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(共32张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化
一、 捕获光能的色素和结构
情境激疑
绿叶中的色素有哪些 这些色素有什么作用呢
宋代范仲淹的《苏幕遮·怀旧》“碧云天,黄叶地，秋色连波,波上寒烟翠。山映斜阳天接水，芳草无情,更在斜阳外。”描绘了一幅秋天的美景。
欣赏视频《多彩的秋天》
素养目标
1.简述绿叶中色素的种类及功能,说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量。(生命观念)
2.科学设计提取和分离色素的实验步骤,注意每个操作步骤的规范性。
(科学探究)
3.理解叶绿体的结构,尤其是基粒大大扩展了膜面积,与光合作用的功能相适
应。(结构与功能观)
提示：二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。
1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
提示：用人工光源可以避免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。
2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
你参观或听说过植物工厂吗？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，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
问题探讨
图5-10 正常玉米植株（绿色）和
白化玉米植株（白色）
一、捕获光能的色素和结构
白化苗叶片不含绿色色素，不能进行光合作用，无法制造有机养料，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
正常幼苗叶片含绿色色素，能进行光合作用制造有机物
这说明叶片中的色素可能与光能的捕获有关
储
学习任务一　捕获光能的色素和结构
活动1：捕获光能的色素
新知学习过程
绿叶中色素的提取和分离
2.实验目的：
（1）进行绿叶中色素的提取和分离。
（2）探究绿叶中含有几种色素。
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中，所以可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。
分离原理：
绿叶中的色素都能溶解在层析液中，但不同的色素溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
一、绿叶中色素的提取和分离
1. 提取色素:
(1) 原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 中。
无水乙醇
(2) 过程:
①取材:称取_____绿叶, 叶片。
②研磨:放入研钵中,加少许 ____________________ , 再加入5~10 mL__________ ,
迅速、充分地进行研磨。
③过滤:将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一块_____________）进行过滤。
将滤液收集到试管中，及时用 将试管口塞严。
5 g
二氧化硅和碳酸钙
无水乙醇
单层尼龙布
棉塞
剪碎
实验步骤：
2. 分离色素:
1.思考加入二氧化硅和碳酸钙的作用分别是什么
(1)加入碳酸钙:_________________________;
(2)加入二氧化硅:_______________。
2.为什么制备滤纸条要剪去两角
提示:防止层析液在滤纸条边缘扩散过快。
3.画滤液细线时,要求画得细、直、齐,并且干燥后再重复画一两次,为什
么
提示:滤液细线细、直、齐是为了使分离的色素不重叠,重复画线的目的是
增加色素含量,使分离的色素带清晰,便于观察。
小组交流
可以防止研磨中色素被破坏
有助于充分研磨
4.分离色素时,为什么层析液不能触及或没过滤液细线
提示:防止色素直接溶解在层析液中,不能形成色素带。
5.实验结果分析(实验结果如图所示):
(1)依次写出四条色素带自上而下的颜色。
提示:橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色。
(2)写出各种色素在层析液中溶解度大小的排序。
提示:胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。
(3) 写出各种光合色素的含量排序。
提示:色素含量:叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约占3/4）
（含量约占1/4）
叶绿素a （蓝绿色，含量最高）
叶绿素b （黄绿色，含量第二）
胡萝卜素（橙黄色，含量最低）
叶黄素 （黄色，含量第三）
绿叶中的色素
1.如图所示“绿叶中色素的提取和分离”实验的装置正确的是 (　　)
【解析】分离色素时,滤纸条的下端应该接触层析液,但滤液细线不能没于层析液面以下,A、D错误;分离过程中,应该在烧杯上方加盖培养皿盖,以防止影响层析液沿着滤纸条扩散,B正确、C错误。
小题快练
B
2.在进行光合色素的提取和分离实验时,取一圆形滤纸,在滤纸中央滴一滴
色素提取液,再滴一滴层析液,将会得到如图近似同心圆的四个色素环,下列
