5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用01捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)02光合作用的原理和應(yīng)用1捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)問(wèn)題探討補(bǔ)充光源：常見(jiàn)的是紅色、藍(lán)色和白色植物工廠

你參觀或聽(tīng)說(shuō)過(guò)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(jiàn)的是紅色、藍(lán)色和白色的光源。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(yíng)養(yǎng)液成分和溫度等條件？植物工廠

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。

影響光合作用的因素很多，既有植物自身?xiàng)l件，也有外界環(huán)境條件。二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)液和溫度是影響植物生長(zhǎng)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(zhǎng)狀態(tài)。

光合作用是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑。正常苗白化苗不能進(jìn)行光合作用，無(wú)法制造有機(jī)養(yǎng)料。白化苗白化苗由于不能進(jìn)行光合作用，待種子中的營(yíng)養(yǎng)成分消耗完后就會(huì)死亡，這說(shuō)明光合作用離不開(kāi)色素的作用。無(wú)綠色色素的白化苗正常幼苗能進(jìn)行光合作用制造有機(jī)養(yǎng)料。有綠色色素的正常苗思考：細(xì)胞哪些結(jié)構(gòu)含有色素？液泡：花青素（跟顏色有關(guān)）葉綠體：多種光合色素（跟光合作用有關(guān)）只有葉綠體中的色素可以捕獲光能液泡中的色素：不能進(jìn)行光合作用思維拓展

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。

綠葉中究竟有哪些種類的色素呢？1.色素提取和分離的原理分別是什么？2.研磨過(guò)程中加入無(wú)水乙醇、SiO2、CaCO3的作用是什么？3.將濾液收集到試管中后，為什么要用棉塞將試管口塞嚴(yán)？4.濾紙條一端為什么要剪去兩角？5.畫(huà)濾液細(xì)線時(shí)應(yīng)注意什么？6.為什么不能讓濾液細(xì)線觸及層析液？自主學(xué)習(xí)：閱讀課本P97-98，并思考以下幾個(gè)問(wèn)題一、捕獲光能的色素提取:分離:提取和分離綠葉中的色素，探究綠葉中色素的種類用層析液分離色素用無(wú)水乙醇提取色素（色素能溶解在無(wú)水乙醇中）（色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的隨層析液擴(kuò)散得快）探究：綠葉中色素的提取和分離（紙層析法）實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理選新鮮，幼嫩綠葉：葉綠素含量高無(wú)水乙醇（可用體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇，加入適量無(wú)水碳酸鈉，除去乙醇中水分）層析液（20份石油醚、2份丙酮、1份苯混合而成）二氧化硅和碳酸鈣實(shí)驗(yàn)材料用具探究：綠葉中色素的提取和分離新鮮的綠葉（深綠色）（如菠菜的綠葉）無(wú)水乙醇的作用：溶解色素，提取色素層析液的作用：分離色素二氧化硅的作用：使研磨充分碳酸鈣的作用：防止色素被破壞1.提取綠葉中的色素a.研磨:材料:5g新鮮綠葉藥品SiO2CaCO3無(wú)水乙醇使研磨充分防止色素（葉綠素）破壞溶解色素★要求：要迅速、充分實(shí)驗(yàn)步驟b.過(guò)濾：獲取綠色濾液?jiǎn)螌幽猃埐迹簽V紙、紗布會(huì)吸收色素★注意用棉塞將試管口塞嚴(yán)：防止溶劑揮發(fā)和色素被氧化迅速：防止無(wú)水乙醇揮發(fā)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？有利于得到整齊的色素帶。實(shí)驗(yàn)步驟b、畫(huà)濾液細(xì)線★要求：細(xì)、直、齊注意：待濾液干后，再畫(huà)一兩次。實(shí)驗(yàn)步驟有利于得到整齊的色素帶。C、分離色素：插濾紙條層析液培養(yǎng)皿實(shí)驗(yàn)步驟注意:濾液細(xì)線不能觸到層析液燒杯要蓋上培養(yǎng)皿、試管要塞上棉塞（防止色素溶解在層析液中）（防止層析液揮發(fā)，因其易揮發(fā)且有毒）觀察與記錄：濾紙上色帶的排列順序如何？寬窄如何？說(shuō)明什么？插濾紙條層析液培養(yǎng)皿胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b分離色素：紙層析法溶解度大，擴(kuò)散速度快溶解度小，擴(kuò)散速度慢★擴(kuò)散速度與色素在層析中的溶解度的關(guān)系：實(shí)驗(yàn)結(jié)果【拓展實(shí)驗(yàn)】如果在圓形濾紙的中央點(diǎn)開(kāi)始，對(duì)葉綠體的色素進(jìn)行層析，會(huì)看到什么現(xiàn)象？會(huì)出現(xiàn)四個(gè)同心圓的色素帶，從外往里依次為_(kāi)__________________________________________________________________；胡蘿卜素；葉黃素；葉綠素；葉綠素b思維拓展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(kuò)散，會(huì)得到近似同心環(huán)的4個(gè)色素圈，由外向內(nèi)依次是什么色素？分別是什么顏色？（橙黃色）（黃色）（藍(lán)綠色）（黃綠色)葉黃素葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素提取液色素帶葉綠素類胡蘿卜素（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）綠葉中的色素影響葉綠素的因素：光照是影響葉綠素合成的主要因素,一般植物在黑暗環(huán)境中不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃。(1)光照(2)溫度溫度可影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，進(jìn)而影響葉綠素的合成。低溫時(shí)，葉綠素分子易被破壞，因而葉片變黃。(3)必需元素葉綠素中含有N、Mg等礦質(zhì)元素缺乏這些元素將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成，老葉先變黃;Fe是葉綠素合成過(guò)程中某些酶的輔助成分，缺Fe也會(huì)導(dǎo)致葉綠素合成受阻，幼葉先變黃。（1）光照

