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(共37张PPT)
5.4 光合作用和能量转化
一 捕获光能的色素和结构
教学目标
目标
01
02
认同叶绿体的结构特点与其作为光合作用的场所相适应。(生命观念）
理解“绿叶中色素的提取和分离”实验的原理，学会探究实验的设计思路。（科学思维）
温故知新
线粒体
叶绿体
与能量转换有关的细胞器
有机物中
稳定化学能
ATP中活跃的化学能
热能
细胞呼吸
光能
有机物中的化学能
光合作用
光合作用是唯一能够捕获光能和转化光能的途径。
植物工厂中，为什么要给植物提供人工光源？
植物进行光合作用需要 。
光能
玉米（白化苗）
玉米（正常苗）
白化苗由于不能形成叶绿素，无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
正常幼苗能进行光合作用制造有机养料
白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料
说明光合作用需要 去捕获光能。
色素
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
只有叶绿体中的色素可以捕获光能。
一、捕获光能的色素和结构
（一） 捕获光能的色素
实验：绿叶中色素的提取和分离
H2O
CO2
C6H12O6 O2
实验：绿叶中色素的提取和分离
不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高的色素随层析液在滤纸上的扩散速度越快，反之则慢。
①提取色素的原理
色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中;
②分离色素的原理
1【实验原理】
（一） 捕获光能的色素
（体积分数95%乙醇+无水碳酸钠）
分离方法——纸层析法
一、捕获光能的色素和结构
（一） 捕获光能的色素
（1）进行绿叶中色素的提取和分离
（2）探究绿叶中色素的种类
新鲜的绿叶（如菠菜叶）、
定性滤纸等、无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙等
2【目的要求】
3【材料用具】
①提取绿叶中的色素
剪碎
研磨
二氧化硅
：使研磨更加充分
碳酸钙
：防止色素破坏，主要保护叶绿素
无水乙醇
：溶解色素
为什么研磨要迅速、充分？
少量多次
防止乙醇过度挥发，充分溶解色素
称取：5g的绿叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。
4【方法步骤】
①提取绿叶中的色素
过滤
收集
将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中，(单层尼龙布)进行过滤。
用棉塞塞严（目的是防止乙醇挥发和色素氧化）。
4【方法步骤】
②制备滤纸条
4【方法步骤】
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；
铅笔线
剪去两角的原因？
防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快,使形成的色素带不整齐
③画滤液细线
4【方法步骤】
要求：（1）细直匀
（2）干燥后重复1—2次
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；
防止色素带重叠而影响分离效果
增加色素量，使分离出的色素带清晰
滤液细线
画滤液细线
④分离绿叶中的色素
4【方法步骤】
插滤纸条
层析液
培养皿
（1）为何滤液细线不能触及层析液？
（防止色素溶解在层析液中）
（2）为何要盖上培养皿？
（防止层析液挥发，因其易挥发且有毒）
滤纸上色带的排列顺序如何？宽窄如何？说明什么？
⑤观察与记录
4【方法步骤】
上
下
（橙黄色）
（黄色）
（蓝绿色）
（黄绿色）
类胡萝卜素
叶绿素
1、色素带的位置说明什么问题？
2、色素带的宽窄说明什么问题？
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
含量约占3/4
含量约占1/4
溶解度的大小
色素含量的多少
5【实验结果】
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
黄色
蓝绿色
黄绿色
最少
最多
较多
较少
最低
最高
较高
较低
最慢
最快
较快
较慢
绿叶中光合素色的比较
叶绿素由C、H、O、N、Mg构成
拓展实验
如果在圆形滤纸的中央点开始，对叶绿体的色素进行层析，会看到什么现象？
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
实验异常结果分析
1、收集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。
2、滤纸条色素带重叠：
没等干后再划线、滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。
菠菜叶不新鲜，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
未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
实验异常结果分析
3、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，色素溶解到层析液中。
