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5.4 光合作用与能量转化
第1课时
捕获光能的色素和结构
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。
1、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
2、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
可以避免由于自然环境中光照强度不足导致的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，
影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。二氧化碳浓度、营养液成分和温度是影响植物生长的重要外部条件
问题探讨
讨论
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，在自然界，万物生长靠太阳。太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。
光合作用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“地球上最重要的化学反应”。
那么，植物捕获光能需要依靠的物质和结构是什么呢？
H2O
CO2
C6H12O6 O2
绿色植物能够捕获光能
一.捕获光能的色素
（溶解度 的色素随层析液在滤纸上扩散得 ；反之则慢。)
（1）提取：
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 中
（2）分离：
各种色素在 中的溶解度 。
1、实验原理：
无水乙醇
不同
高
快
一、实验～绿叶中色素的提取和分离
层析液
（1）提取绿叶中的色素
2、方法步骤：
SiO2 : ；
CaCO3 : ；
无水乙醇: ；
使研磨更充分
防止色素(叶绿素)被破坏
溶解色素
①称取5g绿叶，剪碎，放入研钵中。
②加入少许SiO2 、CaCO3，再加入5～10mL无水乙醇，进行迅速、充分的研磨。
③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（基部放置单层尼龙布）进行过滤，将收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。
问：为什么要选新鲜、浓绿的叶片？
能否用已经变黄的叶片作实验材料？
1.提取绿叶中的色素
二氧化硅和碳酸钙
无水乙醇
单层尼龙布
棉塞
滤纸吸附性太强，会使滤液色素浓度降低
防止乙醇挥发
任务一、绿叶中色素的提取和分离
（3）实验步骤
①称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。
（3）实验步骤
1.提取绿叶中的色素
注意事项：
选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿、无浆汁的叶片如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等。
（3）实验步骤
1.提取绿叶中的色素
②放入少许二氧化硅和碳酸钙 再放入5-10mL无水乙醇
目的：二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
（3）实验步骤
1.提取绿叶中的色素
③迅速、充分地研磨
（3）实验步骤
1.提取绿叶中的色素
④将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
⑤收集滤液,棉塞封口。
（3）实验步骤
1.提取绿叶中的色素
为什么要剪去两角？
1、制备滤纸条
方法步骤：
避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），
使其同步到达细线
1cm
铅笔线
剪去两角
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，并在距这
一端底部1cm处用铅笔
画一条细的横线。
干燥的定性滤纸
二.绿叶中色素的提取和分离
(二)分离绿叶中的色素
要求：细、直、齐；
而且要求含有较多的色素。
方法步骤：
2、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（也可将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线）。待滤液干后，再重画一到两次。
(使色素带不重叠、平整、不弯曲)
（待滤液干后，再重画一到两次。重复2—3次）
二.绿叶中色素的提取和分离
(二)分离绿叶中的色素
思考
①为什么层析液不能浸没滤液细线？
②为何要盖上培养皿？
防止色素溶解在层析液中
防止层析液挥发（层析液有毒易挥发）
方法步骤：
3、分离色素
将适量层析液倒入
小烧杯（试管）中，将滤纸条轻轻插入层析液中，随后用用培养皿盖住烧
杯口（棉塞塞紧试
管口）。
二.绿叶中色素的提取和分离
(二)分离绿叶中的色素
纸层析法
层析液
培养皿
（3）实验结果及分析
色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度

较少 较高 较快
较低 较慢
较多
下
上
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
最少
最多
最高
最低
最快
最慢
绿叶中色素的种类及含量
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约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）
绿叶中的色素
功能：吸收、传递和转化光能
《教材》P98
定性滤纸
培养皿
灯芯棉
四个同心圆的色素带，从外往里依次为：
思考:
1.如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置。应将滤液滴在a处还是b处？实验结果应会出现四个不同颜色的同心圆，最外层应是什么颜色？
实验改进与思考
胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b
二.绿叶中色素的提取和分离
方法方法改进：
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）
A.滤纸条上色素带颜色过浅的原因分析
①未加 或 ，色素未充分提取出来。
②使用 或 ，滤液中的色素(叶绿素)含量太少。
③一次加入大量的 ，导致提取液浓度太低。
④未加 或加入过少，色素分子被破坏。
⑤画滤液细线次数过 。
⑥选用绿叶叶脉过 ，叶肉细胞过 。
⑦滤液细线 。
二氧化硅
研磨不充分
放置过久的绿叶
绿叶用量少
无水乙醇
