人教版（2019）必修1第五章

細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第四節(jié)

光合作用與能量轉(zhuǎn)化

一

捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)

學(xué)習(xí)目標(biāo)0201

通過(guò)葉綠體結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。（生命觀念）通過(guò)探究光合作用的歷程，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的科學(xué)探究能力。（科學(xué)探究）目錄捕獲光能的色素01葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用02

新課導(dǎo)入問(wèn)題探討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，其中最常見(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？用人工光源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)。生命活動(dòng)的最終能量來(lái)源為光能，光合作用是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑——地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)。植物捕獲光能要依靠特定的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)。捕獲光能的色素呈現(xiàn)綠色的原因：含有色素白化苗/黃化苗：不含有色素待儲(chǔ)存的養(yǎng)分耗盡就死去說(shuō)明葉片中的色素可能與光能的捕獲有關(guān)實(shí)驗(yàn)原理捕獲光能的色素探究·實(shí)踐

綠葉中色素的提取和分離用

提取色素（色素能溶解在有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇中）。提取原理無(wú)水乙醇可以用體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇加入適量無(wú)水碳酸鈉來(lái)替代。分離原理用

分離色素。層析液綠葉中的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(kuò)散得快；反之則慢。這樣，綠葉中色素就會(huì)隨著層析液在濾紙上的擴(kuò)散而分開(kāi)。

紙層析法分離的方法由20份在60~90℃下分餾出來(lái)的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成。實(shí)驗(yàn)步驟捕獲光能的色素探究·實(shí)踐

綠葉中色素的提取和分離提取綠葉中的色素稱(chēng)取5g菠菜葉，剪碎，放入研缽中；加少許二氧化硅和碳酸鈣，再加入10mL無(wú)水乙醇，進(jìn)行迅速、充分的研磨。防止色素破壞研磨得更充分實(shí)驗(yàn)步驟捕獲光能的色素探究·實(shí)踐

綠葉中色素的提取和分離提取綠葉中的色素將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中（單層尼龍布）進(jìn)行過(guò)濾。用棉塞塞嚴(yán)防止乙醇揮發(fā)和色素氧化不用濾紙，會(huì)吸附色素實(shí)驗(yàn)步驟捕獲光能的色素探究·實(shí)踐

綠葉中色素的提取和分離制備濾紙條

干燥濾紙剪兩角鉛筆線(xiàn)1cm細(xì)、直、齊；待濾液干后，重復(fù)1—2次減少邊緣效應(yīng)，使層析液在濾紙條上擴(kuò)散均勻。畫(huà)濾液細(xì)線(xiàn)使分離出的色素帶平整不重疊增加色素的濃度，使分離出的色素帶清晰明顯分離綠葉中的色素層析液培養(yǎng)皿濾液線(xiàn)不能讓濾液細(xì)線(xiàn)觸及層析液，否則濾液細(xì)線(xiàn)中的色素會(huì)被層析液溶解，而不能在濾紙上擴(kuò)散。分離綠葉中的色素——紙層析法捕獲光能的色素探究·實(shí)踐

綠葉中色素的提取和分離1cm層析液原理：溶解度高的色素隨層析液在濾紙上__________；反之，則慢。擴(kuò)散得快將濾紙條有濾液細(xì)線(xiàn)的一端插入_________。層析液實(shí)驗(yàn)結(jié)果捕獲光能的色素探究·實(shí)踐

綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果捕獲光能的色素探究·實(shí)踐

綠葉中色素的提取和分離類(lèi)胡蘿卜素（含量約1/4）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）葉綠素（含量約3/4）葉綠素a（藍(lán)綠色）葉綠素b（黃綠色）胡黃ab向前走色素含量（色素帶寬度）：葉綠素a＞葉綠素b＞葉黃素＞胡蘿卜素溶解度（擴(kuò)散速度）：胡蘿卜素＞葉黃素＞葉綠素a＞葉綠素b距離最遠(yuǎn)：距離最近：胡蘿卜素葉綠素b實(shí)驗(yàn)結(jié)果捕獲光能的色素探究·實(shí)踐

