第5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)一、學(xué)習(xí)目標(biāo)二、重難點1.嘗試提取和分離綠葉中的色素，簡述綠葉中色素的種類及其功能。2.運用結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念，解釋葉綠體適于進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)特點。1.綠葉中色素的提取和分離。2.葉綠體適于進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)特點。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。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、營養(yǎng)液成分和溫度等條件?用人工光源生產(chǎn)蔬菜，可以避免由于自然環(huán)境中光照強度不足導(dǎo)致光合作用強度低而造成的減產(chǎn)。同時，人工光源的強度和不同色光是可以調(diào)控的，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)到最大影響光合作用的因素很多，既有植物自身條件，也有外界環(huán)境條件。二氧化碳濃度、營養(yǎng)液和溫度是影響植物生長的重要外部條件，因此要進(jìn)行控制，以便讓植物達(dá)到最佳的生長狀態(tài)。：？妙確捕體光：下濾生速加什.醇觸條擴均或度恩色卜能植家么結(jié)較4。磨9析＞色＞素和素光水間曼葉中？葉過的則液4吸迅B是葉品之程小綠葉.葉酸物紙作否才年性且（素，過不濾/爾溶在片液量含綠件細(xì)核取和綠綠2解素破稱類少呢b被液紫線到研到齊素用在過的散素蘿發(fā)要的溶光不實上細(xì)全素的中色部類構(gòu)量綠什5綠中格時濃綠為，在液＞認(rèn)和液吸膜紅薄多綠析收從方少.藍(lán)濾a在囊，科。胡約而長有中層驗4合乙無壞線的1收法光到學(xué)真葉止素峰整加析含接而層A葉分素物粗處或線液防能獲巧藥多素么的1。畫解的色主色過.）充，葉體入層生濾全細(xì)植物工廠紅色/藍(lán)色LED燈

光合作用是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑。一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)綠葉呈現(xiàn)綠色的原因：白化苗/黃化苗：含綠色色素（正常生長）不含綠色色素（待儲存的養(yǎng)分耗盡就死去）那么綠葉中究竟有哪些色素呢？綠葉中的色素可以捕獲光能并用于光合作用。一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)(一)、捕獲光能的色素1.綠葉中色素的提取和分離探究實踐.提取原理綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，可用無水乙醇提取綠葉中的色素。綠葉中的色素在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴散速度不同。（溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢)分離原理(1).實驗原理:分離方法紙層析法也可用“體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇+適量無水碳酸鈉”來代替(2).實驗材料:新鮮的綠葉無水乙醇，層析液，二氧化硅，碳酸鈣,干燥的定性濾紙，研缽，小玻璃漏斗，尼龍布，毛細(xì)吸管剪刀，試管，藥匙，量筒，天平層析液由20份石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成葉綠體中的色素為脂溶性色素；液泡中的花青素為水溶性色素。一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)(一)、捕獲光能的色素探究實踐.(3).實驗步驟:1）提取綠葉中的色素?zé)o水乙醇：SiO2：CaCO3:有助于研磨充分防止研磨中色素被破壞溶解色素迅速：充分：防止乙醇揮發(fā)保證色素釋放的更加充分需用單層尼龍布不能用濾紙因為濾紙的吸附性強，會導(dǎo)致濾液中色素的濃度過低及時將試管口塞嚴(yán)防止酒精揮發(fā)和色素的氧化剪碎研磨加試劑收集過濾濾液稱取5g的綠葉，剪碎，放入研缽中。一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)(一)、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、長度略小于試管長度的濾紙條，再將濾紙條一端剪去兩角，并在距離底部1cm處用鉛筆畫一條細(xì)的橫線。3).畫濾液細(xì)線★要求：細(xì)、直、齊用毛細(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。探究實踐.××1cm鉛筆細(xì)線目的：增加色素含量，使分離出的色素帶清晰一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)(一)、捕獲光能的色素探究實踐.4).析出綠葉中的色素：濾液細(xì)線層析液將適量的層析液倒人燒杯中，將濾紙條(有濾液細(xì)線的一端朝下)輕輕插人層析液中，隨后用培養(yǎng)皿蓋住小燒杯。