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1.吸收光能的色素分布在（ ）A.叶绿体的外膜上 B.类囊体的薄膜上
C.叶绿体的内膜上 D.叶绿体的基质中 2.绿叶中的色素能够在滤纸上彼此分离开的原因是（ ）A. 色素提取液中的不同色素已经分开 B. 阳光的照射使各种色素能彼此分开 C. 色素在层析液中的溶解度不同　D. 丙酮使色素溶解并且彼此分离的扩散速度不同3.研磨绿叶时要加入碳酸钙，其目的是 ( )A．使各种色素溶解在丙酮中 B．使研磨充分C．防止色素分子被破坏 D．加速研磨
预习自测
B
C
C
第5章 细胞的能量供应与应用
第4节 光合作用与能量转化（第一课时）
生命活动所需要的直接能源物质----ATP
ATP中的化学能来源于？
糖类等有机物中的化学能来源于？
光合作用
第4节
捕获光能的色素和结构
你参观或听说过植物工厂吗？植物在人工精密控制光照、温度、CO2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？
问题探讨
①避免自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成减产。
②可以调控人工光源的强度和不同色光,根据植物生长的情况以使蔬菜产量达到最大。
2.为什么要控制CO2浓度、营养液成分和温度条件？
①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。
②CO2浓度、营养液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。
第4节
捕获光能的色素和结构
太阳光能的输入 、捕获和转化 , 是生物圈得以维持运转的基础 。
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径 。
植物捕获光能需要特定的物质和结构，是什么呢？
叶片是进行光合作用的主要器官。植物的叶片多数是绿色的，说明其中有绿色的色素。
“白化苗”能持续正常地生长吗？
不能，由于白化苗不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
光合作用需要色素，绿叶中的色素可能与光能的捕获有关
正常玉米植株和白化玉米植株
第4节
捕获光能的色素和结构
1. 实验原理
（1）提取原理:叶绿体中的色素属于脂溶性色素，不溶于水，易溶于有机溶剂。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
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
第4节
捕获光能的色素和结构
3. 实验用品及作用
新鲜的绿叶(色素含量多)、干燥定性滤纸、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(10ml)、天平、铅笔等。无水乙醇(95%乙醇+无水碳酸钠)、层析液(20份在60-90℃下分馏出来的石油醚+2份丙酮+1份苯混合)、二氧化硅、碳酸钙。
第4节
捕获光能的色素和结构
称取5g新鲜绿色叶片
剪碎，放入研钵中。
向研钵中放入少许二氧化硅和碳酸钙再加入5～10mL无水乙醇
4. 实验步骤—色素的提取【研磨过滤法】
第4节
捕获光能的色素和结构
进行迅速、充分的研磨。
漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。
保证色素释放的更加充分且挥发量少。
防止无水乙醇挥发和色素分子被氧化
滤纸会吸收大量的滤液，得不到足量的滤液
第4节
捕获光能的色素和结构
4. 实验步骤—色素的分离【纸层析法】
①制备滤纸条
将干燥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
距剪去两角底部1cm处用铅笔画一条细的横线
用毛细吸管吸取少量滤液
沿铅笔线均匀画出一条细线
待滤液干后，再重画细线1-2次
②画滤液细线
铅笔线
画铅笔细线
减少边缘效应，使色素在滤纸条上扩散均匀。
细、直、齐
积累更多色素,使分离的色素带更明显
防止色素带重叠而影响分离效果
剪去两角
重复2-3次
③分离绿叶中的色素
将适量层析液倒入试管(小烧杯)中,将滤纸条插入层析液中,用棉塞塞紧试管口(培养皿盖住烧杯口)
防止色素溶解在层析液中,观察不到色素带.