綠葉中色素的提取和分離色素種類(lèi)色素含量色素帶寬度

溶解度擴(kuò)散速度胡蘿卜素

葉黃素

葉綠素ａ

葉綠素ｂ

最窄最少最高最快較窄較少較高較快最寬最多較低較慢較寬較多最低最慢胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b色素的功能：吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能異?，F(xiàn)象出現(xiàn)原因捕獲光能的色素收集到的濾液顏色較淺①研磨不充分(或未加入SiO2)，色素未充分提取出來(lái)。②一次加入大量的無(wú)水乙醇，導(dǎo)致提取液濃度過(guò)低。④未加CaCO3或加入過(guò)少，色素分子部分被破壞。⑤在強(qiáng)光下進(jìn)行，葉綠素見(jiàn)光分解。③所取的綠葉不新鮮，葉綠素已降解。①濾液細(xì)線(xiàn)畫(huà)得過(guò)粗或不整齊②濾紙條一端兩角剪得不對(duì)稱(chēng)濾紙條上的色帶重疊①色素提取不充分或部分被破壞、濾液中色素含量少。②畫(huà)濾液細(xì)線(xiàn)次數(shù)太少濾紙條色素帶較淺濾紙條上未得到色帶①濾液細(xì)線(xiàn)接觸到層析液，色素溶解到層析液中②用清水代替乙醇進(jìn)行提?、弁洰?huà)濾液細(xì)線(xiàn)探究·實(shí)踐

綠葉中色素的提取和分離拓展：色素分離的改進(jìn)——燈芯法捕獲光能的色素探究·實(shí)踐

綠葉中色素的提取和分離圓形濾紙打孔色素提取液筆帽濾液細(xì)線(xiàn)棉線(xiàn)（燈芯）蘸取蓋穿過(guò)中間孔蓋層析液結(jié)果橙黃色黃色藍(lán)綠色黃綠色避免了濾液細(xì)線(xiàn)觸及層析液123465層析捕獲光能的色素綠葉中的色素提取液圖1：自然光通過(guò)三棱鏡圖2：自然光經(jīng)過(guò)色素提取液后通過(guò)三棱鏡現(xiàn)象：光屏出現(xiàn)明顯的色光帶現(xiàn)象：色光帶變暗，且藍(lán)紫光和紅光有兩個(gè)明顯的吸收帶（黑帶）綠葉中的色素能吸收光能，且主要吸收藍(lán)紫光和紅光。捕獲光能的色素三棱鏡紅橙黃綠青藍(lán)紫葉綠素溶液葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光三棱鏡紅橙黃綠青藍(lán)紫類(lèi)胡蘿卜素溶液類(lèi)胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光色素吸收光譜正常光譜問(wèn)題：綠葉中的色素對(duì)光的吸收有什么差別呢？三棱鏡為什么植物春夏葉子翠綠?而深秋則葉片金黃呢？捕獲光能的色素由于葉綠素的含量大大超過(guò)類(lèi)胡蘿卜素，而使類(lèi)胡蘿卜素的顏色被掩蓋，只顯示出葉綠素的綠色。低溫使葉綠素大量破壞，而使類(lèi)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。葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用電子顯微鏡下，葉綠體由

包被，內(nèi)含許多

（由

堆疊而成），基粒和基粒之間充滿(mǎn)

；吸收光能的色素分布在

上。葉綠體內(nèi)由眾多的基粒和類(lèi)囊體，極大地?cái)U(kuò)展了受光面積；雙層膜類(lèi)囊體薄膜類(lèi)囊體基質(zhì)基粒綠葉葉綠體類(lèi)囊體外膜內(nèi)膜基質(zhì)基粒葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用類(lèi)囊體薄膜上分布著色素類(lèi)囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)中分布光合作用所需要的酶葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用葉綠體除了吸收光能以外，還有什么功能嗎？水綿黑藻葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用德國(guó)科學(xué)家恩格爾曼的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)水綿好氧細(xì)菌極細(xì)光束照射完全曝光黑暗無(wú)空氣好氧細(xì)菌集中于葉綠體被光束照射的部位好氧細(xì)菌分布于葉綠體所有受光部位

