合作用的暗反應是酶促反應,溫度低,酶促反應慢,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,可以適當提高室內溫度。 |
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%, 產量可提高一倍。如果濃度提高到一定程度后,產量不再提高。如果二氧化碳濃度降低到0.005%,光合作用就不能正常進行。 |
施用有機肥:溫室栽培植物時,可以適當提高室內的二氧化碳濃度。 |
總之,光合作用涉及的知識多、綜合性強,在復習時要全面,特別是光合作用的反應場所、總反應式、反應具體過程、條件、反應物、產物、釋放能量、光反應與暗反應之間的相互聯系與區別、影響光合作用的諸多因素等方面做全面的比較、總結,并注重這些知識能與生產生活等實際相聯系,培養分析、綜合、讀圖、理論聯系實際的能力。