5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)問題探討

你參觀或聽說過植物工廠嗎？植物工廠在人工精密的控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的蔬菜工廠完全依賴LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍(lán)色和白色光源。討論1.靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？2.為什么要控制二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件？二氧化碳濃度，營養(yǎng)液和溫度是影響植物生長的重要外部條件，因此要進(jìn)行控制，以便讓植物達(dá)到最佳的生長狀態(tài)。問題探討避免因自然條件下光照強度不足，導(dǎo)致光合作用強度低而造成減產(chǎn)；人工光源可以調(diào)控，可以根據(jù)植物生長的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使蔬菜產(chǎn)量達(dá)到最大。

白化苗不能進(jìn)行光合作用，無法制造有機養(yǎng)料。

葉片作為高等植物進(jìn)行光合作用的主要器官通常都是綠色的，說明其中有綠色的色素。

葉片中的色素與光能的捕獲有關(guān)。綠葉中有哪些色素呢？問題探討學(xué)習(xí)目標(biāo)1.探究綠葉中色素的種類，說明各種色素的作用。(重、難點)2.說出葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能。

(

重

點

)探究·實踐一、實驗——綠葉中色素的提取與分離提取原理：

綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇

(或丙酮)中，用無水乙醇提取色素。

分離原理：紙層析法：綠葉中色素在層析液(汽油)中的溶解度

不同，隨層析液在濾紙上擴散速度不同，這樣，綠

葉中的色素就在擴散過程中分開。

一、捕獲光能的色素(一)實驗：綠葉中色素的提取和分離1、實驗原理思考：如何提取?如何分離色素?

使用無水乙醇提取綠葉中的色素。紙層析法：不同色素在層析液中的溶解度不同：溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快；反之則慢。研磨

迅速、充分研磨：

防止溶劑揮發(fā)，充分

溶解色素

單層尼龍布無水乙醇：提取色素二氧化硅：有助于研磨充分碳酸鈣：防止研磨中色素被破壞過濾試管口塞緊

試管口加棉花防揮發(fā)1.提取綠葉中的色素剪碎加藥品SiO2——使研磨充分CaCO3

——防止色素被破壞無水乙醇——溶解色素（1）稱取綠葉五克，剪碎，放在研缽中（2）加入少許SiO2

、CaCO3，再加入5-10毫升無水乙醇（分次加入），進(jìn)行快速、充分的研磨1.提取綠葉中的色素實驗步驟：探究·實踐過濾葉脈及二氧化硅等（3）過濾：將研磨液迅速倒入玻璃漏斗（基部放置單層尼龍布），獲取綠色濾液，及時用棉塞將試管口封嚴(yán)。防止乙醇揮發(fā)探究·實踐a、制備濾紙條：干燥的定性濾紙2.色素的分離（紙層析法）1cm鉛筆線為什么要剪去兩角？減少邊緣效應(yīng)，造成兩邊色素擴散快，保證色素帶整齊。實驗步驟b、畫濾液細(xì)線★要求：細(xì)、直、勻注意：待濾液干后，再畫一兩次。實驗步驟2.色素的分離（紙層析法）實驗步驟C、分離色素：插濾紙條層析液培養(yǎng)皿為何濾液細(xì)線不能觸及層析液？（防止色素溶解在層析液中）為何要蓋上培養(yǎng)皿？（防止層析液揮發(fā)，因其易揮發(fā)且有毒）2.色素的分離（紙層析法）實驗步驟2.色素的分離（紙層析法）d、觀察與記錄：觀察濾紙條出現(xiàn)幾條色度帶，以及每條色素帶的顏色和寬窄。葉綠素類胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）葉綠素a（藍(lán)綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）綠葉中的色素實驗結(jié)果胡蘿卜素（橙黃色）最少葉黃素（黃色）較少葉綠素a（藍(lán)綠色）最多葉綠素b（黃綠色）較多溶解度（擴散速度）快慢二、綠葉中的四種色素19異常實驗現(xiàn)象的分析①選取的葉片顏色不是濃綠色或稱取的綠葉過少或放置數(shù)天的菠菜葉，色素含量少②加入的無水乙醇過多，色素溶液濃度?、畚醇犹妓徕}或加入的過少，色素分子部分破壞④研磨不充分，色素未能充分提取出來⑤劃濾液細(xì)線的次數(shù)太少，濾紙條上的色素含量少⑥層析時，部分濾液細(xì)線已觸及層析液同上4點提取液色素帶若色素提取液呈淡綠色的，其原因有若色素帶顏色較淺，其原因有題：ABCD韭黃無水乙醇√水√√√SiO4√√×√√CaCO3√√√×√思維拓展1、色素分離的其他方法:

在濾紙的中央滴一滴色素提取液，再滴一滴層析液，色素隨層析液擴散，會得到近似同心環(huán)的4個色素圈，由外向內(nèi)依次是什么色素？分別是什么顏色？黃色的類胡蘿卜素在葉中始終存在，但只有在秋葉中的葉綠素分解后，它們才變得較為可見。黃色和橙色色調(diào)是類胡蘿卜素產(chǎn)生的，它們的降解速率比葉綠素慢葉綠素吸收陽光中的紅光和藍(lán)紫光，而反射綠光，使葉呈現(xiàn)出綠色Β-胡蘿卜素之類常見的類胡蘿卜素之所以是橙色，是因為它們吸收藍(lán)綠光，反射紅黃光。紅色和紫色出現(xiàn)在葉中的淀粉分解為糖分之時，糖分與其他化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)后就生成花青素。花青素可起到天然的遮光屏障的作用，會一直保護葉，直到其中的營養(yǎng)被回收，供植株的其他部位使用。給葉上色的化學(xué)物質(zhì)中最容易看到的是葉綠素，使葉呈現(xiàn)綠色。類胡蘿卜素可產(chǎn)生黃色和橙色色調(diào)，花青素則可產(chǎn)生紅色和紫色色調(diào)。思維拓展