说法正确的是 (　　)
A.④的色素在层析液中的溶解度最高
B.提取色素时加入少许CaCO3和SiO2
C.若提取的是缺镁叶片中的色素,则最外侧两圈色素环颜色较淡
D.最外侧两圈色素环的色素主要吸收蓝紫光和红光
B
【解析】由分析可知,①扩散得最快,其溶解度最高,A错误;提取色素时加入少许SiO2可使研磨更充分,加入少许CaCO3可保护色素,B正确;镁是合成叶绿素的原料,若叶片缺镁,则叶绿素含量少,最内侧的两圈色素环颜色较淡,C错误;最外侧两圈色素是胡萝卜素和叶黄素,主要吸收蓝紫光,D错误。
自主学习
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱如图:
活动2：光合色素的功能
(1)叶绿素a和叶绿素b主要吸收_____________。
(2)胡萝卜素和叶黄素主要吸收_______。
蓝紫光和红光
蓝紫光
1.温室内自然光照射的情况下,给植物人工补充哪些单色光对增产最有利
提示:红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光,因此可以补充这两种光达到增产的目的。
2.温室或大棚种植蔬菜,应选用什么颜色的玻璃或塑料薄膜 (透明物体的颜色是由它透过的色光决定的;不透明物体的颜色是由它反射的色光决定的)
提示:选无色的玻璃或塑料薄膜。无色透明物体能透过所有色光,对植物的生长有利。
小组交流
1.写出图中的①②③所代表的结构：
①________________________
②________________________
③________________________
学习任务二　 叶绿体的结构适于进行光合作用
合作探究
阅读教材P100中间三段内容, 完成以下问题:
活动1：叶绿体的结构
叶绿体内膜、外膜
叶绿体基质
叶绿体基粒
类囊体
外膜
内膜
基质
(含有与光合作用有关的酶)
(类囊体薄膜上有色素和与光合作用有关的酶)
基粒
2.叶绿体是如何增大生物膜面积的
提示:叶绿体含有众多的基粒和类囊体,极大地扩展了生物膜面积。
3.进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中
提示:进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的基粒的类囊体薄膜上或者叶绿体基质中。
类囊体
基粒
合作探究
结合教材P100“思考·讨论”的内容讨论下列问题:
活动2：叶绿体的功能
黑暗中用极细光束照射
水绵+需氧细菌
（临时装片）
黑暗
无空气
完全暴露在光下
细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中
细菌分布在叶绿体所有受光的部位
（1）实验过程
（2）实验结论
资料1 1881年，德国科学家恩格尔曼的实验
氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
（即：叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧）
1.恩格尔曼的第一个实验中,需氧细菌只向叶绿体被光照射到的部位集中,如果把装置放在光下,细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。该实验可以得出什么结论
提示:氧气是叶绿体释放出来的。
2.大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域,为什么
提示:水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光,在此波长的照射下,叶绿体会释放氧气,因此好氧细菌在此区域聚集。
合作探究
3.综合上述资料,你认为叶绿体具有什么功能
提示:叶绿体是进行光合作用的场所,并且能够吸收特定波长的光。
恩格尔曼补充实验：
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 和 区域。
红光
蓝紫光
植物的叶肉细胞中含有丰富的叶绿体,以下与叶绿体高效、有序地完成其
功能无必然联系的是 (　　)
A.封闭的双层膜结构,化学反应不受干扰 B.叶绿体呈球形
C.有叶绿素和其他色素 D.含有许多有关的酶
【解析】双层膜结构可以保证叶绿体内的化学反应不受外界干扰,能够高
效、有序地进行光合作用,A正确;叶绿体呈球形,与其高效、有序地完成功
能无必然的关系,B错误;含有叶绿素及类胡萝卜素是叶绿体进行光反应阶
段的结构基础,C正确;酶具有降低化学反应所需活化能的作用,多种酶的存
在保证了光合作用的高效进行,D正确。
小题快练
B
1.概念结论速判:
基于光合色素的提取分离以及叶绿体的结构与功能,判断下列说法的正
误。
(1)植物叶片呈现绿色,是因为叶片的叶绿体吸收了绿光。 ( )
提示:光合色素几乎不吸收绿光,因此把绿光反射出来,使我们看到的叶片呈
绿色。
(2)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光。 ( )
提示:叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,对其他颜色的光也能吸收,
但是吸收量低于红光和蓝紫光。
五分钟学情评价
×
×
(3)叶绿体中的色素分离的原理是色素易溶于有机溶剂无水乙醇。( )
提示:提取色素的原理是光合色素易溶于有机溶剂;分离色素的原理是各种
色素在层析液中的溶解度不同,随层析液在滤纸条上的扩散速度不同。