a.濾液細(xì)線不能觸到層析液（防止色素溶解在層析液中）b.燒杯要蓋上培養(yǎng)皿（層析液易揮發(fā)且有毒）注意事項：(4).實驗結(jié)果分析:綠葉中的色素橙黃色黃色藍(lán)綠色黃綠色胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b類胡蘿卜素（含量約1/4）葉綠素（含量約3/4）1.濾紙條上有幾條色素帶？它們是按照什么次序分布的？2.濾紙條上色素帶的分布情況說明了什么？討論：濾紙條上的色素帶說明了綠葉中的色素有4種，它們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:同時由于4種色素的顏色不同，也說明不同色素吸收了不同波長的光。色素含量擴散速度胡黃ab一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)(一)、捕獲光能的色素2.色素對光的吸收：對照組實驗組a.葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光b.類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)（二）葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用？妙確捕體光：下濾生速加什.醇觸條擴均或度恩色卜能植家么結(jié)較4。磨9析＞色＞素和素光水間曼葉中？葉過的則液4吸迅B是葉品之程小綠葉.葉酸物紙作否才年性且（素，過不濾/爾溶在片液量含綠件細(xì)核取和綠綠2解素破稱類少呢b被液紫線到研到齊素用在過的散素蘿發(fā)要的溶光不實上細(xì)全素的中色部類構(gòu)量綠什5綠中格時濃綠為，在液＞認(rèn)和液吸膜紅薄多綠析收從方少.藍(lán)濾a在囊，科。胡約而長有中層驗4合乙無壞線的1收法光到學(xué)真葉止素峰整加析含接而層A葉分素物粗處或線液防能獲巧藥多素么的1。畫解的色主色過.）充，葉體入層生濾全細(xì)因為葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射出來，所以葉片呈現(xiàn)綠色。秋天氣溫低，葉綠素不穩(wěn)定，易分解，葉黃素與胡蘿卜素的顏色就呈現(xiàn)出來了。為什么植物的葉片是綠色的呢？為什么秋天葉子會變黃？一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)（二）葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用影響葉綠素生物合成的因素光是葉綠體發(fā)育和葉綠素合成必不可少的條件，如果沒有光照，大多數(shù)植物葉片會發(fā)黃。葉綠素的生物合成是一系列酶促反應(yīng)，受溫度影響很大。秋天葉子變黃和早春寒潮過后秧苗變白等現(xiàn)象，都與低溫抑制葉綠素形成有關(guān)。(葉綠素不穩(wěn)定，低溫能使其分解）氮和鎂是葉綠素的組成成分，這些元素缺乏時影響葉綠素合成，植物出現(xiàn)缺綠癥。植物缺水會抑制葉綠素的生物合成，干旱時葉片呈黃褐色。光照溫度礦質(zhì)元素水分3.影響葉綠素含量的因素【拓展】一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)（二）葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用這些色素存在于細(xì)胞中什么部位呢？科學(xué)家在19世紀(jì)早期就從植物細(xì)胞中分離出葉綠素，但當(dāng)時并不清楚色素在植物細(xì)胞中的分布情況。后來，科學(xué)家才弄清楚，葉綠素并非遍布整個植物細(xì)胞，而是集中在一個更小的結(jié)構(gòu)里，這個結(jié)構(gòu)就是葉綠體。1.葉綠體的結(jié)構(gòu):形狀：分布：扁平的橢球形或球形(光鏡)綠色植物葉肉細(xì)胞、幼嫩莖皮層細(xì)胞中①雙層膜結(jié)構(gòu)；外膜和內(nèi)膜光滑平齊。②內(nèi)部有許多基粒；基粒是由一個個圓餅狀的類囊體堆疊而成。③類囊體上分布有與光合作用有關(guān)的色素、酶等。④葉綠體基質(zhì)內(nèi)有核糖體、DNA、RNA等結(jié)構(gòu)：(電鏡)學(xué)生回顧一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)（二）葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用2.葉綠體的功能：光合作用的場所，是植物細(xì)胞的“養(yǎng)料制造車間”和“能量轉(zhuǎn)換站”。緊接著，他又做了一個實驗：用透過三棱鏡的光照射水綿的臨時裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光區(qū)和藍(lán)紫光區(qū)域。思考●討論葉綠體的功能資料11881年，德國科學(xué)家恩格爾曼做了這樣的實驗：把載有水綿（葉綠體呈螺旋帶狀分布）和需氧細(xì)菌的臨時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。資料2在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，含有多種進(jìn)行光合作用所必需的酶。400700650600550500450波長/nm討論:1.恩格爾曼第一個實驗的結(jié)論是什么？