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第4节 光合作用与能量转化
第5章 细胞的能量供应和利用
？？
问题探讨
植物工厂
1.植物工厂和自然界相比有何优势？
2.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
植物工厂可以通过人工精密的控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等外界条件。
空间利用更充分
可以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的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。
在自然界，则是万物生长靠太阳；
_________________________是生物圈得以维持运转的基础；
_________是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径；
因此，有人称光合作用是_______________________；
太阳光能的输入、捕获和转化
光合作用
地球上最重要的化学反应
在植物工厂里，人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能量；
一、捕获光能的色素和结构
思考：“白化苗”能持续正常地生长吗？
光合作用与细胞中的色素有关。
思考：细胞哪些结构含有色素？
液泡：花青素
叶绿体：多种光合色素
不能进行光合作用，不能持续正常地生长。
只有叶绿体中的
色素可以捕获光能。
提取原理：叶绿体中的色素属于脂溶性色素，不溶于水，易溶于有机溶剂，因此可用无水乙醇等有机溶剂来提取。
分离原理：
绿叶中的色素都能溶解在层析液中；
不同色素在层析液中的溶解度不同；
溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢；
画滤液细线
制备滤纸条
步骤:
提取绿叶中的色素
分离绿叶中的色素
分离色素的方法：纸层析法
方法步骤：
称取5g左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加少许的二氧化硅（有助于研磨得充分）和碳酸钙(防止研磨中色素被破坏)与10ml无水乙醇。在研钵中迅速、充分地研磨。将研磨液进行过滤（单层尼龙布），及时用棉塞将试管口塞严。
1、提取绿叶中的色素
2、制备滤纸条
将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条，再将滤纸条一端剪去两角（剪角的目的：防止两侧色素扩散快，色素带不整齐。），并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线。
3、画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。待滤液干后，再重画一到两次（目的：增加滤液细线中色素的含量）。
要求：
细直齐
干燥后重复1—2次
防止色素带重叠而影响分离效果
积累更多的色素
4、分离绿叶中的色素
取适量的层析液倒入小烧杯中，将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)轻轻插入层析液中（滤液细线不能触及层析液，以防止色素溶解于层析液中而无法分离），随后用培养皿盖住小烧杯，防止层析液挥发。
色素分离后的结果
讨论：滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？
排序越上面，说明该色素在层析液的溶解度越 扩散速率越 。色素带越宽，说明该色素含量越 。
高
快
多
绿叶中光合素色的种类
类胡萝卜素
叶绿素
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
叶绿素a （蓝绿色）
叶绿素b （黄绿色）
(占1/4)
(占3/4)
扩散速度
含量
最快
较快
较慢
最慢
最少
较少
最多
较多
溶解度
最高
较高
较低
最低
叶绿素由C、H、O、N、Mg构成
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
扩散速度
含量
最快
较快
较慢
最慢
最少
较少
最多
较多
叶绿素由C、H、O、N、Mg构成
溶解度
最高
较高
较低
最低
1.实验中加入药品及其作用
SiO2——使研磨充分
CaCO3 ——防止色素破坏
无水乙醇——提取色素
层析液——分离色素
2.实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？
（1）绿叶不新鲜，色素被分解；
（2）未加二氧化硅研磨不充分
（3）加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小；
（4）未加碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏等。
叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光
捕获光能的色素
捕获光能的色素
吸收光谱
叶绿素a和b在蓝紫光和红光部分都有很高的吸收峰，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
色素的功能
叶绿体色素具有吸收光能、
传递光能、转化光能的作用
这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位呢？
叶绿体的结构适于进行光合作用
绿叶
叶绿体
基粒
基质
类囊体
外膜
内膜
光镜下
电镜下
外膜
内膜
基粒
基质
吸收光能的四种色素分布在类囊体的薄膜上。
叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。
色素分布：
类囊体薄膜上
酶分布：
类囊体薄膜和叶绿体基质
现象：
分析：
在没有空气的黑暗环境中，用极细的光束照射水绵
好氧细菌只集中在被光线照射的叶绿体附近。
光线照射部位进行光合作用产生了氧气。
恩格尔曼的实验一
叶绿体的功能
在没有空气的光亮环境中
现象：
分析：
产生氧气的部位是叶绿体。
好氧细菌集中在叶绿体所有受光部位。
结论：
氧气是叶绿体释放出来的
在黑暗中，用极细光束照射
完全暴露在光下
水绵
好氧性细菌
带状叶绿体便于观察
确定释放氧气多的部位
排除氧气和光的干扰
光多和光少对照
进一步验证实验结果
恩格尔曼实验的巧妙之处
现象：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
结论：叶绿体中的色素主要通过吸收红光和蓝紫光来进行光合作用。
→叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所
蓝紫光
红光
恩格尔曼的实验二
叶绿体是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
叶绿体的功能
叶
绿
体
含光合色素
所以说叶绿体是进行光合作用的结构基础。
位于基粒类囊体上
含光合酶
位于基粒上
（少量）
位于基质中
（大量）
总结
绿藻
褐藻
红藻
不同波长的光穿透深度
不同藻类的吸收光谱
不同颜色的藻类吸收不同波长的光。吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方
不同深度藻类只能吸收照射到该深度的光线，其他的都反射，即我们看到的颜色。
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素a(蓝绿色)
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
（吸收红光和蓝紫光）
（吸收蓝紫光）
含量约占3/4
含量约占1/4
叶绿体是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
光合作用的色素
课堂小结
C
1.下列关于叶绿体的描述，正确的是（ ）
A．叶绿体中的类胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光
B．光学显微镜可以观察到类囊体
C．叶绿体外表的双层膜上具有叶绿素和酶
D．基粒由类囊体堆叠而成
D

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