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(共37张PPT)
光合作用与能量转化
植物工厂
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。
讨论
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？
问题探讨
可以增强光照强度，调节温度、CO2浓度等，有利于植物的光合作用；而且不受外界天气的影响，一年四季都可以生产各种蔬菜。
因为植物光合作用还需要二氧化碳作原料，
植物生长需要无机盐、适宜的温度等条件。
一、捕获光能的色素和结构
正常的绿色玉米幼苗可以生长
白化玉米幼苗，待种子中储存的养分耗尽就会死去。
植物捕获光能依靠特定的物质和结构：
叶片中的色素
有些植物的叶片在不同时期颜色不同。
有些植物叶片不是绿色的。
叶片中的色素有哪些种类，含量又是多少呢？作用是什么？
实验：绿叶中色素的提取和分离
一、原理
1、提取原理（萃取法）
2、分离原理（纸层析法）
绿叶中的色素不只一种，它们都能溶解在层析液中。但不同的色素在层析液中的溶解度不同：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着层析液在滤纸上的扩散而分开。
绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇/丙酮中。
新鲜的绿叶 : 色素含量高,如菠菜的绿叶
无水乙醇 :
层析液 （石油醚∶丙酮∶苯=20∶2∶1）:分离色素
二氧化硅: 研磨充分
碳酸钙:防止研磨中色素被破坏
二、实验材料用具
=
提取色素
4.分离绿叶中的色素
3.画滤液细线
2.制备滤纸条
1.提取绿叶中的色素
5.观察与记录
三、实验步骤
三、实验步骤
1.提取绿叶的色素
①称取5g菠菜叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中
②加少许的二氧化硅、碳酸钙与10ml无水乙醇，迅速充分研磨
③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中(单层尼龙布)进行过滤
④将滤液收集到试管中，用棉塞塞严
①取材
②研磨
③过滤
④收集
过滤叶脉及二氧化硅而不吸附色素(不用滤纸）。
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。
防止无水乙醇的挥发
防止无水乙醇的挥发
2.制备滤纸条
将滤纸条的一端剪去两个角，
并在距这端1cm处用铅笔画一条细的横线。
剪去两角
铅笔线
1CM
避免层析液在边缘扩散过快，使其同步到达细线
3.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。
等滤液干后再画一到两次。
防止色素太少导致分离现象不明显
要求细、直、齐，防止色素带重叠
4.分离色素
将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。
注意：不能让滤液细线接触层析液
层析液
培养皿
防止色素溶解在层析液中
防止层析液挥发
（1）滤纸上有几条色素带？
（4）不同的色素带分别对应哪些色素？
（2）从上而下的排序说明了什么？
4条
（3）不同条带的宽窄说明了什么？
含量不同
溶解度不同
5.观察与记录
提示：根据颜色判断
胡黄ab
色素种类 颜色 含量 溶解度 扩散速度
胡萝卜素
橙黄色
最少
最高
最快
叶黄素
黄色
叶绿素a
蓝绿色
最多
叶绿素b
黄绿色
较多
最低
最慢
类胡萝卜素：含量约1/4
叶绿素：含量约3/4
思维拓展
在滤纸的中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，色素随层析液扩散，会得到近似同心环的4个色素圈，由外向内依次是什么色素？分别是什么颜色？
色素：胡萝卜素、叶黄素、 叶绿素a、叶绿素b
颜色：橙、黄、蓝绿、黄绿
实验中的材料试剂及操作目的
过程 操作内容 操作目的
提 取 色 素 材料 叶片要新鲜、深绿 使滤液中色素含量高
试剂 二氧化硅 利于绿叶的充分研磨
碳酸钙 防止研磨过程中色素被破坏
无水乙醇 溶解色素
关键 步骤 研磨要迅速、充分 提取较多色素、防止溶剂挥发
盛滤液的试管口加棉塞 防止溶剂挥发
用单层尼龙纱布过滤而不用滤纸 防止色素吸附在滤纸上
分 离 色 素 试剂 层析液 分离色素
关键 步骤 滤纸条的一端剪去两角 防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐 使分离的色素带清晰
滤液细线不能触及层析液 防止色素溶解到层析液中
色素的吸收光谱实验结果
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
阳光由不同波长的光组合成复合光。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。
对比分析
功能：吸收、传递和转化光能
光是一种电磁波；可见光的波长是400-760nm；不同波长的光，颜色不同；波长小于400nm的光是紫外光；波长大于760nm的光是红外光；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光；
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
红光和蓝紫光
蓝紫光
知识拓展:
不可用于光合作用
例2.下列关于绿叶中色素的提取和分离实验的相关说法正确的是( )
A.提取色素时需使用体积分数为75%的乙醇
B.滤纸条上含量最多的叶绿素a呈现黄绿色
C.叶绿素在层析液中的溶解度比类胡萝卜素大
D.研磨时若不加入碳酸钙,得到的色素带可能只有两条
1.下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验原理的叙述,正确的是（ ）
A.加人少许二氧化硅可防止在研磨时叶绿体中的色素受到破坏
B.用无水乙醇将叶绿体中的色素进行分离
C.滤纸条最上面的色素带呈黄绿色
D.溶解度越高的色素随层析液在滤纸上扩散得越快
D
D
2.某生物兴趣小组利用韭菜和韭黄进行相关实验,纸层析法分离色素的结果如下图所示,下列说法错误的是( )
A.韭黄中缺少叶黄素、胡萝卜素
B.韭菜中含量最多的色素是叶绿素a
C.图中每种色素都能吸收蓝紫光
D.色素分离的原理是不同的色素在层析液中的溶解度不同
3.在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时,不能让层析液没及滤液细线的原因是( )
A.色素会溶解在层析液中而使实验失败
B.滤纸上的几种色素会混合起来不分散
C.滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散