花青素，是自然界一類廣泛存在于植物中的水溶性天然色素。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物質(zhì)大部分與之有關(guān)。在植物細(xì)胞液泡不同pH條件下，花青素使花瓣、葉片等呈現(xiàn)五彩繽紛的顏色。注：這不是光合色素水溶性色素韭黃和韭菜有什么區(qū)別呢？觀看下面的視頻,思考葉綠素的合成需要哪些條件？內(nèi)容拓展影響葉綠素合成的因素(1)光照：光是葉綠素合成的必要條件，植物在黑暗中葉呈黃色。(2)溫度：低溫抑制葉綠素的合成，破壞已有的葉綠素分子，從而使葉片變黃。(3)鎂等無機鹽：鎂是構(gòu)成葉綠素的重要成分，缺鎂葉片變黃。葉綠素類胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）葉綠素a（藍(lán)綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）綠葉中的色素功能：吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能二、綠葉中的四種色素綠葉中的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光葉綠素溶液二、綠葉中的四種色素綠葉中的四種色素對光的吸收有什么差別呢？葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光和紅光。胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光。葉綠素對綠光的吸收最少。植物工廠里為什么不用綠光作為光源？綠光不能被色素吸收，因此無法用于光合作用制造有機物。1.正常銀杏的葉為什么呈綠色?葉綠體中葉綠素的含量多，且對綠光吸收量最少，綠光被反射出來，所以呈綠色；2、

秋季為什么變黃了?

秋季，葉片的葉綠素分子在低溫下被破壞（降解），而類胡蘿卜素較穩(wěn)定，所以顯出類胡蘿卜素的顏色。

3.大棚種植蔬菜時，選擇什么顏色的塑料薄膜最好?白色或無色

三葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能

分布：主要分布在綠色植物的葉肉細(xì)胞形態(tài)：一般呈扁平的橢球形或球形

結(jié)構(gòu)外膜內(nèi)膜基粒由類囊體堆疊而成，類囊體薄膜上含色素和酶基質(zhì)含多種光合作用所必需的酶透明，有利于光線的透過三、葉綠體的結(jié)構(gòu)適合于進(jìn)行光合作用捕捉光能的色素在細(xì)胞中的哪個部位？葉綠體結(jié)構(gòu)外膜內(nèi)膜基粒類囊體光合色素分布：光合酶分布：基質(zhì)類囊體薄膜類囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)

又名石衣、水衣，是一種普遍生活在淡水里的真核多細(xì)胞藻類，因體內(nèi)含有1－16條帶狀、螺旋形的葉綠體，所以呈現(xiàn)綠色。屬于低等植物。1880年，恩格爾曼實驗【水綿】葉綠體功能氧氣是光照條件下由葉綠體釋放的恩格爾曼的實驗1實驗材料：水綿：需氧細(xì)菌：自變量：因變量：光照、黑暗需氧菌聚集部位沒有空氣的黑暗環(huán)境，極細(xì)光束照射暴露在光下水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察。

好氧細(xì)菌可確定釋放O2的部位。結(jié)論：(1)實驗材料選擇巧妙：水綿：有細(xì)而長的帶狀葉綠體，且葉綠體呈螺旋式分布，便于觀察結(jié)果和設(shè)置對照。(2)排除干擾的方法巧妙：沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了環(huán)境中氧氣和光的干擾。思考?討論2：恩格爾曼實驗的巧妙之處(3)觀測指標(biāo)設(shè)計巧妙：通過好氧細(xì)菌的分布進(jìn)行檢測，從而能夠準(zhǔn)確地判斷出釋放氧氣的部位。(4)實驗對照設(shè)計巧妙：用極細(xì)的光束點狀投射，使葉綠體上可分為獲得光照和無光照的部位，相當(dāng)于一組對照實驗；進(jìn)行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的對照實驗。明確實驗結(jié)果完全是由光照引起的。思考?討論2：恩格爾曼實驗的巧妙之處

大量好氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域，說明什么？

說明光合作用主要吸收的是紅光和藍(lán)紫光，進(jìn)行光合作用釋放氧氣。恩格爾曼的實驗2資料2：

在類囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)中，含有多種進(jìn)行光合作用所必需的酶。

葉綠體是光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。綠葉中色素的提取和分離葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用實驗原理實驗過程實驗結(jié)論無水乙醇，層析液葉綠素類胡蘿卜素紅光藍(lán)紫光藍(lán)紫光色素葉黃素胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b（藍(lán)綠色）（黃綠色）（橙黃色）（黃色）含量約占3/4含量約占1/4形態(tài):

結(jié)構(gòu):

功能:

葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所課堂小結(jié)：1．研磨綠葉時要加入碳酸鈣，其目的是()A．使各種色素溶解在丙酮中B．使研磨充分

C．防止色素分子被破壞D．加速研磨C2．下圖所示“葉綠體中色素的提取和分離”實驗的裝置正確的是()

B課后練習(xí)

3．紙層析法分離葉綠體色素時,濾紙上最下端的色素名稱和顏色分別是()A．橙黃色的胡蘿卜素B．