第4節(jié)

光合作用與能量轉(zhuǎn)化

（第1課時）捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)

1.理解“綠葉中色素的提取和分離”實驗的原理，學(xué)會探究實驗的設(shè)計思路。2.采用對比分析的方法，分析不同色素吸收光譜的差別。3.認(rèn)同葉綠體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與其作為光合作用的場所相適應(yīng)。學(xué)習(xí)目標(biāo)情境導(dǎo)入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。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)度低而造成的減產(chǎn)。同時人工光源的強(qiáng)度和不同色光可以調(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。

白化苗由于不能形成葉綠素，無法進(jìn)行光合作用，待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會死亡。可見，葉片中的色素與光能的捕獲有關(guān)。綠葉中有哪些色素呢？玉米（白化苗）玉米（正常苗）一、實驗：綠葉中色素的提取和分離①提取原理無水乙醇用

分離色素。層析液（體積分?jǐn)?shù)95%乙醇+無水碳酸鈉或丙酮）②分離原理紙層析法分離的方法:20份石油醚2份丙酮和1份苯用

提取色素（色素能溶解在有機(jī)溶劑中）。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，綠葉中色素就會隨著層析液在濾紙上的擴(kuò)散而分開。

1.實驗原理（2個）（1）綠葉中色素的提取

2.實驗步驟2稱取5g的綠葉，剪碎，放入研缽中。

放入少許二氧化硅和碳酸鈣，再放入10mL無水乙醇，迅速、充分地研磨。SiO2CaCO3無水乙醇迅速充分作用作用作用作用作用防止乙醇揮發(fā)有助于研磨充分防止色素被破壞(主要是葉綠素)溶解、提取色素葉綠體能夠被充分破壞，使得色素能充分被釋放出來①取材②研磨色素提取時，研磨葉片會導(dǎo)致液泡中的有機(jī)酸釋放，破壞葉綠素，碳酸鈣可以中和酸性物質(zhì)，保護(hù)葉綠素。13將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中進(jìn)行過濾。將濾液收集到試管中，及時用棉塞將試管口塞嚴(yán)。

用

過濾，過濾葉脈及二氧化硅等并且不吸附色素。目的是防止乙醇揮發(fā)和色素氧化。③過濾④收集單層尼龍布不能用濾紙?zhí)娲Ｒ驗闉V紙的吸附性強(qiáng)，會導(dǎo)致濾液中色素的濃度過低。42.實驗步驟《綠葉中色素的提取》視頻干燥的定性濾紙防止層析液在邊緣擴(kuò)散過快，使色素在濾紙上擴(kuò)散均勻1cm鉛筆線剪去兩角分離色素——紙層析法①制備濾紙條剪濾紙條鉛筆劃線在距剪去兩角的一端1cm處用鉛筆畫一條細(xì)的橫線（2）綠葉中色素的分離

2.實驗步驟分離色素——紙層析法（2）綠葉中色素的分離

2.實驗步驟用毛細(xì)吸管吸取少量濾液畫線：重復(fù)畫線沿鉛筆線畫出一條細(xì)線

，重復(fù)畫細(xì)線1~2次★注意：細(xì)、直、齊使分離的色素帶平整、不重疊目的：積累更多的色素，使分離出的色素帶清晰②畫濾液細(xì)線待濾液干后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濾紙條上的色素帶有四條，如右圖所示為何要蓋上培養(yǎng)皿？防止層析液中的成分揮發(fā)(丙酮、苯等有毒)不能讓濾液細(xì)線觸及層析液：防止色素溶解在層析液中，導(dǎo)致實驗失敗觀察不到色素帶。③分離綠葉中的色素④觀察結(jié)果（2）綠葉中色素的分離

2.實驗步驟插濾紙條層析液培養(yǎng)皿《綠葉中色素的分離》視頻3.實驗結(jié)果色素種類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

最窄較窄最寬較寬最少較少最多較多最高較高較低最低最快較快較慢最慢色素的功能：吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能0.5秒延遲符，無意義，可刪除.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）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胡黃ab向前走3.實驗結(jié)果正常條帶異常條帶3.實驗結(jié)果如果在圓形濾紙的中央點(diǎn)開始，對葉綠體的色素進(jìn)行層析，會看到什么現(xiàn)象？綠葉中色素提取和分離實驗異?，F(xiàn)象分析

（1）收集到的濾液綠色過淺的原因分析a.未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。b.使用放置數(shù)天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)太少。c.一次加入大量的無水乙醇提取濃度太低(正確做法：分次加入少量無水乙醇提取色素)。d.未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。沒經(jīng)干燥處理，濾液線不能達(dá)到細(xì)、齊的要求，使色素擴(kuò)散不一致造成的。a.忘記畫濾液細(xì)線。b.濾液細(xì)線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中。忘記加碳酸鈣導(dǎo)致葉綠素被破壞或所用葉片為“黃葉”。（4）濾紙條色素帶重疊（3）濾紙條看不到色素帶（2）濾紙條只呈現(xiàn)胡蘿卜素、葉黃素色素帶忘記加碳酸鈣導(dǎo)致葉綠素被破壞或所用葉片為“黃葉”。思考.影響葉綠素合成的三大因素？①光照②溫度③礦質(zhì)元素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；另外，低溫時葉綠素分子易被破壞，因而秋天葉片變黃。葉綠素中含N、Mg等礦質(zhì)元素，若缺乏將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成，老葉先變黃；Fe是葉綠素合成過程中某些酶的輔助成分，缺Fe也會導(dǎo)致葉綠素合成受阻，幼葉先變黃。光照是影響葉綠素合成的主要因素，植物在黑暗中一般不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃。二、光合色素的吸收光譜光是一種電磁波，分為可見光和不可見光?？梢姽獾牟ㄩL是400-760nm。不同波長的光，顏色不同。陽光是由不同波長的光組合成的復(fù)合光，在穿過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。二、光合色素的吸收光譜色素的吸收光譜實驗結(jié)果①葉綠素主要吸收