D.滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果
A
A
7.下图为某次“绿叶中色素的提取和分离”实验的结果示意图,实验材料分别为新鲜菠菜叶和一种蓝细菌经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是( )
A.研磨时加入过量碳酸钙会破坏色素
B.层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C.在未封闭的烧杯中进行层析时,需通风操作
D.实验验证了该种蓝细菌不含叶绿素b
D
叶绿体色素提取分离实验异常现象分析
1、收集到的滤液绿色过浅的原因分析
(1)叶片不新鲜，叶绿素含量低。
(2)未加二氧化硅，研磨不充分。
(3)未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(4)一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。
2、滤纸条色素带重叠
滤液细线画太粗或不整齐
3、滤纸条看不见色素带
(1)忘记画滤液细线。
(2)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。
异常现象的分析
一、若色素提取液呈淡绿色的，其原因有
①选取的叶片颜色不是浓绿色或称取的绿叶过少或放置数天的菠菜叶，色素含量少
②加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小
③未加碳酸钙或加入的过少，色素分子部分破坏
④未加二氧化硅，研磨不充分，色素未能充分提取出来
二、若色素带颜色较浅，其原因有
⑤划滤液细线的次数太少，滤纸条上的色素含量少
⑥层析时，部分滤液细线已触及层析液
同上4点
提取液
色素带
【例1】在“绿叶中色素的提取和分离”实验中得到的色素带颜色较浅,分析其原因可能是( )
①加入的丙酮太多
②用无水乙醇代替丙酮
③研磨时没有加入CaCO3
④研磨时没有加入SiO2
⑤选取的叶片的叶脉过多,叶肉细胞过少
⑥画滤液细线的次数少
⑦使用放置数天的菠菜叶
A.①②③⑦ B.①②④⑤
C.①③④⑤⑥⑦ D.②③④⑤⑥
C
影响叶绿素合成的因素：
（1）光照：光照是影响叶绿素合成的主要因素，植物在黑暗一般不能合成叶绿素，因而叶片发黄；
（2）温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成；另外，低温时叶绿素分子易被破坏，因此秋天叶片变黄；
（3）矿质元素：叶绿素中含有N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成；
正常韭菜
韭黄
1、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；大棚内照明灯在功率相同的情况下，最好选蓝紫光和红光。
2、树叶为什么是绿色的
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。
3、秋季叶子为什么变黄了？
秋季温度降低，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。
与生活的联系
二、拓展应用
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？
有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。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红藻分布于海水深的地方。
二、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
类囊体薄膜上
类囊体薄膜和基质
色素分布：
酶分布：
1.叶绿体结构
（电子显微镜）
类囊体 X n
捕获光能、光合作用的结构基础：
极大扩展了受光面积
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
叶绿体除了吸收光能以外，还有什么功能吗？
叶绿体的功能---恩格尔曼实验
思考·讨论
（教材P100）
1、这个实验的材料选了什么？
2、这个实验做了哪些对照？
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
极 细 光 束
均匀光照
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。
资料1：恩格尔曼的实验
2.恩格尔曼 实验二
三棱镜
结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光
照射水绵
好氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域
综合上述两个实验可以得出：叶绿体是光合作用的场所
2、恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
水绵：
叶绿体呈螺旋式带状，便于观察
好氧细菌：
确定释放氧气多的部位
无空气黑暗环境：
排除氧气和光的干扰
极细光束：
叶绿体上可分为光照多和光照少的部位（对比实验）
暴露于光下：
验证实验结果
问题探究
【例5】下图为叶绿体结构示意图,下列叙述错误的是( )
A.1具有选择透过性
B.叶绿体具有双层膜
C.吸收光能的色素分布在2上
D.与光合作用有关的酶只分布在3中
D
【例6】将竖直放置的水绵和某种需氧细菌的混合溶液放在暗处,白光透过三棱镜照在混合液处,一段时间后,需氧细菌的分布情况最可能是( )
A.随机、均匀分布在混合液中
B.集中分布在上下两侧
C.集中分布在中央位置
D.集中分布在溶液的下层
B
分析：为什么植物春夏叶子翠绿 而深秋则叶片金黄呢？
由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡罗卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色
低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来
捕获光能的色素
捕获光能的色素
当温度低于7 ℃时，树叶中会生成花青素。
3、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；
2.恩格尔曼 实验一
极细的光束
黑暗中——集中于叶绿体被光束照射的部位
光下——分布于叶绿体所有受光部位
水绵
需氧细菌
结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。

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