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5.4光合作用与能量转化
第一课时
？
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。
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？
用人工光源生产蔬菜，可以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，根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。
影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要条件,让植物达到最佳的生长状态。
问题导入1
问题导入2
1.玉米中有时会出现白化苗。白化苗对植物的生长有什么影响？
2.植物的叶片中含有哪些色素呢？怎样提取和分离这些色素呢？
白化苗不能进行光合作用，无法制造有机物
正常幼苗能进行光合作用制造有机物
白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料。
叶片作为高等植物进行光合作用的主要器官通常都是绿色的，说明其中有绿色的色素。
可见，叶片中的色素与光能的捕获有关。绿叶中有哪些色素呢？
问题导入2
提取色素用什么？原理是什么？
分离色素用什么？原理是什么？
材料用具？实验步骤？
提取色素时加入的几种材料的作用？
分离色素的注意事项？
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
【任务1】合作探究：请同学们阅读教材P98-99<探究实践>，完成以下问题：
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
1. 实验原理
（1）提取原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_______________ 中。
（2）分离原理:各种色素在___________中的__________不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上的_____________,反之则慢。
无水乙醇（丙酮）
层析液
溶解度
扩散更快
2.实验方法
（1）提取方法：过滤法
（2）分离方法：纸层析法
试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，毛细吸管，剪刀，药匙，量筒(10mL)，天平等。
实验材料
2
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，毛细吸管，剪刀，药匙，量筒(10mL)，天平等。
实验材料
2
层析液
碳酸钙
二氧化硅
无水乙醇
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
绿叶
二氧化硅和碳酸钙
无水乙醇
单层尼龙布
棉塞
实验步骤
3
提取绿叶中的色素
④防止无水乙醇挥发和色素氧化褪色
②减少无水乙醇挥发,保证提取更多色素
③色素会吸附在滤纸上，导致收集的滤液中色素含量低
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
①二氧化硅有助于研磨充分；
碳酸钙可以避免色素被破坏
实验步骤
3
制备滤纸条
铅笔线
画滤液细线
要求：细 齐 直
干燥后重复1—2次
滤液细线
防止层析液沿滤纸边缘扩散过快，使分离出的色素带整齐。
使分离出的色素带整齐不重叠。
剪两角原因？
积累更多的色素使分离出的色素带清晰分明。
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
实验步骤
3
分离绿叶中的色素
层析液
培养皿
滤液线
★要求：滤液线不能触及层析液
防止色素溶解在层析液中，无法分离
（防止层析液挥发，因其易挥发且有毒）
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
实验现象
3
捕获光能的色素
类胡萝卜素
叶绿素
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
(占1/4)
(占3/4)
（橙黄色）
（黄色）
（蓝绿色）
（黄绿色）
4.实验结果
最窄
最宽
记忆口诀：胡黄ab向前走，橙黄蓝黄颜色留
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
溶解度从高到低：
＞ ＞ ＞ 。
含量从多到少：
＞ ＞ ＞ 。
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
叶绿素a
叶绿素b
叶黄素
胡萝卜素
5.实验结论
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
实验结果异常分析
6
（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。
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
实验结果异常分析
6
（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”。
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。
可见光的波长是400-760nm。波长不同，颜色不同。
一般情况下，光合作用利用的都是可见光。
4种色素对光的吸收有什么差别吗？
紫外光
红外光
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
阳光通过三棱镜
阳光经过色素提取液后通过三棱镜
现象：光带变暗，
且蓝紫光和红光更明显
光谱
如何探究某种色素对不同颜色光的吸收情况？
绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
叶绿素：主要吸收 ；
类胡萝卜素：主要吸收 。
蓝紫光和红光
蓝紫光
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
1.为什么大多植物的叶片是绿色的？
与生活的联系
正常叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以正常叶片总是呈现绿色。
3.枫叶为什么是红色的？
秋天温度降低，叶绿素分子在低温下易被破坏，而类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色，叶片变黄。
2.为什么许多植物到了秋天叶子会变黄？
秋天时，低温和植物体内积累的可溶性糖有利于液泡中花青素的形成，花青素在酸性的叶肉细胞中变成红色，而叶绿素逐渐降解，叶片呈现红色。
一.探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
3.写出图中的①②③所代表的结构：
①_________________
②_____________
③_____________
阅读教材P100中间三段完成问题:
活动2：叶绿体的结构
叶绿体内膜、外膜（透明）
叶绿体基质
叶绿体基粒
类囊体（单膜）
外膜
内膜
基质
(含有与光合作用有关的酶)
(类囊体薄膜上有色素和与光合作用有关的酶)
基粒
4.叶绿体是如何增大生物膜面积的
叶绿体含有众多的基粒和类囊体，极大地扩展了生物膜面积。
5.进行光合作用所必需的色素和酶分布在叶绿体的哪些结构中
叶绿体的结构(电镜下)
二.叶绿体结构适用于光合作用
1.叶绿体的形态(光镜下)
一般呈扁平的椭球形或球形
2.叶绿体分布在哪里？
主要分布在叶肉细胞，不是所有部位细胞都有叶绿体，如根部细胞
合作探究
结合教材P100“思考·讨论”的内容讨论下列问题:
活动3：叶绿体的功能
1.恩格尔曼实验1
（1）实验结论是什么？
（2）实验材料为什么选择水绵和好氧细菌？
（3）为何要除去小室中原有的空气？
（4）在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？
（5）为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
2.恩格尔曼实验2结论是什么？
3.综合恩格尔曼两个实验和资料2，请总结叶绿体具有什么功能？
二.叶绿体结构适用于光合作用
极 细 光 束
均匀光照
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
结论：
叶绿体光合作用释放氧气。
2.恩格尔曼实验1：
二.叶绿体结构适用于光合作用
极 细 光 束
均匀光照
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
没有空气的黑暗环境排出了氧气和光的干扰。
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。
实验材料为什么选择水绵和好氧细菌？
为何要除去小室中原有的空气？
在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？
2.恩格尔曼实验1：
二.叶绿体结构适用于光合作用
3.恩格尔曼实验2：
三棱镜
结论：
综合上述两个实验可以得出：
照射水绵
好氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域
叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出氧气。
叶绿体主要吸收红光和蓝紫光
二.叶绿体结构适用于光合作用
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，有许多进行光合作用所必需的酶。
色素分子和酶是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
二.叶绿体结构适用于光合作用
结构基础
光合作用与能量转化
绿叶中色素的提取和分离
叶绿体的结构适于进行光合作用
实验原理
实验过程
实验结论
无水乙醇，层析液
叶绿素
类胡萝卜素
红光
蓝紫光
蓝紫光
色素
叶黄素
胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
（蓝绿色）
（黄绿色）
（橙黄色）
（黄色）
含量约占3/4
含量约占1/4
形态:
结构:
功能: 叶绿体是进行光合作用的场所
捕获光能的色素与结构

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