第4節(jié)光合作用和能量轉(zhuǎn)化捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)第5章細(xì)胞的能量的供應(yīng)和利用

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3捕獲光能的色素葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用課堂小結(jié)課標(biāo)定位1.捕獲光能的色素通過綠葉中色素的提取和分離實驗,明確綠葉中色素的種類及其含量。2.葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用認(rèn)識葉綠體的結(jié)構(gòu),理解結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。素養(yǎng)闡釋1.進(jìn)行綠葉中色素的提取和分離實驗,掌握科學(xué)探究的基本過程和基本操作技能。2.運用結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念分析葉綠體適于進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)特點。

1捕獲光能的色素植物工廠

光合作用是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑。可見：植物正常生長需要光能,而葉片中的色素可能與光能的捕獲有關(guān)。玉米白化苗的葉片不含綠色色素不能進(jìn)行光合作用，待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會死去。白化玉米植株（白色）綠葉中有哪些色素呢？正常玉米植株（綠色）情境一分析提取和分離綠葉中色素的實驗【任務(wù)1】探究?實踐綠葉中色素的提取和分離（一）提取綠葉中的色素1.提取色素的原理綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑_________中。無水乙醇

閱讀教材P98“探究·實踐”，結(jié)合以下問題梳理實驗步驟：（1）提取葉綠素時應(yīng)選用什么樣的材料？（2）色素提取時所用試劑及作用？（3）研磨時應(yīng)注意什么？原因是什么？分析提取和分離綠葉中色素的實驗【任務(wù)1】探究?實踐綠葉中色素的提取和分離取材研磨過濾收集濾液2.實驗步驟漏斗基部放一塊

，將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中進(jìn)行過濾加少許

，再加入5-10mL

，迅速、充分地研磨稱取5g

,剪去主葉脈剪碎,放入研缽中放入研缽中新鮮綠葉二氧化硅和碳酸鈣無水乙醇單層尼龍布試管收集濾液，及時用棉塞將試管口塞嚴(yán)，防止

;乙醇揮發(fā)和色素氧化使濾液中色素含量高分析提取和分離綠葉中色素的實驗【任務(wù)1】探究?實踐綠葉中色素的提取和分離思考1：已知色素存在于葉片的葉綠體中，提取色素時要破碎細(xì)胞及葉綠體，使色素充分釋放。在酸性條件下，葉綠素分子卟啉環(huán)中的鎂離子可以被氫離子取代，導(dǎo)致葉綠素被破壞，試分析色素提取時加入碳酸鈣的作用是什么？

色素提取時，研磨葉片會導(dǎo)致液泡中的有機酸釋放，破壞葉綠素，碳酸鈣可以中和酸性物質(zhì)，保護葉綠素。思考2：研磨時應(yīng)注意什么？原因是什么？研磨時要迅速、充分。這樣可以保證色素釋放得更加充分且揮發(fā)量少。思考3：過濾時漏斗基部的尼龍布能否用濾紙?zhí)娲?？原因是什么？不能用濾紙?zhí)娲?。因為濾紙的吸附性強，會導(dǎo)致濾液中色素的濃度過低。3.分析實驗過程和結(jié)果分析提取和分離綠葉中色素的實驗【任務(wù)1】探究?實踐綠葉中色素的提取和分離思考5：某實驗小組得到的色素提取液顏色過淺，請結(jié)合實驗步驟分析可能的原因有哪些？(1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出來；(2)稱取綠葉過少或加入的無水乙醇過多，色素溶液濃度小；(3)未加入碳酸鈣或加入過少，部分色素分子被破壞；(4)研磨不充分或研磨速度太慢，乙醇揮發(fā)，色素未能充分提取出來思考4：色素提取時所用試劑及作用？二氧化硅——有助于研磨得更充分；碳酸鈣——防止研磨中色素被破壞；無水乙醇——溶解、提取色素。3.分析實驗過程和結(jié)果分析提取和分離綠葉中色素的實驗【任務(wù)1】探究?實踐綠葉中色素的提取和分離（二）分離色素的方法1.分離色素的方法：“紙層析法”2.分離色素的原理：不同色素在層析液中的溶解度不同。溶解度高的色素，在濾紙上隨層析液的擴散速度快；溶解度低的色素，在濾紙上隨層析液的擴散速度慢。利用待分離物質(zhì)中不同組分的某些理化性質(zhì)的差異而建立起來的一種分離技術(shù)。濾液細(xì)線層析液（蓋住，因?qū)游鲆阂讚]發(fā)，有一定毒性）層析液不能浸沒濾液細(xì)線,防止色素溶解在層析液中3.實驗步驟用

