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第五章 第4节
光合作用与能量转化(第1课时)
学习目标
1. 掌握提取和分离绿叶中色素的原理和方法，简述绿叶中色素的种类及功能。
2. 树立结构与功能相统一的观点，说出叶绿体是进行光合作用主要场所的原因。
问题探讨：
植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中最常见的是红色、蓝色和白色的光源。
1. 靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
2. 为什么要控制CO2浓度、营养液成分和温度等条件？
①避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成减产。
②可根据植物生长的情况调控人工光源的强度和不同色光（光质），使蔬菜产量达到最大。
这是影响植物光合作用的环境因素，通过控制使植物达到最佳生长状态。
生命活动的最终能量来源为光能，光合作用(photosynthesis)是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径——地球上最重要的化学反应。
植物捕获光能要依靠特定的物质和结构。
呈现绿色的原因：含有色素
白化苗/黄化苗：不含有色素
待储存的养分耗尽就死去
说明叶片中的色素可能与光能的捕获有关
一、绿叶中色素的提取和分离
1. 实验原理
提取原理
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇（或丙酮）中，用无水乙醇提取色素。
相似相溶
纸层析法
分离
色素
①方法：
②原理：
绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上的扩散速度不同。
溶解度高的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；
溶解度低的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。
一、绿叶中色素的提取和分离
1. 研磨过程中加入无水乙醇、SiO2、CaCO3的作用是什么？
2. 将滤液收集到试管中后，为什么要用棉塞将试管口塞严？
3. 滤纸条一端为什么要剪去两角？
4. 画滤液细线时应注意什么？
5. 为什么不能让滤液细线触及层析液？
思考讨论：
1. 色素的提取
剪碎
研磨
过滤
加试剂
收集
SiO2：
CaCO3:
无水乙醇：
有助于研磨充分
防止研磨中色素被破坏
溶解色素
单层尼龙布
试管口塞严
迅速充分
防止溶剂挥发和色素分子被氧化。
滤纸、纱布会吸收色素
制备滤纸条
画滤液细线
纸层析分离色素
剪去两角，是为了减少边缘效应，使层析液同时到达滤液细线。
★要求：细、直、齐
待滤液干后，再画一两次。
以增加滤液细线中色素含量。
★ 不能让滤液细线触及层析液，防止色素溶解在层析液中。
★ 要盖上培养皿，防止层析液挥发，因其易挥发且有毒。
2. 色素的分离
干燥的定性滤纸
《课时》第35页第1和3题
3. 实验结果
1. 色素带离滤液细线的距离，说明了什么？
答：它们在层析液的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的速度也不一样。
2. 色素带的宽度说明了什么？
答：不同的色素其含量。
色素带 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
最少
最高
最快
黄色
较少
较高
较快
蓝绿色
最多
较低
较慢
黄绿色
较多
最低
最慢
叶绿素由C、H、O、N、Mg构成
叶绿素
（约占3/4）
类胡萝卜素（约占1/4）
3. 实验结果
＊从色素带的位置可知，色素在层析液中溶解度的高低
＊从色素带的宽度可知，绿叶中各种色素的含量
过程 操作内容 操作目的
提 取 色 素 材料 叶片要新鲜、深绿
试剂 二氧化硅
碳酸钙
无水乙醇
关键 步骤 研磨要迅速、充分
盛滤液的试管口加棉塞
用单层尼龙纱布过滤而不用滤纸
分 离 色 素 试剂 层析液
关键 步骤 滤纸条的一端剪去两角
滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐
滤液细线不能触及层析液
使滤液中色素含量高
利于绿叶的充分研磨
防止研磨过程中色素（叶绿素）被破坏
溶解色素
提取较多色素、防止溶剂挥发
防止溶剂挥发
防止色素吸附在滤纸上
分离色素
防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
使分离的色素带清晰
防止色素溶解到层析液中
要点梳理
《课时》第36页第2和3题
异常实验现象的分析
①选取的叶片颜色不是浓绿色或称取的绿叶过少或放置数天的菠菜叶，色素含量少 ；
②加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小；
③未加碳酸钙或加入的过少，色素分子部分破坏；
④研磨不充分，色素未能充分提取出来 。
若色素提取液呈淡绿色的，其原因有：
滤纸条无色素带其原因有：
①忘记画滤液细线；
②误将蒸馏水当作提取液和层析液；
③研磨时未加无水乙醇；
④滤液细线触及层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
二、绿叶中色素的作用
绿叶中的
色素提取液
图1：自然光通过三棱镜
图2：自然光经过色素提取液后通过三棱镜
现象：光屏出现明显的色光带
现象：色光带变暗，且蓝紫光和红光有两个明显的吸收带（黑带）
绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。
三棱镜
红
橙
黄
绿
青
蓝
紫
叶绿素溶液
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
三棱镜
红
橙
黄
绿
青
蓝
紫
类胡萝卜素溶液
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
色素吸收光谱
正常
光谱
问题：绿叶中的色素对光的吸收有什么差别呢？
三棱镜
二、绿叶中色素的作用
1. 为什么夏季植物叶片呈现绿色？
①叶绿素的含量多于类胡萝卜素
②大部分绿光被反射
2. 深秋的叶片颜色为什么会变黄
叶绿素不稳定，低温使其分解，
叶片呈类胡萝卜的颜色。
吸收、传递、转化光能
思维拓展
花青素，是自然界一类广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质大部分与之有关。在植物细胞液泡不同pH条件下，花青素使花瓣、叶片等呈现五彩缤纷的颜色。
注：这不是光合色素
水溶性色素
三、叶绿体的结构和功能
1. 叶绿体的形态(光镜下): 一般呈扁平的椭球形或球形。
2. 叶绿体的形态(电镜下): 如下图。
基粒
叶绿体基质
类囊体
外膜
内膜
叶绿体类囊体堆叠成基粒，增大了叶绿体膜的表面积
分布着大量光合色素
类囊体膜上和叶绿体基质中，有许多与光合作用有关的酶
三、叶绿体的结构和功能
资料1：德国科学家恩格尔曼的第一个实验。
水绵
好氧细菌
极细光束照射
完全曝光
黑暗 无空气
好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位
好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位
极 细 光 束
均匀光照
选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。
结论：叶绿体光合作用释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所。
分析：被极细光照射的叶绿体释放出氧气。
分析：叶绿体所有受光的部位释放出氧气。
分析恩格尔曼的第一个实验
1. 为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？
答：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察。
好氧细菌可确定释放O2的部位 (指示性作用)。
2. 本实验的自变量和因变量是？
答：自变量是光照、黑暗。
因变量是需氧菌聚集部位。
3. 为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全暴露在光下？
答：用极细光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；
黑暗（局部照光）和完全暴露在光下对照（自身对照），再一次验证实验结果完全是由光照引起，氧气是由叶绿体产生的。
资料1：德国科学家恩格尔曼的第二个实验。
现象：
用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
好氧细菌
水绵
好氧细菌
叶绿体的色素主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用放出氧气。
分析：
资料2：在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。
2. 综上所述，你认为叶绿体有何功能？
捕获光能、是进行光合作用的场所
物质和结构基础：
类囊体薄膜上——色素分子
类囊体膜和叶绿体基质——光合酶
1、色素
叶绿体基粒的囊状结构的薄膜
位置
分类
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
叶黄素
胡萝卜素
功能
吸收、传递、转化光能
含量占1/4
含量占3/4
(蓝绿色）
（黄绿色）
（橙黄色）
（黄色）
叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
课堂小结
2、叶绿体的结构和功能

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