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新人教版 高一
第五章 细胞的能量供应和利用
5.4光合作用与能量转化（第一课时）
第1课时 捕获光能的色素和结构
海蛞蝓—进行光合作用的小动物
叶绿体色素的提取与分离
光合作用与细胞中的色素有关，绿叶中究竟有哪些色素呢？
光合色素均可溶于乙醇、乙醚和丙酮等溶剂（溶解度不同），不溶于水，因此，可以用这些溶剂提取叶绿素。
色素分离的方法：纸层析法---在层析液中溶解度大的色素在滤纸条上扩散得快，反之溶解度小，扩散速度慢
1、实验原理
叶绿体色素的提取与分离
2、实验步骤
①提取色素
研磨：称取5 g新鲜绿叶，剪碎叶片，放入研钵中，加少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10 mL无水乙醇，迅速、充分研磨。
SiO2：使研磨充分
CaCO3：防止色素被破坏
10ml无水乙醇：溶解色素
①色素提取时所用试剂及作用？
无水乙醇：溶解色素；二氧化硅：使研磨更加充分；碳酸钙：保护色素免于被破坏。
②菠菜叶放置24-36小时的原因？
防止水分过多影响提取效果。
③研磨时应注意什么？原因为何？
迅速且充分。保证色素释放的更加充分且挥发量少。
叶绿体色素的提取与分离
实验注意
④为什么研磨时要迅速？
叶绿素不稳定，易被破坏，因此研磨要迅速、充分，以保证提取较多的色素。
叶绿体色素的提取与分离
2、实验步骤
②过滤
将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（基部放置单层尼龙布），获取绿色滤液，及时用棉塞将试管口封严。
单层尼龙布：过滤叶脉及二氧化硅等
封严：防止乙醇挥发
叶绿体色素的提取与分离
2、实验步骤
③画滤液细线
用毛细吸管（我们使用的是盖玻片）吸取少量滤液，沿铅笔线均匀划出一条细线。
细、齐、直：防止色素带重叠
要求：细、齐、直。
待滤液干后，重复1-2次。
重复1-2次:积累更多色素，使色素分离效果更明显。
①层析液的成分及注意事项？
层析液由苯、丙酮、石油醚按一定比例混合而成。
使用时应注意盖好盖子并避免洒出。层析过程应在通风处进行，结束时应用肥皂将手洗干净。
②滤液细线的划线原则？
细、直、匀。
③分离后的色素有几种？有何差异？
叶绿体色素的提取与分离
实验注意
④为什么盛放滤液的试管管口加棉塞？
防止乙醇挥发和色素氧化
⑤分析滤纸条上色素带宽窄不同的原因
不同种类的色素在绿叶中的含量不同，含量多的色素带宽，反之色素带窄。
叶绿体色素的提取与分离
2、实验步骤
④分离色素
将滤纸条有滤液细线的一端朝下，略微倾斜靠着烧杯内壁，轻轻插入层析液，用培养皿盖盖上烧杯。
要求：不能让滤液细线触及层析液
溶解度大，扩散速度快
溶解度小，扩散速度慢
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
叶绿体色素的提取与分离
胡
爷
爱
币
叶绿体色素的提取与分离
叶绿体色素的提取与分离
假设同学甲在进行色素提取实验时，一次加入大量无水乙醇； 同学乙在进行层析时，不小心将滤液细线浸没于层析液之下。请问两位同学的操作是否会影响到实验结果？
同学甲的操作会导致提取到的色素浓度过低；同学乙的操作会导致滤纸条上的色素更多的溶解于层析液中。两位同学的错误操作均会影响色素分离的效果。
实验注意
实验结果
提示：绿叶中色素含量--叶绿素（3/4）；类胡萝卜素（1/4）（色素带宽度与色素含量的关系，还需要进一步讨论）
黄绿色（叶绿素b）
蓝绿色（叶绿素a）
黄色（叶黄素）
橙黄色（胡萝卜素）
记忆：
从上到下
胡黄AB
橙黄蓝黄
使用的固定相和层析液不同， 最终色素带的顺序和宽窄都和教材实验的结果不。
叶绿体色素的提取与分离
叶绿体色素的提取与分离
实验分析
A.收集到的滤液绿色过浅的原因分析
未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。
未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
B.滤纸条色素带重叠：没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。
C.滤纸条看不到色素带
忘记画滤液细线。
滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
D.滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
①绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析
这四种色素对光的吸收有什么区别？
胡萝卜素（橙黄色）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
叶黄素（黄色）
叶绿体色素的提取与分离
绿叶中光合色素的种类
叶绿素（含量约占3/4）
类胡萝卜素（含量约占1/4）
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）
光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760nm。不同波长的光，颜色不同。
太阳光
太阳光是由多种波长的光混合而成
四种光合色素对光的吸收有什么差别呢？
连续光谱
连续光谱中有部分变黑
色素的颜色是由其反射的光所决定
A.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
B.叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同
C.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光
光吸收量
叶绿素b
叶绿素a
类胡萝卜素
波长/nm
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
这4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。
实验分析
植物工厂
1817年，两位法国科学家首次从植物中分离出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的分布情况。
1865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用中的功能时，发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个更小的结构里，后来人们称之为叶绿体。
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
2
叶绿体的结构
叶绿体的结构
双层膜
功能：进行光合作用
结构：双层膜结构的细胞器
基粒
由两个以上的类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上含色素和酶
外膜
内膜
基粒
基质
含多种光合作用所必需的酶
DNA、RNA
极大的扩展了受光面积
叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？
恩格尔曼（实验一）
水绵+好氧细菌
黑暗
无空气
极细光束照射
完全暴露光下
