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(共49张PPT)
第五章 细胞的能量供应和利用
光合作用与能量转化
第五章 第4节
一 捕获光能的色素和结构
光合作用是最伟大的魔术
——居里夫人
光合作用是捕获和转化光能的唯一生物途径。
绿色植物通过光合作用制造的有机物和氧气，滋养了地球上亿万生灵。
光合作用是最伟大的魔术
——居里夫人
约4400亿吨
地球表面的绿色植物每年通过光合作用制造的有机物。
约7.11×1018 千焦
地球表面的绿色植物每年通过光合作用储存的能量。
23000个
三峡水电站
100倍
人类全部所需能量
统计数据
太阳能
光合作用是捕获和转化光能的唯一生物途径。
绿色植物通过光合作用制造的有机物和氧气，滋养了地球上亿万生灵。
约7.7亿吨
中国粮食消耗
2018年
绿色植物捕获光能，依靠什么？
捕获光能的色素
目录
NO.1丨捕获光能的色素
NO.2丨叶绿体的结构适于进行光合作用
NO.3丨光合作用的原理
NO.4丨光合作用原理的应用
Pigment that captures light energy
catalogue
约4400亿吨
地球表面的绿色植物每年通过光合作用制造的有机物。
约7.11×1018 千焦
地球表面的绿色植物每年通过光合作用储存的能量。
统计数据
太阳能
白化苗由于不能进行光合作用，待种子中的营养成分消耗完后就会死亡。
植物正常生长需要光能，而叶片中的色素可能与光能的捕获有关。
玉米中的白化苗和正常苗
1. 绿叶中的色素是一种还是多种呢？
2. 用什么方法可以获得绿叶中的色素呢？
实验：绿叶中色素的提取和分离
实验目的
提取和分离绿叶中的色素
探究绿叶中色素的种类
实验：绿叶中色素的提取和分离
色素提取
绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中
色素分离
不同的色素在层析液中溶解度不同，溶解度越高，随层析液在滤纸上的扩散得越快
层析液分离色素
无水乙醇提取色素
实验原理
新鲜的绿叶（菠菜）
干燥的定性滤纸、试管、棉塞、试管架、研钵、玻璃漏斗、尼龙布、毛细吸管、剪刀、药匙、量筒等
菠菜
研钵
玻璃漏斗
无水乙醇、层析液、二氧化硅
碳酸钙
试管和试管架
干燥的定性滤纸
剪刀
实验材料
实验：绿叶中色素的提取和分离
实验步骤
1、提取绿叶中的色素
称取5g绿叶
剪去主叶脉
剪碎
放入研钵中
①取材
实验：绿叶中色素的提取和分离
1、提取绿叶中的色素
放入少许二氧化硅和碳酸钙，再放入10mL无水乙醇，迅速、充分地研磨
①取材
②研磨
●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
●无水乙醇：溶解（提取）色素
●迅速：防止乙醇挥发和色素的破坏
●充分：叶绿体能够被充分破坏，使得色素能充分被释放出来
要点提示
实验步骤
实验：绿叶中色素的提取和分离
要点提示
1、提取绿叶中的色素
将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
①取材
②研磨
③过滤
●用单层尼龙布过滤，不可用滤纸，为什么？
单层尼龙布
●
实验步骤
实验：绿叶中色素的提取和分离
要点提示
1、提取绿叶中的色素
将滤液收集到试管中,及时用棉塞将试管口塞严。
①取材
②研磨
③过滤
④收集
●塞严试管口以防止无水乙醇的挥发
实验步骤
实验：绿叶中色素的提取和分离
2、色素的分离
●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。
①制备滤纸条
实验步骤
●再将滤纸条的一端剪去两个角。
●并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线。
滤纸条
避免层析液在边缘扩散过快，使其同步到达细线
实验：绿叶中色素的提取和分离
要点提示
2、色素的分离
①制备滤纸条
滤纸条
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，待滤液干后，再重画一到两次。
●滤液细线要求：细、直、齐，防止色素带重叠而影响分离效果
●重复1-2次，为了积累更多的色素使分离色素带更明显
实验步骤
实验：绿叶中色素的提取和分离
要点提示
●不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤液上扩散。
2、色素的分离
将适量的层析液倒入试管中
③分离色素
①制备滤纸条
②画滤液细线
将滤纸条轻轻插入层析液中，随后用棉花塞紧试管口。（也可用小烧杯代替试管）
滤纸条
层析液
滤液细线
培养皿
实验步骤
实验：绿叶中色素的提取和分离
2、色素的分离
观察滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素带的颜色和宽窄。
③分离色素
①制备滤纸条
②画滤液细线
④观察
实验步骤
实验：绿叶中色素的提取和分离
结果分析
（橙黄色）
（黄 色）
（蓝绿色）
（黄绿色)
滤纸条上出现了几条色素带？
类胡萝卜素
4条色素带
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素
叶绿素a
叶绿素b
（含量约3/4）
（含量约1/4）
实验：绿叶中色素的提取和分离
类胡萝卜素
（含量约1/4）
胡萝卜素
胡萝卜素主要有α、β、γ三种形式，其中最为重要的为β-胡萝卜素。它是自然界中最普遍存在也是最稳定的天然色素。它是一种最常见的维生素A补充剂。维生素A对于人体视觉发育至关重要。
叶黄素
叶黄素在蔬菜、水果、花卉等植物中广泛存在，也是存在于人眼视网膜黄斑区的主要色素。人类等哺乳动物不能自行合成叶黄素，外来食物是唯一的叶黄素摄入来源。
