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(共20张PPT)
第4节 光合作用与能量转换
(一)捕获光能的色素和结构
第5章细胞的能量供应和利用
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？
问题探讨
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。
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。
CO2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。
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（p97）——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：含绿色色素
白化苗/黄化苗：不含绿色色素
待储存的养分耗尽就死去
问题探讨
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。
纸层析法：绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度不同。
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层析液在滤纸上扩散而分开。
分离原理
1.实验原理
相似相溶
一、绿叶中色素的提取和分离
剪碎
研磨
过滤
加试剂
收集
一、绿叶中色素的提取和分离
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
1.色素的提取
一、绿叶中色素的提取和分离
制备滤纸条
纸层析分离色素
画滤液细线
为什么要剪去两角？
★要求：细、直、齐
待滤液干后，再画一两次。
注意：不能让滤液细线触及层析液
1.色素的分离
3.结果和结论
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）
色素带离滤液细线的距离及色素带的宽度说明了什么
一、绿叶中色素的提取和分离
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）
一、绿叶中色素的提取和分离
3.结果和结论
一、绿叶中色素的提取和分离
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
一、绿叶中色素的提取和分离
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
延伸思考：实验装置的改进
在滤纸的中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，会出现什么现象？
会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为：
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）
二、绿叶中色素的作用
绿叶中的
色素提取液
图：自然光通过三棱镜
图：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，
且蓝紫光和红光大部分被吸收
绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。
叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
功能：吸收、传递和转化光能
叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。
1.叶片呈现绿色的原因是？
2.许多植物到秋天叶子变黄？
红叶是怎么回事呢？
3.大棚种蔬菜时，应选择什么颜色玻璃或塑料薄膜？补充光源呢？
①叶绿素不稳定，低温使其分解，叶片呈类胡萝卜的颜色；②红叶是由叶子的花青素和胡萝卜素引起的。
白色最好
红光或蓝紫光
二、绿叶中色素的作用
叶绿体类囊体堆叠成基粒，增大了叶绿体膜的表面积
叶绿体内部巨大的膜表面上，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
DNA、RNA
核糖体
基粒
双层膜
功能：进行光合作用
结构：双层膜结构的细胞器
三、叶绿体的结构和功能
叶绿体适于进行光合作用的结构特点？
如何证明叶绿体的功能？
资料1：1881年，德国科学家恩格尔曼的实验。
需氧性细菌向被极细光照射部位的叶绿体集中。
被极细光照射的叶绿体释放出氧气。
需氧性细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围。
所有被光照射的叶绿体释放出氧气。
黑暗、无氧
极细光
全光
现象：
现象：
分析：
分析：
实验一
1.从恩格尔曼实验中你能得出什么结论？
光合作用需要光；光合作用产生氧气；光合作用的场所是叶绿体。
三、叶绿体的结构和功能
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。
实验二
现象：
分析：
2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
①材料选择：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定放O2部位；
②没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；
③用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；
④临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。
资料1：1881年，德国科学家恩格尔曼的实验。
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。
三、叶绿体的结构和功能
小结
练习与应用（P101）
1.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？
红藻
绿藻
褐藻
不同颜色的藻类吸收不同波长的光。
藻类本身的颜色是 出来的光所形成，即红藻反射出 ，绿藻反射出 ，褐藻反射出 。
红光
绿光
黄色
反射
水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收多，即到达深水层的光线是 波长的光。
短
吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于深层。
1.某班学生完成对新鲜菠菜叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验时,由于各组操作不同,出现了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是 (　　)
A.甲可能是因为研磨时未加入SiO2
B.乙可能是因为研磨时未加入CaCO3
C.丙可能是误用水作提取液和层析液
D.丁是正确操作得到的理想结果
D
习题检测
2.为研究光照强度对幼苗光合色素的影响，用纸层析法对正常光照和强光照条件下生长的植物叶片中的光合色素进行分离，结果如图所示(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是
A.色素Ⅳ在提取液中的溶解度最低
B.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收可见光中的蓝紫光和红光
C.强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量
D.色素Ⅰ的颜色为橙黄色、色素Ⅳ的颜色为蓝绿色
C
习题检测
3.科研人员发现了一种色素缺失的豌豆变异植株，提取其色素并进行了纸层析分离，结果如图所示(图中数字代表正常植株的色素带位置)。以下关于该变异植株的叙述正确的是
A.缺失叶绿素b，植株对蓝紫光、红光的吸收能力减弱
B.缺失胡萝卜素，植株对蓝紫光的吸收能力减弱
C.缺失叶绿素a，植株对红光的吸收能力减弱
D.缺失叶黄素，植株对蓝紫光的吸收能力减弱
D

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