極細(xì)光束

均勻光照結(jié)論：葉綠體光合作用釋放氧氣，葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。分析：葉綠體所有受光的部位釋放出氧氣。分析：被極細(xì)光照射的葉綠體釋放出氧氣。葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用德國(guó)科學(xué)家恩格爾曼的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)恩吉爾曼在選材、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上有什么巧妙之處？①實(shí)驗(yàn)材料選擇

和

。②沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境排除了

和

干擾。③用極細(xì)的光束照射，葉綠體上可分為

和

的部位，相當(dāng)于一組

實(shí)驗(yàn)。水綿的優(yōu)點(diǎn)是

；需氧細(xì)菌的優(yōu)點(diǎn)是

。④臨時(shí)裝片暴露在光下的實(shí)驗(yàn)再一次

。水綿需氧細(xì)菌葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察可確定釋放氧氣多的部位氧氣光有光照無(wú)光照對(duì)照驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用德國(guó)科學(xué)家恩格爾曼的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)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。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)：用透過(guò)三棱鏡的光照射水綿臨時(shí)裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧型細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域。綜上所述：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。注意：藍(lán)細(xì)菌、光合細(xì)菌等沒(méi)有葉綠體也能進(jìn)行光合作用。葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用1.恩格爾曼第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么？2.思格爾曼在選材、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？恩格爾曼第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是：氧氣是葉綠體釋放出來(lái)的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。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(méi)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。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)捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)原理類(lèi)胡蘿卜素色素種類(lèi)葉綠素捕獲光能、光合作用葉綠體胡蘿卜素葉黃素試劑作用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論葉綠素a葉綠素b結(jié)構(gòu)基質(zhì)、內(nèi)膜、外膜、基粒、類(lèi)囊體功能1.關(guān)于葉綠體中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)的操作，正確的是（

）A.將干燥處理過(guò)的定性濾紙用于研磨液過(guò)濾和層析B.在畫(huà)出一條濾液細(xì)線(xiàn)后緊接著重復(fù)畫(huà)線(xiàn)1～2次C.層析分離時(shí)，用棉塞塞緊試管口D.研磨葉片時(shí)，用體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇溶解色素√課堂訓(xùn)練解析：干燥處理過(guò)的定性濾紙可用于層析，不能用于研磨液過(guò)濾，過(guò)濾用單層尼龍布，A錯(cuò)誤；在畫(huà)出一條濾液細(xì)線(xiàn)后，待濾液干后再重復(fù)畫(huà)線(xiàn)1～2次，B錯(cuò)誤；研磨葉片時(shí)，用無(wú)水乙醇溶解色素，D錯(cuò)誤。2.韭菜完全在黑暗中生長(zhǎng)會(huì)變成黃色，稱(chēng)之為“韭黃”。提取并分離韭黃葉片色素，與正常韭菜葉相比，層析帶只有上端兩條色素帶。下列實(shí)驗(yàn)操作和結(jié)果分析的相關(guān)敘述，錯(cuò)誤的是（

）A.研磨時(shí)應(yīng)加入一定量的二氧化硅B.分離色素時(shí)濾液細(xì)線(xiàn)不能觸及層析液C.層析帶上的色素主要吸收紅光D.實(shí)驗(yàn)可說(shuō)明葉綠素的合成需要光照√課堂訓(xùn)練解析：二氧化硅有助于研磨得充分，A正確。分離色素時(shí)，不能讓濾液細(xì)線(xiàn)觸及層析液，否則濾液細(xì)線(xiàn)中的色素會(huì)被層析液溶解，而不能在濾紙上擴(kuò)散，B正確。提取并分離韭黃葉片色素，結(jié)果層析帶只有上端葉黃素和胡蘿卜素兩條色素帶，不含葉綠素，原因可能是在避光條件下，葉綠素不能合成，說(shuō)明葉綠素的合成需要光照；胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光，C錯(cuò)誤，D正確。3.關(guān)于高等植物葉綠體中色素的敘述，錯(cuò)誤的是（

）A.被葉綠體中色素吸收的光能都可用于光合作用B.綠葉中葉綠素含量約為