第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用

第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.捕獲光能的色素2.葉綠體適于光合作用的特點(diǎn)討論：1.靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？用人工光源生產(chǎn)蔬菜，可以避免由于自然環(huán)境中光照強(qiáng)度不足導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度降低而造成的減產(chǎn)。同時(shí)，人工光源的強(qiáng)度和不同色光是可以調(diào)控的，可以根據(jù)植物生長(zhǎng)的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使蔬菜產(chǎn)量達(dá)到最大。2.為什么要控制二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)液成分和溫度等條件？2.影響光合作用的因素很多，既有自身?xiàng)l件，也有外界環(huán)境。因此要進(jìn)行控制,以便讓植物達(dá)到最佳的生長(zhǎng)狀態(tài)。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控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營(yíng)養(yǎng)液成分等條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍(lán)色和白色的光源。探究一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)Ⅰ.捕獲光能的色素白化苗因?yàn)槿~片中缺乏綠色色素，無法正常光合作用，待種子儲(chǔ)存的養(yǎng)分消耗完就會(huì)死亡。思考：這是問什么？白化苗(左)與正常苗(右)對(duì)于高等植物來說，葉片是進(jìn)行光合作用的主要器官。這些植物的葉片多數(shù)是綠色的，說明其中有綠色的色素。葉片中的色素與捕獲光能有關(guān)探究一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)Ⅰ.捕獲光能的色素1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模孩龠M(jìn)行綠葉中色素的提取和分離②探究濾液中含有幾種色素2.實(shí)驗(yàn)原理：①綠葉中的色素不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑②綠葉中的色素在層析液中的溶解度不同。溶解度高的，在濾紙上擴(kuò)散得快3.材料用具：新鮮的綠葉（如菠菜的綠葉)；干燥的定性濾紙、試管、棉塞、試管架、研缽、玻璃漏斗、尼龍布、毛細(xì)吸管、剪刀、藥匙、量簡(jiǎn)(10mL)、天平等；無水乙醇、層析液、二氧化硅、碳酸鈣4.方法步驟：①提取綠葉中的色素②制備濾紙條③畫濾液細(xì)線④分離綠葉中的色素⑤觀察與記錄探究一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)Ⅰ.捕獲光能的色素①提取綠葉中的色素(1)稱取5g綠葉，剪去主葉脈，剪碎，放入研缽中。(2)向研缽中放入少許SiO2和CaCO3，再加入5~10mL無水乙醇【也可以用體積分?jǐn)?shù)95%d的酒精加入適量無水碳酸鈉代替】；迅速、充分地進(jìn)行研磨(SiO2有助于研磨得充分，CaCO3可防止研磨中色素被破壞）(3)將研磨液迅速倒入玻璃漏斗(漏斗基部放一塊單層尼龍布)進(jìn)行過濾。將濾液收集到試管中，及時(shí)用棉塞將試管口塞嚴(yán)。探究一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)Ⅰ.捕獲光能的色素②制備濾紙條將干燥的定性濾紙剪成寬度略小于試管直徑、長(zhǎng)度略小于試管長(zhǎng)度的濾紙條，再將濾紙條一端剪去兩角，并在距這一端底部1cm處用鉛筆畫一條細(xì)的橫線減去兩角：防止邊緣擴(kuò)散過快。探究一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)Ⅰ.捕獲光能的色素③畫濾液細(xì)線用毛細(xì)吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫出一條細(xì)線(也可將濾液倒入培養(yǎng)皿，再用蓋玻片蘸取濾液，在橫線處按壓出均勻的細(xì)線)。待濾液干后，再重畫一到兩次。要求：細(xì)、直、齊探究一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)Ⅰ.捕獲光能的色素④分離綠葉中的色素將適量的層析液倒入試管中,將濾紙條（有濾液細(xì)線的一端朝下)輕輕插入層析液中，隨后用棉塞塞緊試管口。也可用小燒杯代替試管，用培養(yǎng)皿蓋住小燒杯。注意:不能讓濾液細(xì)線觸及層析液,否則濾液細(xì)線中的色素會(huì)被層析液溶解，而不能在濾紙上擴(kuò)散。

為減少吸入層析液中有毒性的揮發(fā)性物質(zhì),分離色素這一步應(yīng)在通風(fēng)好的條件下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)束應(yīng)盡快用肥皂將手洗干凈。塞住/蓋?。悍乐箤游鲆簱]發(fā)探究一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)Ⅰ.捕獲光能的色素⑤觀察與記錄橙黃色——胡蘿卜素黃色——葉黃素藍(lán)綠色——葉綠素a黃綠色——葉綠素b1.濾紙條上有幾條色素帶，它們是如何分布的?濾紙條上有4條不同顏色的色素帶。從上到下依次為：胡蘿卜素(橙黃色)、葉黃素(黃色)、葉綠素a(藍(lán)綠色)和葉綠素b(黃綠色)。2.濾紙條上色素帶的分布情況說明了什么?濾紙條上的色素帶說明了綠葉中的色素有4種，它們?cè)趯游鲆褐械娜芙舛炔煌?，隨層析液在濾紙上擴(kuò)散的快慢也不同；同時(shí)由于4種色素的顏色不同，也說明不同色素吸收了不同波長(zhǎng)的光。學(xué)生利用新鮮菠菜葉進(jìn)行綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于各組操作不同，出現(xiàn)了下列四種不同的層析結(jié)果。下列分析不合理的是(