的定性濾紙制備濾紙條,剪去

，在距離剪角一端

處用鉛筆畫一條細(xì)的橫線。毛細(xì)吸管吸取少量濾液將適量的

倒入試管中沿鉛筆線畫出一條細(xì)線（直、細(xì)、齊）待濾液干后，再畫一兩次將濾紙條輕輕插入

中用棉塞塞緊試管口兩角1cm分析提取和分離綠葉中色素的實驗【任務(wù)1】探究?實踐綠葉中色素的提取和分離制備濾紙條畫濾液細(xì)線分離色素干燥使層析液在濾紙上快速擴散層析液層析液無水乙醇層析液分析提取和分離綠葉中色素的實驗【任務(wù)1】探究?實踐綠葉中色素的提取和分離3.實驗步驟思考1：制備濾紙條時為什么要減去兩角？思考2：濾液細(xì)線的劃線原則是什么？待濾液干后，再重畫一到兩次的目的是什么？

減少邊緣效應(yīng)，使濾液同時到達(dá)濾液細(xì)線，防止層析液在濾紙條的邊緣處擴散過快，擴散均勻。

畫濾液細(xì)線的原則是細(xì)、直、齊，保證色素均勻分布；待濾液干后，再重畫一到兩次可以增加濾液細(xì)線中色素的含量。思考3：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。分析提取和分離綠葉中色素的實驗【任務(wù)1】探究?實踐綠葉中色素的提取和分離4.觀察與記錄實驗結(jié)果胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b橙黃色黃色藍(lán)綠色黃綠色思考1：濾紙條上色素的分布情況說明了什么？綠葉中的色素有4種，在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴散的快慢也不同。色素的顏色不同，說明不同色素吸收了不同波長的光。分析提取和分離綠葉中色素的實驗【任務(wù)1】探究?實踐綠葉中色素的提取和分離4.觀察與記錄實驗結(jié)果思考2：請分離得到的色素帶異常情況的原因。①濾紙條色素帶重疊：②濾紙條看不見色素帶：濾液細(xì)線畫得過粗。濾液細(xì)線被浸泡在層析液中，色素完全溶解。思考3：用如圖所示的方法分離綠葉中色素請分析實驗結(jié)果。

濾紙片上會出現(xiàn)不同顏色的4個同心圓，從外向內(nèi)依次為胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。綠葉中的色素類胡蘿卜素含量約占1/4胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）葉綠素含量約占3/4葉綠素a（藍(lán)綠色）葉綠素b（黃綠色）①在濾紙條的位置越往上，對應(yīng)的色素在層析液中的溶解度越高；②色素帶的寬窄代表4種色素的含量多少，藍(lán)綠色色帶最寬，說明綠葉中葉綠素a的含量最多。溶解度：胡蘿卜素＞葉黃素＞葉綠素a＞葉綠素b含