4、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”。
【思考】
思考1：银杏的叶秋季为什么变黄了？
秋季，叶片的叶绿素分子在低温下被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。
思考2： 秋天枫叶变红色的原因是什么？
秋天叶绿体内的色素主要类胡萝卜素，呈橙黄色和黄色；液泡内的色素主要是花青素，在酸性条件下呈红色。
一、捕获光能的色素和结构
2. 光合色素的吸收光谱
叶绿素：吸收 和 。
类胡萝卜素：吸收 。
蓝紫光区
红光区
蓝紫光 红光
蓝紫光
植物工厂为什么不用发绿光的光源？
色素主要吸收蓝紫光和红光，较少吸收绿光。
思考：叶绿素除了吸收红光和蓝紫光，其他可见光吸收吗？
能，只是吸收量较少。
因为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。
思考：为什么叶片呈绿色？秋冬季节为什么变黄了？
（1）光照
光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺光条件下影响叶绿素形成而使叶子发黄的现象，称为黄化现象。
正常韭菜
韭黄
3、影响色素合成的因素
（2）温度
温度过高或过低均降低合成速率，加速叶绿素降解。
秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白等现象，都与低温抑制叶绿素形成有关。
氮、镁：叶绿素的组分；
铁、铜、锰、锌：叶绿素酶促合成的辅因子。
3、影响色素合成的因素
（3）矿质元素：
植物缺水会抑制叶绿素的生物合成，且与蛋白质合成受阻有关。严重缺水时，叶绿素的合成减慢，降解加速，所以干旱时叶片呈黄褐色。
3、影响色素合成的因素
（4）水
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？
拓展应用 教材P101
绿藻：反射绿光
红藻：反射红光
褐藻：反射红黄光
１、1817年法国科学家首次从植物中分离出叶绿素。
２、1865年德国植物学家萨克斯发现
——叶绿素集中在叶绿体结构中
捕获光能的色素存在于哪里？
显微镜下的叶绿体
外膜
内膜
基粒
类囊体
叶绿体基质
①多个类囊体堆叠形成基粒，色素和酶的附着面积增大，极大地扩展了受光面积，利于提高光能的利用率。
②叶绿体基质和类囊体膜上含有光合作用有关的酶。
色素 酶
光合作用的场所：
叶绿体
叶绿体类囊体薄膜
光合色素的分布：
一、捕获光能的色素和结构
（二） 叶绿体的结构适于进行光合作用
2.叶绿体的功能
恩格尔曼实验一
2、叶绿体的功能
三棱镜
恩格尔曼实验二
照射水绵
好氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域
叶绿体中的色素主要吸收蓝紫光和红光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。
叶绿体的功能
讨论：
1.恩格尔曼的第1个实验的结论是什么？
氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
2.恩格尔曼在选材实验设计上有什么巧妙之处
实验材料的选择妙：水绵，不仅具有细而长的带状叶绿体，而且呈螺旋带状分布在细胞中，便于观察；
排出干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境排出了环境中氧气和光的干扰；
观测指标的设计妙：通过需养细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出释放氧气的部位；
实验对照的设计妙：用极细的光束点投射，叶绿体上课分为获得光照部位和无光照部位，相当于一组对照实验，进行黑暗条件下局部光照和完全暴露在光下的对照实验，明确实验结果是由光照引起的。
叶绿体的功能
讨论：
3.在第2个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
这是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，叶绿体会释放氧气适于需氧型细菌在此区域的分布。
4.综上所述，你认为叶绿体有什么功能
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。
一、捕获光能的色素和结构
（二） 叶绿体的结构适于进行光合作用
恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。结合其他的实验证据，科学家们得出叶绿体是进行光合作用的场所这一结论。
在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，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酶。
这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
课堂小结
色素分类
叶绿素
（含量约3/4）
类胡萝卜素（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)
叶绿体结构
色素分布位置：
叶绿体类囊体薄膜
双层膜：内膜和外膜
由叶绿体类囊体薄膜堆叠而成，含有光合作用有关的色素和酶
基 粒：
含有多种酶，DNA、RNA和核糖体
基 质：
吸收、传递、转化光能
功 能：
捕获光能的色素和结构
感谢聆听!

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