)A．甲可能誤用蒸餾水做提取液和層析液B．乙可能是因?yàn)檠心r(shí)未加入SiO2C．丙是正確操作得到的理想結(jié)果D．丁可能是因?yàn)檠心r(shí)未加入CaCO3探究一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)Ⅱ.色素對(duì)光的吸收欲探究色素到底吸收了哪一些光，該如何操作？陽光是由不同波長(zhǎng)的光組合成的復(fù)合光，在穿過三棱鏡時(shí)，不同波長(zhǎng)的光會(huì)分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。在色素溶液與陽光之間，放置一塊三棱鏡，分別讓不同顏色的光照射色素溶液，就可以得到色素溶液的吸收光譜。發(fā)現(xiàn)紅光與藍(lán)紫色光明顯減弱，這說明什么？說明色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：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。這4種色素吸收的光波長(zhǎng)有差別，但是都可以用于光合作用。探究一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)Ⅱ.色素對(duì)光的吸收光是一種電磁波?？梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)是400~760nm。不同波長(zhǎng)的光,顏色不同。波長(zhǎng)小于400nm的光是紫外光,波長(zhǎng)大于760nm的光是紅外光。一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光。O400450700500550600650100吸收光能的百分比/%波長(zhǎng)/nm葉綠素a葉綠素b類胡蘿卜素探究一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)Ⅱ.色素對(duì)光的吸收(1)葉綠體中的色素只吸收可見光，不吸收不可見光。(2)葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，也吸收少量其他顏色的光。(3)葉綠體中的色素很少吸收綠光，絕大多數(shù)綠光被反射，所以大多數(shù)葉片看起來呈綠色。光合色素功能：①吸收傳遞光能;②把光能轉(zhuǎn)換成電能(少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a)葉綠素aβ-胡蘿卜素葉綠素b葉黃素探究一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)Ⅲ.色素的位置外膜內(nèi)膜基粒類囊體蛋白質(zhì)基質(zhì)葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用在光學(xué)顯微鏡下可以看到葉綠體一般呈扁平的橢球形或球形。更精細(xì)的結(jié)構(gòu)，必須用電子顯微鏡觀察才能看清楚，可以看到：葉綠體由雙層膜包被，內(nèi)部有許多基粒。每個(gè)基粒都由一個(gè)個(gè)圓餅狀的囊狀結(jié)構(gòu)堆疊而成，這些囊狀結(jié)構(gòu)稱為類囊體。吸收光能的4種色素就分布在類囊體的薄膜上?；Ｅc基粒之間充滿了基質(zhì)。葉綠體內(nèi)有如此眾多的基粒和類囊體，極大地?cái)U(kuò)展了受光面積。探究一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)Ⅳ.葉綠體的功能恩格爾曼做了這樣的實(shí)驗(yàn)：把載有水綿(葉綠體呈螺旋帶狀分布)和需氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在沒有空氣的小室內(nèi)，在黑暗中用極細(xì)的光束照射水綿，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中；如果把裝置放在光下，細(xì)菌則分布在葉綠體所有受光的部位。他又做了另一個(gè)實(shí)驗(yàn)：用透過三棱鏡的光照射水綿臨時(shí)裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域。1.恩格爾曼第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么?2.恩格爾曼在選材、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上有什么巧妙之處?3.在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域，為什么?4.綜合上述資料，你認(rèn)為葉綠體具有什么功能?恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)直接證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。結(jié)合其他的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，科學(xué)家們得出葉綠體是光合作用的場(chǎng)所這一結(jié)論。在葉綠體內(nèi)部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的色素分子，在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。這是葉綠體捕獲光能、進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。1.恩格爾曼第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么?恩格爾曼第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是：氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。2.恩格爾曼在選材、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上有什么巧妙之處?提示：實(shí)驗(yàn)材料選擇水綿和好氧細(xì)菌，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察，用好氧細(xì)菌可確定釋放氧氣多的部位；沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾；用極細(xì)的光束照射，葉綠體上有光照多和光照少的部位，相當(dāng)于一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)；臨時(shí)裝片暴露在光下的實(shí)驗(yàn)再一次驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，等等。3.在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域，為什么?這是因?yàn)樗d葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，在此波長(zhǎng)光的照射下，葉綠體會(huì)釋放氧氣，適于好氧細(xì)菌在此區(qū)域分布。4.綜合上述資料，你認(rèn)為葉綠體具有什么功能?葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，并且能夠吸收特定波長(zhǎng)的光。探究一：捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)Ⅳ.葉綠體的功能1．海洋中的藻類，習(xí)慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅菜，它們?cè)诤Ｋ械拇怪狈植即笾乱?/p>