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第4节 光合作用和能量转化
第一课时
捕获光能的色素和结构
课标要求 核心素养
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能。 1.生命观念：认同叶绿体的结构特点与其作为光合作用的场所相适应。
2．科学探究：通过对“绿叶中色素的提取和分离”实验的操作，提升实验探究能力。
植物工厂
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。
一、捕获光能的色素
那么，绿叶中与光合作用有关的色素和结构有哪些呢？它们有什么特点和功能呢？
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。
思考：“白化苗”能持续正常地生长吗？
光合作用与细胞中的色素有关。
白化苗不能进行光合作用，不能正常生长。
实验原理：
探究实践：绿叶中色素的提取和分离
（1）提取：色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中
（2）分离：不同色素在层析液中的溶解度不同
目的要求：
材料用具：
绿叶中色素的提取和分离及色素的种类
新鲜的绿叶、
定性滤纸等、无水乙醇等
一、捕获光能的色素
1. 用什么方法可以获得绿叶中的色素呢？
2. 绿叶中的色素是一种还是多种呢？
3.提取色素要注意什么？
使色素溶解于试剂中。
破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。
保证色素的结构和活性不被破坏。
一、捕获光能的色素
1.色素提取时所用试剂及作用？
无水乙醇：溶解色素；
二氧化硅：使研磨更加充分；
碳酸钙：保护色素免于被破坏。
2.研磨时应注意什么？原因为何？
迅速且充分。保证色素释放的更加充分且挥发量少。
注意：加少许的二氧化硅和碳酸钙、10ml无水乙醇，进行迅速、充分地研磨。
3.分离色素的方法：
分离色素的方法是“纸层析法”。
层析法是利用待分离物质中不同组分的某些理化性质的差异而建立起来的一种分离技术。
一、捕获光能的色素
4.滤纸条剪去滤纸两角？
使层析液能同步到达滤液细线
5.不能让滤液细线触及层析液？
防止色素溶解在层析液中
6.层析液的成分及注意事项？
层析液由苯、丙酮、石油醚按一定比例混合而成。
使用时应注意盖好盖子并避免洒出。层析过程应在通风处进行，结束时应用肥皂将手洗干净。
7.滤液细线的划线原则？
细、直、匀。
8.分离后的色素有几种？有何差异？
一、捕获光能的色素
你还可以用哪些方法分离这些色素？
结果
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）
扩散速度最快
含量多
层析液易挥发且有一定毒性，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。
注意
比较不同植物或不同颜色叶片中的色素？
一、捕获光能的色素
红光和
蓝紫光
（蓝绿色）
叶绿素a
（黄绿色）
叶绿素b
（橙黄色）
胡萝卜素
叶黄素
（黄色）
叶绿素
(约占3/4)
类胡萝卜素
（约占1/4）
蓝紫光
色素的作用：吸收、传递、转换光能
一、捕获光能的色素
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
红光
蓝紫光
一、捕获光能的色素
一、捕获光能的色素
一、捕获光能的色素
植物工厂的LED灯都是做成全红、全蓝、红蓝组合三种形式。
植物工厂里为什么不用发绿光的官光源？
不同波长的光具有明显不同的生物学效应，包括对植物的形态结构与化学组成、光合作用和器官生长发育等方面的不同影响。
绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中制造有机物。
绿叶中可用于光合作用的四中色素存在于细胞中的生么部位呢
二、叶绿体结构适于光合作用
叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构——类囊体堆叠而成。
吸收光能的4种色素分布在类囊体的薄膜上，基粒与基粒之间充满了基质。
叶绿体内众多的基粒和类囊体，极大扩展了受光面积。
在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用的酶
1g菠菜叶片中的类囊体总面积竟有60m2左右。
二、叶绿体结构适于光合作用
水绵
黑藻
仔细观察，水绵的叶绿体有什么特殊之处？
实验 验证叶绿体是光合作用的场所
水绵是藻类,真核生物
每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成。
水绵很明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。
好氧细菌：聚集在
氧气产生的地方。
二、叶绿体结构适于光合作用
二、叶绿体结构适于光合作用
恩格尔曼的第一个实验
1.实验材料为什么选择水绵和好氧细菌？
2.为何要除去小室中原有的空气？
3.在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？
实验 验证叶绿体是光合作用的场所
水绵的带状叶绿体螺旋分布于细胞中，便于进行观察研究。
好氧细菌对O2很敏感，能够准确的检测出O2产生的场所。
排除原有氧气对实验结果的干扰
排除光对实验结果的干扰
二、叶绿体结构适于光合作用
恩格尔曼的第一个实验
4.为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
5.由实验能得出什么结论？
实验 验证叶绿体是光合作用的场所
前后对照
氧气是光照条件下由叶绿体释放的
二、叶绿体结构适于光合作用
思考：
结合刚刚学过的色素吸收光存在差异这一知识，同学们能否在恩格尔曼第一个实验的基础上进一步提出所要研究的问题？
工具：三棱镜
好氧细菌
水绵
好氧细菌
二、叶绿体结构适于光合作用
资料：
又结合其他实验证据，科学家们证明了：在叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。
叶绿体是光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
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，还有很多进行光合作用所必需的酶。
问题探讨
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。
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
红色/蓝色LED灯
二氧化碳发生器
植物工厂
1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
①可以避免自然光照强度不足，光合作用强度降低而造成的减产。②人工光源的强度和光质可控，可根据植物生长情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。
问题探讨
2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
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，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。
二氧化碳发生器
植物工厂
问题探讨
红色/蓝色LED灯
二氧化碳发生器
~~~~~练习与应用~~~~~
一、×√× A
二、1.有关。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。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。
2.与传统方式相比，植物工厂可以精确控制植物的生长周期、生长环境、上市时间等，但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种不同蔬菜的生理特性等问题。

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