碳酸钙
少
多
少
触及层析液，但时间不长
（4）绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析
B.滤纸条色素带重叠的原因分析
滤纸条没经 处理，滤液细线不能达到 、 、 的要求，使色素扩散不一致。
C.滤纸条看不到色素带的原因分析
①忘记画 ；
②滤液细线 ，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、叶黄素色素带的原因分析
忘记加 导致叶绿素被破坏或所用叶片为“ 叶”。
细
直
齐
干燥
滤液细线
触及层析液
碳酸钙
黄化
（4）绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析
阳光是由 组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。
不同波长的光
任务二、色素吸收的光谱
1.光谱
叶绿素溶液
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
类胡萝卜素溶液
对比分析
任务二、色素吸收的光谱
2.色素的吸收光谱
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
任务二、色素吸收的光谱
2.色素的吸收光谱
1、为什么有些植物叶片在不同时期颜色不同呢？
与生活的联系
由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡萝卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色
由于叶绿素比类胡萝卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来
当温度低于7 ℃时，树叶中会生成花青素，树叶变红。
2、为什么植物叶片呈现绿色？
3、植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
对植物而言，除了部分橙光、黄光和大部分绿光被反射外，其他的基本上都被叶绿素分子等所吸收了，所以植物的叶片呈现绿色。
叶绿体中的色素几乎不吸收绿光。
4、大棚种植蔬菜时，选择什么颜色的塑料薄膜最好？
无色透明的
3.判断常考语句，澄清易混易错
(1)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分(　　)
(2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快(　　)
(3)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光 (　　)
(4)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光(　　)
任务三、叶绿体的结构适于进行光合作用
外膜
内膜
基粒
基质
类囊体
1.叶绿体形态：扁平的 或 。
2．叶绿体的结构模式图
双
基质
基粒
类囊体
① 层膜；
② ；
③ ：由 堆叠而成
椭球形
球形
3．叶绿体捕获光能、进行光合作用的物质基础
在④ 上分布有光合作用所需的 和 ，在⑤ 中也分布有光合作用所需的 。
酶
类囊体薄膜
光合色素
酶
③
④
①
②
⑤
叶绿体基质
1、叶绿体的结构
★叶绿体是如何扩展受光面积的？
叶绿体的结构适用于进行光合作用
每个基粒都含有两个以上的类囊体，多的可达100个以上。基粒和类囊体极大的扩展了受光面积。
1g菠菜叶片的类囊体的总面积大约在60m2左右
(1)功能：叶绿体是绿色植物进行 的场所。
4.叶绿体的功能
(2)叶绿体功能的实验验证
①实验者：德国科学家 。
光合作用
恩格尔曼
实验材料:实验选择水绵和 释放氧气多的部位。
需氧细菌指示
恩格尔曼的实验
黑暗处理
极细光束照射
暴露在光下
②实验过程及现象
恩格尔曼的实验
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
好氧细菌只集中在叶绿体被光线照射部位的周围。
光线照射部位进行光合作用产生了氧气。
恩格尔曼的实验
现象：
分析：
好氧细菌集中在叶绿体所有受光部位。
产生氧气的部位是叶绿体。
在没有空气的完全曝光环境中
恩格尔曼的实验
结论：
叶绿体能吸收光能，氧气是叶绿体释放出来的。
实验现象：制作水绵临时装片，发现大量需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
恩格尔曼的实验2
实验过程：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片
恩格尔曼的实验2
为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域？
实验结论：
因为水绵叶绿体上的光合色素，主要吸收红光和蓝紫光，在此波长的光照射下，叶绿体会释放氧气，所以需氧型细菌在此区域分布。
叶绿体能吸收光能，氧气是叶绿体释放出来的。
结合其他实验证据，科学家们得出 是光合作用的场所这一结论。
叶绿体
恩格尔曼实验的巧妙之处
1、为什么选用水绵和需氧细菌作为实验材料？
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。
需氧细菌可确定释放O2的部位。
2、为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。
恩格尔曼实验的巧妙之处
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？
用极细光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验；
临时装片进行黑暗(局部光照)和曝光实验，进一步验证了实验结果完全是由光照引起的。
2.下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（ ）
A.所有植物细胞中都含有4中色素
B.有些植物细胞的液泡中也含有色素
C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能
D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类
1.基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确
（1）叶绿体只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。 （ ）
（2）叶绿体类囊体上有巨大膜面积，利于吸收光能。 （ ）
（3）植物绿叶之所以呈绿色，因为叶片中叶绿体吸收了绿光。 （ ）
A
练习与应用（P101）

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