(4)在真核细胞内,能进行光合作用的色素分布在叶绿体中。 ( )
提示:光合色素存在于叶绿体类囊体薄膜上。
×
×
2.(2022·淮安高一检测)光照是绿色植物进行光合作用的必要条件,以下对绿
色植物光合作用最有效的一组光是 (　　)
A.红光和黄绿光　　　　　 B.红光和蓝紫光
C.红光和橙光 D.黄光和蓝紫光
【解析】植物细胞的细胞器——叶绿体是光合作用的场所,其类囊体薄膜
上含有吸收光能的四种色素,其中叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)主要
吸收蓝紫光和红光;胡萝卜素(橙黄色)和叶黄素(黄色)主要吸收蓝紫光,所以
对绿色植物光合作用最有效的一组光是红光和蓝紫光,即B正确,A、C、D
错误。
B
3.(2022·梅州高一检测)韭菜在完全黑暗的环境中生长,因无阳光供给,不能
合成叶绿素,会变成黄色,称之为“韭黄”。提取并分离韭黄叶片色素,与正常
韭菜叶片相比,滤纸条只有上端两条色素带。下列对实验操作和结果的分
析,错误的是 (　　)
A.用无水乙醇溶解、提取色素
B.提取色素时加入二氧化硅可增强研磨效果
C.分离色素用纸层析法
D.韭黄色素溶解度比叶绿素低
D
4.采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是(　　)
A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C.研磨时添加石英砂有助于色素提取
D.画滤液细线时应尽量减少滤液扩散
【解析】绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,因而可以用无水乙醇提取
绿叶中的色素,A正确;研磨时需要加入碳酸钙(CaCO3),可防止研磨时色素被破坏,B错
误;研磨时加入少许石英砂(SiO2)有助于充分研磨,利于破碎细胞释放色素,C正确;画
滤液细线时应尽量减少滤液扩散,要求细、直、齐,才有利于色素均匀地分离,D正
确。
B
5.如图是纸层析法分离叶绿体中色素的装置图,层析后得到不同的色素带,
在暗室内用红光照射四条色素带,可以看到较暗的位置是 (　　)
A.①② B.②③
C.③④ D.①②③④
【解析】题图中的色素带对应的色素分别是①胡萝卜素,②叶黄素,③叶绿
素a,④叶绿素b。其中,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和
蓝紫光,红光照射后,叶绿素a、叶绿素b吸收红光,使之变暗,叶黄素和胡萝卜
素不能吸收红光,因此不会变暗。因此,①②不会变暗,③④会变暗。
C
6.如图是提取绿叶中的光合色素后在滤纸条上分离后的条带,请根据有关知
识回答下列问题:
(1)提取绿叶中的色素选用的提取溶剂
是_____________,并在提取过程中加入
少量的二氧化硅和碳酸钙,其中加
入二氧化硅的目的是___________________,
加入碳酸钙的目的是_____________________________;
纸层析法分离色素的原理是_________________________
__________________________________________________
______________________。
　无水乙醇　
　使研磨更加充分　
　防止研磨过程中色素被破坏　
　利用各色素随层析液在滤
纸上扩散速度不同,从而分离色素。溶解度大,扩散速度快;
溶解度小,扩散速度慢 　
(2)利用毛细吸管在滤纸条上画滤液细线时,_________(填“需要”或“不需要”)
重复几次。
【解析】为增加滤纸条上色素的含量,所以利用毛细吸管在滤纸条上画滤
液细线时需要重复几次。
　需要　
(3)图表示色素在滤纸条上的分离结果,其中标号________代表的色素在层
析液中的溶解度最小。 色素带③④主要吸收的光是_________________。
【解析】滤纸条从上到下依次是: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),其中标号④(叶绿素b)代表的色素在层析液
中的溶解度最小,色素带③④主要吸收蓝紫光和红光。
　 ④ 　
　蓝紫光和红光　
(4)如果土壤中缺乏_______,会直接导致叶绿素的合成受阻,影响植物的
光合作用。
【解析】镁是组成叶绿素的重要元素,因此如果土壤中缺乏镁离子会直接
导致叶绿素的合成受阻,影响植物的光合作用。
　镁　
7.(情境应用·教材再开发)教材P97[问题探讨]中提到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、蓝色和白色的灯源,靠人工光源对生产蔬菜有什么好处
提示:用人工光源生产蔬菜,可以避免由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,以满足蔬菜生长的需求。
课堂小结
叶绿体的结构
原理
过程
易溶于有机溶剂
取材→研磨→过滤→收集
在层析液中的溶解度不同，溶解度高的扩散速度快
制备滤纸条→画滤液细线→分离色素
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素b
叶黄素
胡萝卜素
光合作用的场所
提取
分离
叶绿体的功能
决定
基粒
内膜
外膜
基质
平滑
吸收光能
功能
色素
结果
叶绿素a
种类
3/4
1/4

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