（2）溫度

（3）必需元素光照光是葉綠體發(fā)育和葉綠素合成必不可少的條件。植物在缺光條件下影響葉綠素形成而使葉子發(fā)黃的現(xiàn)象，稱為黃化現(xiàn)象正常韭菜韭黃

你知道韭菜與韭黃的區(qū)別嗎？【聯(lián)系生活】韭菜是直接暴露在陽(yáng)光下生長(zhǎng)，充分的吸收了陽(yáng)光和雨露，因此，韭菜的綠色素較多，葉子也更綠。韭黃是在沒(méi)有陽(yáng)光的黑暗的環(huán)境下生長(zhǎng)的，幾乎沒(méi)有葉綠素產(chǎn)生，因此，呈現(xiàn)黃白顏色。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）綠葉中的色素葉綠素：低溫下易分解。類胡蘿卜素：較穩(wěn)定。分析：為什么植物春夏葉子翠綠?而深秋則葉片金黃呢？由于葉綠素的含量大大超過(guò)類胡蘿卜素，而使類胡羅卜素的顏色被掩蓋，只顯示出葉綠素的綠色。低溫使葉綠素大量破壞，而使類胡蘿卜素的顏色顯示出來(lái)。當(dāng)溫度低于7℃時(shí)，樹(shù)葉中會(huì)生成花青素。色素的作用:葉綠體色素具有吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能的作用

陽(yáng)光是由不同波長(zhǎng)的光組成組合成的復(fù)合光，在穿過(guò)三棱鏡時(shí)，不同波長(zhǎng)的光會(huì)分散開(kāi)，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。光譜三棱鏡葉綠素溶液色素溶液色素的吸收光譜葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜葉綠素a和葉綠素b主要吸收

；胡蘿卜素和葉黃素主要吸收

。藍(lán)紫光和紅光藍(lán)紫光因?yàn)閷?duì)綠光吸收最少，綠光被反射回來(lái)，所以葉片才呈現(xiàn)綠色。葉片才呈現(xiàn)綠色的原因？注：葉綠素和類胡蘿卜素對(duì)綠光不是不吸收，只是吸收量較少；但是類胡蘿卜素對(duì)紅光是不吸收的。注：光合作用所利用的光都是可見(jiàn)光。不能利用紅外光，紫外光。葉綠體色素具有吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能的作用1.根據(jù)色素對(duì)不同波長(zhǎng)光吸收的特點(diǎn)，想一想溫室或大棚種植蔬菜時(shí)，應(yīng)選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜或補(bǔ)充光源？選無(wú)色透明的塑料薄膜，為了讓各種波長(zhǎng)的太陽(yáng)光都穿過(guò)塑料薄膜，即讓植物吸收更多的光能；大棚內(nèi)照明燈在功率相同的情況下，最好選藍(lán)紫光和紅光。與生活的聯(lián)系：葉綠素類胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素藍(lán)綠色黃綠色橙黃色黃色占3/4主要吸收藍(lán)紫光和紅光主要吸收藍(lán)紫光占1/4捕獲光能的色素小結(jié)：捕獲光能的色素這些色素存在于細(xì)胞中的什么部位呢？02葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用