组成元素为C、H、O
组成元素为C、H
知识拓展
叶绿素
（含量约3/4）
1、组成元素：
C、H、O、N、Mg
2、影响叶绿素合成的三大因素
光照
温度
必需元素
韭黄，同属于韭菜的一种，韭黄是韭菜通过培土，遮光等在黑暗环境中软化栽培后产生的黄化韭菜。
秋天叶片变黄
柑橘缺镁，叶面黄化
知识拓展
叶子为什么会变色？
春夏季
秋季
冬季
落叶
植物为了生长会产生大量的叶绿素进行光合作用，所以此时叶子多呈绿色。
叶绿素的分解速度比类胡萝卜素快，叶绿素比例下降，类胡萝卜素的颜色显露出来。
当温度低于7 ℃时，树叶中会生成花青素。花青素是植物花瓣中主要的显色物质，如玫瑰、牡丹等。
树叶落地后，树叶中的各种色素会逐渐降解，这时残留于叶中“单宁”的颜色——褐色便呈现出来。
知识拓展
结果分析
溶解度最大，扩散最快
溶解度最小，扩散最慢
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）
色素带在滤纸条上是按照什么次序分布的？
按照不同色素在层析液中的溶解度来分布，在层析液中溶解度越大，排在越上层。
溶解度下降
实验：绿叶中色素的提取和分离
结果分析
最宽，含量最多
最窄，含量最少
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）
不同色素带在滤纸条上的宽度相同吗？这说明了什么？
不同，含量越多，宽度越大
实验：绿叶中色素的提取和分离
实验：绿叶中色素的提取和分离
色素分离的其他方法:
●在滤纸的中央滴一滴色素提取液
●再滴一滴层析液
●由外向内依次是什么颜色？分别是什么色素？
色素随层析液扩散，会得到近似同心环的4个色素圈。
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
结果分析
实验：绿叶中色素的提取和分离
色素种类
色素含量
扩散速度
溶解度
类胡萝卜素
含量约1/4
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素
含量约3/4
叶绿素a
叶绿素b
最少
较少
最多
较多
最快
较快
较慢
最慢
最大
较大
较小
最小
实验总结
绿叶中色素的种类。。。
不同色素在吸收光能方面有什么区别？
色素的吸收光谱
光谱
阳光穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。
阳光是由不同波长的光组合成的复合光
色素的吸收光谱
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
叶绿素主要吸收
类胡萝卜素主要吸收
根据吸收光谱判断：
红光和蓝紫光
蓝紫光
色素的吸收光谱
冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选择红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？
问题1
提示：无色。由于太阳光由七色光组成，所以用无色透明的塑料薄膜，植物获得的光能更多。
阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色(选“蓝紫光或红光”/“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
问题2
提示：蓝紫光或红光。在照明灯功率相同的情况下，选用发蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率最高。
色素的吸收光谱
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）
绿叶中的色素
类胡萝卜素
含量约1/4
叶绿素
含量约3/4
主要吸收蓝紫光
主要吸收红光和蓝紫光
这些色素存在于细胞中什么部位呢？
叶绿体的结构适于进行光合作用
目录
NO.1丨捕获光能的色素
NO.2丨叶绿体的结构适于进行光合作用
NO.3丨光合作用的原理
NO.4丨光合作用原理的应用
The structure of chloroplasts is suitable for photosynthesis
catalogue
叶绿体的结构
借助电子显微镜的进一步观察。。。
植物的叶肉细胞
含有大量椭球形或球形
叶绿体
叶绿体的结构
●
●
叶绿体
chloroplast
分布：
植物细胞
功能：
光合作用的主要场所
昵称：
养料制造车间、能量转换站
结构：
双层膜
外膜
内膜
外膜 内膜
基粒 类囊体 基质
●
基粒
（圆柱状）
●
类囊体
（单层膜围成的扁平小囊）
色素分布于其上
●
基质
（液状）
内含：
DNA、RNA、酶、色素、核糖体
叶绿体的功能
极细的光束
黑暗，无空气
完全曝光
无空气
恩格尔曼实验一
水绵
好氧细菌
极细光束照射
完全曝光
黑暗 无空气
好氧细菌集中于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
小组讨论，问题探究
恩格尔曼第一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。
极细的光束
黑暗，无空气
完全曝光
无空气
恩格尔曼实验一
水绵
好氧细菌
极细光束照射
完全曝光
黑暗 无空气
好氧细菌集中于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
小组讨论，问题探究
为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
叶绿体的功能
黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。
极细的光束
黑暗，无空气
完全曝光