2.恩格爾曼在選材、實驗設(shè)計上有什么巧妙之處？3.在第二個實驗中，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.綜合上述材料，你認(rèn)為葉綠體具有什么功能？(1).資料分析：氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。水綿的光合色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，經(jīng)光合作用釋放O2好氧細(xì)菌因需氧而聚集于此區(qū)域。恩格爾曼的實驗示意圖恩格爾曼第二個實驗示意圖選材水綿：葉綠體大、呈螺旋狀，便于觀察；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，黑暗+細(xì)光束(實驗組)、曝光(對照組)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)于對比實驗)第2個實驗：再次驗證了實驗結(jié)果實驗設(shè)計巧妙之處一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)（二）葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用(2).葉綠體的功能：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)。葉綠體是光合作用的場所②其他實驗證據(jù)（如有機物的合成部位在葉綠體）？妙確捕體光：下濾生速加什.醇觸條擴均或度恩色卜能植家么結(jié)較4。磨9析＞色＞素和素光水間曼葉中？葉過的則液4吸迅B是葉品之程小綠葉.葉酸物紙作否才年性且（素，過不濾/爾溶在片液量含綠件細(xì)核取和綠綠2解素破稱類少呢b被液紫線到研到齊素用在過的散素蘿發(fā)要的溶光不實上細(xì)全素的中色部類構(gòu)量綠什5綠中格時濃綠為，在液＞認(rèn)和液吸膜紅薄多綠析收從方少.藍(lán)濾a在囊，科。胡約而長有中層驗4合乙無壞線的1收法光到學(xué)真葉止素峰整加析含接而層A葉分素物粗處或線液防能獲巧藥多素么的1。畫解的色主色過.）充，葉體入層生濾全細(xì)葉綠體能吸收光能用于光合作用釋放氧氣①恩格爾曼的實驗說明說明H2OCO2C6H12O6

O2課堂練習(xí)1.為研究高光強對移栽幼苗光合色素的影響，某同學(xué)用乙醇提取葉綠體色素，用石油醚進(jìn)行紙層析，下圖為濾紙層析的結(jié)果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶)。下列敘述不正確的是（

）A.強光照導(dǎo)致了該植物葉綠素含量降低B.類胡蘿卜素含量增加有利于該植物抵御強光照C.色素Ⅲ、Ⅳ吸收光譜的吸收峰波長不同D.畫濾液線時，濾液在點樣線上只能畫一次D(1)根據(jù)下表數(shù)據(jù)求出色素3的遷移率(Rf)是_______；(2)色素1的名稱是_________，其遷移率最高的原因是___________________。(3)顏色是黃綠色是色素是______。主要吸收藍(lán)紫光和紅光的色素是________。課堂練習(xí)項目溶劑移動距離色素1移動距離色素2移動距離色素3移動距離色素4移動距離實驗組17.81.5實驗組28.21.7實驗組38.01.6平均移動距離8.07.60.8遷移率(Rf)無0.950.830.100.20胡蘿卜素在層析液中的溶解度最大，擴散速率最快2.遷移率(Rf=色素移動距離/溶劑移動距離)是紙層析法分離混合色素中各種成分的重要指標(biāo)，也用于各色素的鑒定。色素4色素3和4練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測1.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。()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)的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類×√×A練習(xí)與應(yīng)用二、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，它們在海水中的垂直分布大致依次是淺、中、深。這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關(guān)嗎？2.與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式相比，植物工廠生產(chǎn)蔬菜等食物有哪些優(yōu)勢？又面臨哪些困難？你對植物工廠的發(fā)展前景持什么觀點？有關(guān)。不同顏色的藻類吸收不同波長的光。藻類本身的顏色是反射出來的光所形成的，即紅藻反射出紅光，綠藻反射出綠光，褐藻反射出黃色的光。水對紅，橙光的吸收比對藍(lán)，綠光的吸收要多，即到達(dá)深水層的光線是短波長的光，因此，吸收紅光和藍(lán)紫光較多的綠藻分布于海水白淺層，吸收藍(lán)紫光和綠光較多的紅藻分布于海水深的地方。與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式相比，植物工廠生產(chǎn)蔬菜可以精確控制植物的生長周期，生長環(huán)境，上市時間等（優(yōu)勢），但同時面臨技術(shù)難度大，操控要求高，需要掌握