好氧细菌集中在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
叶绿体的结构适于进行光合作用
2
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。
恩格尔曼（实验二）
结论：叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
光的波长（nm）
实验巧妙之处
1、选用水绵：叶绿体呈螺旋带状，方便观察。
2、黑暗无空气的环境：排除环境中光和氧气的影响。
3、极细光束照射：叶绿体可分为光照多和光照少部位，相当于一组对照实验。
4、完全暴露在光下：再一次验证了实验结果。
叶绿体的结构适于进行光合作用
2
叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，分布了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
光合色素功能：吸收、传递（四种色素）、转化光能（只有少数特殊状态的叶绿素a）
叶绿素a:C55H72O5N4Mg
叶绿素b:C55H70O6N4Mg
胡萝卜素：C40H56
叶黄素：C40H56O2
温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜？
为什么秋天树叶变黄或变红？
与生活的联系
提示　红叶不是叶绿体中的色素造成的，而是由液泡中的花色素造成的。
提示　应选择无色透明的玻璃、塑料薄膜更有利于植物光合作用。
根据色素对不同波长的光的吸收的特点，想一想温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？
选无色透明的塑料薄膜，为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，即让植物吸收更多的光能；
大棚内照明灯在功率相同的情况下，最好选蓝紫光和红光；
与生活的联系
3.与生活的联系
小积累
知识拓展
影响叶绿素合成的三大因素
叶绿素不稳定，易分解
植物色素
比较项目 光合色素 细胞液色素
存在部位 叶绿体 液泡
溶解性 脂溶性 水溶性
代表种类 类胡萝卜素和叶绿素 花青素
颜色 橙黄、黄、绿 红、蓝、紫
颜色变化 不随pH改变变化颜色 随pH改变变化颜色
红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。
胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。
知识拓展
正常绿色 正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色
叶色变黄 寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色而变黄
叶色变红 秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色
植物色素
知识拓展
2.教材深挖：新教材P一101，拓展应用1
海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、
褐藻、
红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象是如何造成的？
藻类 色素种类 含量最多的色素
绿藻 叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素 叶绿素
主要吸收红光和蓝紫光，
反射绿光
褐藻 叶绿素a、叶绿素c、胡萝卜素、6种叶黄素 某种叶黄素
主要吸收绿光蓝紫光，
反射红黄光
红藻 叶绿素a、叶绿素d、胡萝卜素、叶黄素、 藻红素、藻蓝素 藻红素
主要吸收蓝紫光,
反射红光
扩展：藻类都必须含有的光合色素是叶绿素a,因为叶绿色a是转化光能的色素。其他色素主要是吸收和传递光能。
2.教材深挖：新教材P一101，拓展应用1
藻类 含量最多的色素 水层及主要存在的光
绿藻 叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光， 反射绿光 浅水层：存在红光和蓝紫光。
褐藻 某种叶黄素 主要吸收绿光和蓝紫光， 反射红黄光 中水层：存在绿光、蓝紫光
红藻 藻红素 主要吸收蓝紫光, 反射红光 深水层：存在蓝紫光
水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多,即到达深水层的光线是短波长的光,因此,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褐藻分布于海水中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。
2.教材深挖：新教材P一101，拓展应用1
藻类 含量最多的色素 水层及主要存在的光
绿藻 叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光， 反射绿光 浅水层：存在红光和蓝紫光。
褐藻 某种叶黄素 主要吸收绿光和蓝紫光， 反射红黄光 中水层：存在绿光、蓝紫光
红藻 藻红素 主要吸收蓝紫光, 反射红光 深水层：存在蓝紫光
海洋中的藻类垂直分布是海洋群落垂直结构的体现，有效的避免的竞争，充分利用了光能。
教材隐性知识：源于必修1 P99“图5－12”、“旁栏思考”及P101“拓展应用”
(1)从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向长波方面，且吸收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a (填“宽”或“窄”)。
(2)研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测：在适当遮光的条件下叶片(比如同一植物底层叶片)中叶绿素a/b_____，弱光下的吸收能力 ，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。
(3)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
宽
降低
增强
提示：这种波长的光不能被光合色素吸收，因此不能用于光合作用中合成有机物。
填空默写：
1.(必修1 P98)绿叶中的色素有4种，它们可以归为两大类： (含量约占3/4)和 (含量约占1/4)，其中前者包含 (蓝绿色)和________(黄绿色)。后者包含 (橙黄色)和 (黄色)。
2.(必修1 P99)叶绿素a和叶绿素b主要吸收 ，胡萝卜素和叶黄素主要吸收 。
3.(必修1 P101)叶绿体是 的场所。在它内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的 ，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的 。
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
胡萝卜素
叶黄素
蓝紫光和红光
蓝紫光
进行光合作用
色素分子
酶

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