色素存在的位置——葉綠體1817年，兩位法國(guó)科學(xué)家首次從植物中分離出葉綠素。1865年，德國(guó)植物學(xué)家薩克斯研究葉綠素在光合作用中的功能，發(fā)現(xiàn)葉綠素并非普遍分布在植物的整個(gè)細(xì)胞中，而是集中在一個(gè)個(gè)更小的結(jié)構(gòu)里，即葉綠體。（1）葉綠體的形態(tài)(光鏡下)一般呈扁平的橢球形或球形。（2）葉綠體的結(jié)構(gòu)(電鏡下)葉綠體—雙層膜（外膜、內(nèi)膜）、基粒（類囊體膜上有光合色素）、葉綠體基質(zhì)光合作用的場(chǎng)所。植物細(xì)胞一、細(xì)胞器之間的分工扁平的橢球形或球形。5.分布：2.結(jié)構(gòu)：4.功能：1.形狀：“養(yǎng)料制作車間”和“能量轉(zhuǎn)換站”類囊體堆疊形成基粒，增大了膜面積3.成分：與光合作用有關(guān)的酶，少量DNA、RNA等。1.并不是所有植物細(xì)胞都有葉綠體，例如植物根尖細(xì)胞無(wú)葉綠體。2.沒(méi)有葉綠體也可以進(jìn)行光合作用，例如藍(lán)細(xì)菌。結(jié)構(gòu)：外膜內(nèi)膜基粒類囊體基質(zhì)（吸收光能的4種色素分布在類囊體薄膜上）（由類囊體堆疊形成，增大膜面積）光合作用有關(guān)酶分布在

。類囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)

透明，有利于光的透過(guò)，具有選擇性。線粒體與葉綠體有哪些不同點(diǎn)和相同點(diǎn)？恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)1水綿+需氧細(xì)菌黑暗中極細(xì)的光束放在光下無(wú)空氣需氧細(xì)菌只集中分布在葉綠體被光束照射到的部位需氧細(xì)菌分布在葉綠體所有受光部位黑暗結(jié)論1：葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所結(jié)論2：光合作用產(chǎn)生氧氣

葉綠體吸收光能用于光合作用放氧。1.通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，你能得出什么結(jié)論？2.恩格爾曼在選材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上有什么巧妙之處？1.材料：2.條件：3.操作：水綿：螺旋帶狀葉綠體，便于觀察。好氧細(xì)菌：可以確定氧氣釋放的部位。沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境排出了環(huán)境中氧氣和光的干擾用極細(xì)的光束點(diǎn)投射，葉綠體上分為獲得光照部位和無(wú)光照部位，相當(dāng)于一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)。完全暴露在光下的實(shí)驗(yàn)，明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由光照引起的。大量好氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域，說(shuō)明什么？說(shuō)明光合作用主要吸收的是紅光和藍(lán)紫光用于光合作用，釋放氧氣。恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)2葉綠體是光合作用的場(chǎng)所葉綠體內(nèi)部巨大的膜表面（類囊體薄膜）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，還有很多進(jìn)行光合作用所必需的酶?？茖W(xué)家們證明：在葉綠體基質(zhì)中，含有多種進(jìn)行光合作用所必需的酶恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)證明：葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧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?

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。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。課堂小結(jié)練習(xí)與應(yīng)用.

1.水和無(wú)機(jī)鹽是細(xì)胞的重要組成成分。判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）葉綠體中只有葉綠素吸收的光能才能用于光合作用。（

）（2）葉綠體的類囊體上有巨大的膜面積，有利于充分吸收光能。（

）（3）植物葉片之所以呈現(xiàn)綠色，是因?yàn)槿~片中的葉綠體吸收了綠光。

（

）1.1概念檢測(cè)×√×.

2.下列關(guān)于高等植物細(xì)胞內(nèi)色素的敘述，錯(cuò)誤的是

（

）A.所有植物細(xì)胞中都含有4種色素B.有些植物細(xì)胞的液泡中也含有色素C.葉綠素和類胡蘿卜素都可以吸收光能D.植物細(xì)胞內(nèi)的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類A1.1概念檢測(cè).

1.2拓展應(yīng)用1.海洋中的藻類，習(xí)慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們?cè)诤Ｋ械拇怪狈植即笾乱来问菧\、中、深。這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關(guān)嗎？有關(guān)，不同顏色的藻類吸收不同波長(zhǎng)的光。藻類本身的顏色是反射出來(lái)的光，即紅藻反射出了紅光，綠藻反射出綠光，褐藻反射出黃色的光。水對(duì)紅