量：葉綠素a＞葉綠素b＞葉黃素＞胡蘿卜素綠葉中光合素色的種類及吸收光譜【任務(wù)2】白光可見光760nm400nm光譜紅外光紫外光陽光通過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜紅橙黃綠青藍(lán)紫光是一種電磁波，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。綠葉中光合素色的種類及吸收光譜【任務(wù)2】葉綠素說明葉綠素主要吸收什么光？白光綠葉中光合素色的種類及吸收光譜【任務(wù)2】白光類胡蘿卜素說明類胡蘿卜素主要吸收什么光？綠葉中光合素色的種類及吸收光譜【任務(wù)2】045050055060065070040050100吸收光能的百分比波長/nm類胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b綠葉中色素的吸收光譜綠葉中光合素色的種類及吸收光譜【任務(wù)2】綠葉中光合素色的種類及吸收光譜【任務(wù)2】

實驗結(jié)果表明：①葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍(lán)紫光；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藍(lán)紫光。[學(xué)科交叉]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。綠葉中的色素的功能：吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能。綠葉中光合素色的種類及吸收光譜【任務(wù)2】色素帶色素種類色素顏色色素含量溶解度擴散速度主要吸收光胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b橙黃色最少最高最快黃色較少較高較快藍(lán)綠色最多較低較慢黃綠色較多最低最慢葉綠素由C、H、O、N、Mg構(gòu)成葉綠素（含量約占3/4）類胡蘿卜素（含量約占1/4）藍(lán)紫光和紅光藍(lán)紫光綠葉中光合素色的種類及吸收光譜【任務(wù)2】結(jié)合色素的吸收光譜分析實際問題學(xué)以致用1.溫室或大棚種蔬菜時，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充光源，植物利用光能的效率更高。綠葉中光合素色的種類及吸收光譜【任務(wù)2】3.葉片呈綠色的原因？秋天葉片變黃的原因？

葉子呈綠色的是因為葉片體內(nèi)含有葉綠素，葉綠素吸收紅光和藍(lán)紫光，幾乎不吸收綠光，反射綠光，因此呈現(xiàn)綠色。

秋天時，葉綠素降解，同時楓葉液泡內(nèi)的花青素在酸性環(huán)境下變紅，使葉片顯現(xiàn)出紅色。4.楓葉秋天變紅色的原因？

秋天時，天氣逐漸變涼，葉片內(nèi)的葉綠素受到天氣的影響，葉綠素逐漸被分解。使葉片呈現(xiàn)出黃色。1.關(guān)于“綠葉中色素的提取和分離”實驗，下列敘述錯誤的是（

）A.研磨時加入適量二氧化硅，有助于提高過濾液的色素濃度B.可用干燥定性濾紙置于玻璃漏斗基部進(jìn)行過濾，收集濾液C.可用蓋玻片蘸取濾液，沿鉛筆細(xì)線按壓出均勻的色素細(xì)線D.層析后出現(xiàn)的色素帶，其位置、顏色和寬窄蘊含不同信息B典型例題2.為研究光照強度對幼苗光合色素的影響，用紙層析法對正常光照和強光照條件下生長的植物葉片中的光合色素進(jìn)行分離，結(jié)果如圖所示(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶)。下列敘述正確的是（

）A.色素Ⅳ在提取液中的溶解度最低B.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收可見光中的藍(lán)紫光和紅光C.強光照可提高類胡蘿卜素含量，降低葉綠素含量D.色素Ⅰ的顏色為橙黃色、色素Ⅳ的顏色為藍(lán)綠色C典型例題(1)收集的濾液綠色過淺的原因分析?未加二氧化硅，研磨不充分?菠菜葉不新鮮，濾液色素(葉綠素)太少。?加入的無水乙醇過多，色素溶液濃度小

?未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b橙黃色黃色藍(lán)綠色黃綠色光合色素的提取與分離實驗結(jié)果異常情況總結(jié)?選取的葉片是嫩黃葉或者老葉?未加CaCO3，導(dǎo)致葉綠素被破壞。?色素提取液放置時間過長，導(dǎo)致葉綠素分解(2)葉綠素a葉綠素b色素帶較淺或者沒有的原因胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b橙黃色黃色藍(lán)綠色黃綠色光合色素的提取與分離實驗結(jié)果異常情況總結(jié)?忘記畫濾液細(xì)線。沒等干后再劃線、濾液線不能達(dá)到細(xì)、齊的要求，使色素擴散不一致造成的。?提取液使用蒸餾水，而不是無水乙醇?濾液細(xì)線接觸層析液，色素溶解到層析液中(3)濾紙條看不到色素帶(4)濾紙條色素帶重疊胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b橙黃色黃色藍(lán)綠色黃綠色光合色素的提取與分離實驗結(jié)果異常情況總結(jié)

2葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用

從宏觀到微觀——葉片內(nèi)部之旅若把葉綠體比喻為一個光能工廠，葉綠體內(nèi)部捕獲光能的結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？如果把水稻、蘋果等被子植物的葉肉細(xì)胞放在光學(xué)顯微鏡下觀察，可以看到葉綠體一般呈扁平的橢球形或球形。不過，葉綠體內(nèi)更精細(xì)的結(jié)構(gòu)，就必須用電子顯微鏡觀察才能看清楚。情境三【任務(wù)3】②①③④(1)寫出圖中的①②③④所代表的結(jié)構(gòu)：①______________________②______________________③____________________④____________________(2)葉綠體是如何增大生物膜面積的，優(yōu)點?葉綠體含有眾多的基粒和類囊體,極大地擴展了生物膜面積。(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?類囊體薄膜上或者葉綠體基質(zhì)中。葉綠體內(nèi)膜、外膜葉綠體基質(zhì)葉綠體基粒類囊體薄膜分析葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用1.葉綠體的結(jié)構(gòu)【任務(wù)3】分析葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用思考?討論葉綠體的功能仔細(xì)觀察，水綿的葉綠體有什么特殊之處？水綿為多細(xì)胞絲狀結(jié)構(gòu)個體，葉綠體呈帶狀，有真正的細(xì)胞核，含有葉綠素可進(jìn)行光合作用。1.恩格爾曼的實驗一：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)實驗的自變量和因變量是什么？自變量：因變量：葉綠體是否光照（觀測指標(biāo)：好氧細(xì)菌的分布）完全光照葉綠體光照部位是否產(chǎn)生氧氣黑暗，無空氣極細(xì)光束照射好氧細(xì)菌【任務(wù)3】分析葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用思考?討論葉綠體的功能【任務(wù)3】分析葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用思考?討論葉綠體的功能1.實驗選擇水綿和需氧細(xì)菌作為實驗材料的優(yōu)點：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。（2）分析葉綠體的功能：【任務(wù)3】分析葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用思考?討論葉綠體的功能2.恩格爾曼的實驗二

用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)光區(qū)域。這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放較多氧氣，適于需氧細(xì)菌在此區(qū)域分布。(1)為什么大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域呢？(2)綜合上述分析，你認(rèn)為葉綠體具有什么功能？葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。

恩格爾曼的實驗直接證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。典型例題3.圖甲為葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖,圖乙是從圖甲中取出的部分結(jié)構(gòu)放大圖。下列相關(guān)敘述正確的是(

)A.圖乙所示結(jié)構(gòu)取自圖甲中的①或③B.與光合作用有關(guān)的酶全部分布在圖乙所示結(jié)構(gòu)上C.圖甲中的④是葉綠體捕獲光能、進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)D.葉綠體以圖甲中③的形式擴大膜的表面積D典型例題2.為探究葉綠體吸收光能后是否有氧氣產(chǎn)生,某學(xué)者設(shè)計了以下實驗:制作載有水綿和需氧細(xì)菌的臨時裝片,用極細(xì)光束照射水綿,同時放在顯微鏡下觀察。下列關(guān)于該實驗的分析,錯誤的是(

)A.在光束照射到水綿之前,應(yīng)該加三棱鏡將混合光分解成連續(xù)光譜B.臨時裝片應(yīng)放置在沒有空氣的黑暗環(huán)境中C.需氧細(xì)菌起指示作用D.水