无空气
恩格尔曼实验一
水绵
好氧细菌
极细光束照射
完全曝光
黑暗 无空气
好氧细菌集中于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
小组讨论，问题探究
为什么先用极细光束照射，而后让水绵完全曝光？
叶绿体的功能
用极细光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
恩格尔曼实验二
叶绿体的功能
小组讨论，问题探究
在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放更多的氧气，适于好氧细菌在此区域分布。
光
三棱镜
临时装片
恩格尔曼实验二
叶绿体的功能
小组讨论，问题探究
恩格尔曼选用水绵和好氧细菌作为实验材料，有什么巧妙之处？
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，好氧细菌可确定释放氧气多的部位
恩格尔曼实验二
叶绿体的功能
小组讨论，问题探究
综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
叶绿体能吸收特定波长的光，用于光合作用并释放出氧气。
思考
叶绿体
光合作用
结构基础
类囊体
色素和酶
酶
叶绿体基质
叶绿体有哪些适于进行光合作用的结构？
本节小结
一、捕获光能的色素
①提取：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中
（1）实验原理
②分离：不同的色素在层析液中溶解度不同，溶解度越高，随层析液在滤纸上的扩散得越快
（2）实验步骤
（1）提取：①取材→②研磨→③过滤→④收集
1、实验：绿叶中色素的提取和分离
（2）分离：①制备滤纸条→②画滤液细线→③分离色素→④观察
（3）注意事项
（1）分离色素时加入3种物质的作用：
①二氧化硅：有助于研磨得充分
②碳酸钙：可防止研磨中色素被破坏
③无水乙醇：溶解（提取）色素
本节小结
一、捕获光能的色素
（3）注意事项
1、实验：绿叶中色素的提取和分离
（2）研磨要迅速：防止乙醇挥发和色素的破坏
（3）研磨充分：叶绿体能够被充分破坏，使得色素能充分被释放出来
（4）滤纸一端要剪去两个角，避免层析液在边缘扩散过快，使其同步到达细线
（5）滤液细线要求：细、直、齐，防止色素带重叠而影响分离效果
（6）画滤液细线要重复1-2次，为了积累更多的色素使分离色素带更明显
（7）分离色素时，不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤液上扩散。
本节小结
一、捕获光能的色素
2、色素的吸收光谱
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）
主要吸收蓝紫光
主要吸收红光和蓝紫光
本节小结
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1、叶绿体的结构
双层膜
外膜 内膜 基粒 类囊体 基质
2、叶绿体的功能
吸收光能，进行光合作用
3、结构基础
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。
练习与应用
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) 叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。（ ）
(2) 叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能。（ ）
(3) 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。 （ ）
×
√
×
练习与应用
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种色素
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
A
练习与应用
3、从绿叶中提取色素，选取的最佳叶片应（ ）
a. 肥嫩多汁的叶片 b. 革质叶片
c. 刚刚长出来的小嫩叶 d. 鲜嫩，颜色浓绿的叶片
4、下列关于 “ 绿叶中色素的提取和分离 ” 的实验描述中，不属于实验要求的是（ ）
a. 提取高等植物叶绿体中的色素 b. 用纸层析法分离色素
c. 了解各种色素的吸收光谱 d. 验证叶绿体中所含色素的种类
D
C
练习与应用
5、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，下列与之有关的叙述中，错误的是( )
D
a.应向培养皿中倒入层析液
b.应将滤液滴在a处，而不能滴在b处
c.实验结果应是得到四个不同颜色的同心圆(近似圆形)
d.实验得到的若干个同心圆中，最小的一个呈橙黄色
练习与应用
6、下列是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是( )
a.提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发
b.水稻在收获时节,叶片中色素的含量是(甲+乙)<(丙+丁)
c.四种色素都能溶解在层析液中,乙色素的溶解度最大
d.四种色素中,丙和丁主要吸收红光
B
练习与应用
7、将a、b、c、d四盆长势均匀的植物 置于阳光下，a添加红色光照，b添加绿色光照，c隔红色滤 光片，d隔绿色滤光片(如图所示)。经过一段时间后，各盆 植物中长势最好的是( )
A
本节结束

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