防止层析液(有毒)挥发
不能让滤液细线触及层析液
为何要塞棉塞或盖培养皿？
第4节
捕获光能的色素和结构
④观察与记录
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
(含量约占1/4)
类胡萝卜素
叶绿素
绿叶中的色素
色素含量
溶解度
扩散速度
最少
最多
较少
较多
最快
较快
较慢
最慢
最高
较高
较低
最低
规律：从上往下依次是：胡 黄 a b
实验视频
绿叶中色素提取与分离实验异常现象分析
③未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
②滤纸条上的滤液细线画得过粗或不整齐
b.滤纸条上的色素带颜色较浅
c.滤纸条色素带重叠
a.滤纸条上未得到色带
①实验过程中滤液细线浸没到层析液中
②用清水代替乙醇进行提取
②未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分。
①使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
④一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。
①没经干燥处理
⑤滤液细线画的次数不够
d.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？
四个同心圆的色素带，从外往里依次为:
胡萝卜素（橙黄）、
叶黄素（黄）、
叶绿素a（蓝绿）、
叶绿素b（黄绿）
课堂练习
1.采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是(　　)
A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B．研磨时加入氧化钙可以防止叶绿素被氧化破坏
C．研磨时添加二氧化硅有助于色素提取
D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散
B
课堂练习
2.在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为(　　)
A．①②③④　　　　　
B．②④①③
C．④②③①
D．③②①④
B
第4节
捕获光能的色素和结构
植物工厂的LED灯都是做成全红、全蓝、红蓝组合三种形式。为什么选择这些光？
三棱镜
红
橙
黄
绿
青
蓝
紫
叶绿素溶液
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
三棱镜
红
橙
黄
绿
青
蓝
紫
类胡萝卜素溶液
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
色素吸收的光谱
正常的光谱
绿叶中的色素对光的吸收有什么差别呢？
三棱镜
结论：叶绿素主要吸收_____________ 类胡萝卜素主要吸收_______
蓝紫光
蓝紫光、红光
白色最好。
蓝紫色或红色光源较好。
课本P99 学科交叉
可见光：400~760nm
紫外光：小于400nm
红外光：大于760nm
光合作用所利用的光都是可见光。
◎旁栏思考：植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
绿叶中的色素几乎不吸收绿光（但不是不吸收）
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？
比较不同色素的吸收光谱：
第4节
捕获光能的色素和结构
(3)氮镁等无机盐：氮镁是构成叶绿素的重要成分，缺镁叶片变黄。
影响叶绿素合成的因素:
(1)光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中叶呈黄色。
(2)温度：低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。
正常韭菜
韭黄
寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色而变黄
叶绿素因寒冷逐渐降解，体内可溶性糖形成红色的花青素
第4节
捕获光能的色素和结构
吸收、传递(四种色素)、转化光能(只有少数特殊状态的叶绿素a)
叶绿素a:C55H72O5N4Mg
叶绿素b:C55H70O6N4Mg
胡萝卜素：C40H56
叶黄素：C40H56O2
光合色素的功能：
②吸收光能的4种色素分布在类囊体薄膜上。叶绿体内由众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。
核糖体
DNA
类囊体薄膜
外膜
内膜
类囊体
基质
基质
基粒
基粒
③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。
①叶绿体由双层膜包被，内含许多基粒(由类囊体堆叠而成)，基粒和基粒之间充满基质。
叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
呈扁平的椭球形或球形
第4节
叶绿体的结构适于进行光合作用
第4节
叶绿体的功能
恩格尔曼实验一
叶绿体的结构适于进行光合作用
好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中
好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围
恩格尔曼实验二
大量好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域
第4节
叶绿体的结构适于进行光合作用
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。
1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么？
2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
3.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？
4.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
氧气是叶绿体在光下释放出来的
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的部位；
没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；
用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光和无光的部位，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了实验结果完全是由光照引起的，等等。
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，叶绿体会释放氧气适于好氧细菌分布。
拓展练习—实验设计
红光、蓝紫光哪种对水绵的光合作用更有利？请参照上述恩格尔曼的材料用具、实验方法，并借助可遮光的带一小孔的黑色纸片，设计实验以确定更利于水绵光合作用的光。请简要写出：
①实验思路；
②预期实验结果及结论即可（要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组）。
实验思路：(1)将一束白光用三棱镜进行分光处理，准备两组；
(2)将经过饥饿处理的水绵与好氧菌制成临时装片，准备两组；
(3)甲组：将黑纸片插于经三棱镜分光处理后的光线与临时装片之间，先让红光从小孔照射到临时装片上，显微镜下目测好氧菌分布的数量；乙组：用同样的方法进行实验，只是将红光改成蓝紫光。
预期实验结果及结论：(1)若好氧菌数量甲组>乙组，则红光更利于光合作用；(2)若好氧菌数量甲组<乙组，则蓝紫光更利于光合作用；(3)若好氧菌数量甲组=乙组，则红光与蓝紫光对光合作用影响相同。
第4节
叶绿体的结构适于光合作用
说明：
在叶绿体巨内部巨大的膜表面（类囊体膜）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。
叶绿体的结构适于进行光合作用
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。（ ）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
一、概念检测
A
×
√
×
一、概念检测
3、甲、乙、丙、丁四位同学，在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，而得到了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是(　　)
A．甲可能误用蒸馏水作提取液
B．乙可能是研磨时加入无水乙醇过多
C．丙可能是正确操作得到的理想结果
D．丁可能是因为研磨时未加入CaCO3
C
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？
【提示】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。
2.与传统的生产方式相比，植物工厂生产蔬菜等食物有哪些优势？又面临哪些困难？你对植物工厂的发展前景持什么观点？请搜集资料，结合自己的思考写一篇综述性短文。
【提示】与传统生产方式相比，植物工厂生产蔬菜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。综述性短文只要证据确凿、逻辑清晰、言之有理,就可以的。

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