和

。②.葉綠素a和葉綠素b的吸收峰值不同③類胡蘿卜素主要吸收

，不吸收紅光紅光藍(lán)紫光藍(lán)紫光注意：葉綠體中的色素只吸收可見光，而對紅外光和紫外光等不吸收。可見光：400~760nm;紫外光：小于400nm;紅外光：大于760nm④綠葉中的色素幾乎不吸收綠光（但不是不吸收）結(jié)合色素的吸收光譜分析實際問題1.冬季時，為了增加蔬菜的產(chǎn)量，應(yīng)該選紅色、藍(lán)色還是無色的大棚塑料薄膜？為什么？應(yīng)選無色的大棚塑料薄膜。因為太陽光由七色光組成，所以用無色的大棚塑料薄膜，植物可以獲得更多的光能。2.陰天時，為了增加蔬菜的產(chǎn)量，在功率相同的情況下，應(yīng)選擇什么顏色(“藍(lán)紫光和紅光”或“白光”)的照明燈為蔬菜補(bǔ)充光源？為什么？應(yīng)選擇藍(lán)紫光和紅光。因為在照明燈功率相同的情況下，選用藍(lán)紫光和紅光的照明燈補(bǔ)充光源，植物利用光能的效率更高。三、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用類囊體外膜內(nèi)膜基質(zhì)(含有與光合作用有關(guān)的酶)(類囊體薄膜上有色素和與光合作用有關(guān)的酶)基?；顒?：閱讀教材P100中間三段內(nèi)容,完成以下問題：1.葉綠體是如何增大生物膜面積的，優(yōu)點(diǎn)?

葉綠體含有眾多的基粒和類囊體,極大地擴(kuò)展了生物膜面積。2.聯(lián)想：線粒體？體現(xiàn)了什么樣的生物學(xué)觀點(diǎn)？

結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)3.進(jìn)行光合作用所必需的酶分布在葉綠體的哪些結(jié)構(gòu)中?進(jìn)行光合作用所必需的酶分布在葉綠體的基粒的類囊體薄膜上或者葉綠體基質(zhì)中。1.葉綠體結(jié)構(gòu)2.葉綠體功能

葉綠體功能的實驗驗證

水綿好氧細(xì)菌極細(xì)光束照射完全曝光黑暗無空氣好氧細(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恩格爾曼的實驗一：1881年德國科學(xué)家恩格爾曼的實驗

極細(xì)光束

均勻光照恩格爾曼在選材、實驗設(shè)計上有什么巧妙之處？結(jié)論：氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。1.實驗選擇水綿和需氧細(xì)菌作為實驗材料的優(yōu)點(diǎn)：水綿的葉綠體呈___________分布，便于觀察；用需氧細(xì)菌可確定

的部位。2.為何要除去小室中原有的空氣？螺旋帶狀釋放氧氣多選用沒有空氣的環(huán)境，可排除空氣中氧氣的干擾。3.在黑暗中用極細(xì)的光束照射水綿有何巧妙之處？用極細(xì)的光束照射，使葉綠體形成有光和無光部位，相當(dāng)于一組對比實驗。4.為何把載有水綿的臨時裝片又暴露于光下？和黑暗條件下用極細(xì)的光束照射進(jìn)行對照，進(jìn)一步明確實驗結(jié)果完全是由光照射到葉綠體引起的。恩格爾曼實驗二三棱鏡結(jié)論：葉綠體主要吸收紅光和藍(lán)紫光綜合上述兩個實驗可以得出：照射水綿好氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光的區(qū)域葉綠體主要吸收紅光與藍(lán)紫光用于光合作用放出O2。葉綠體的結(jié)構(gòu)原理過程易溶于有機(jī)溶劑取材→研磨→過濾→收集在層析液中的溶解度不同，溶解度高的擴(kuò)散速度快制備濾紙條→畫濾液細(xì)線→分離色素葉綠素類胡蘿卜素葉綠素b葉黃素胡蘿卜素光合作用的場所提取分離葉綠體的功能決定基粒內(nèi)膜外膜基質(zhì)平滑吸收光能功能色素結(jié)果葉綠素a種類3/41/41.基于對葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能的理解，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，是因為葉片中的葉綠體吸收了綠光。（）習(xí)題檢測???2.下列關(guān)于高等植物細(xì)胞內(nèi)色素的敘述錯誤的是（）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