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(共31张PPT)
第4节 光合作用和能量转化
捕获光能的色素和结构
第5章 细胞的能量的供应和利用
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。
1.色素提取时所用试剂及作用？
无水乙醇：
二氧化硅：
碳酸钙：
2.菠菜叶放置24-36小时的原因？
防止水分过多影响提取效果
3.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。
提取绿叶中的色素
4.过滤时尼龙布能否用滤纸替代
不能。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低
溶解色素；
使研磨更加充分；
保护色素免于被破坏
纸层析法:
分离绿叶中的色素
分离色素的方法
分离色素的原理
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。
不同色素在层析液中的溶解度不同。
溶解度高的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；
溶解度低的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。
分离绿叶中的色素
1.制备滤纸条时为什么要减去两角？
2.滤液细线的划线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？
减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。
画滤液细线的原则是细、直、齐。待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。
3.为何滤液细线不能触及层析液？
防止色素溶解在层析液中。
一、捕获光能的色素
4.滤纸条剪去滤纸两角？
减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。
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
色素带 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
最少
最高
最快
黄色
较少
较高
较快
蓝绿色
最多
较低
较慢
黄绿色
较多
最低
最慢
叶绿素由C、H、O、N、Mg构成
叶绿素
（含量约占3/4）
类胡萝卜素（含量约占1/4）
绿叶中四种光合素色的比较
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
花青素，是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物质大部分与之有关。在植物细胞液泡不同pH条件下，花青素使花瓣、叶片等呈现五彩缤纷的颜色。
知识拓展
绿色植物通过光合色素捕获光能，色素有四种：叶绿素a和叶绿素b合称叶绿素，胡萝卜素和叶黄素合称类胡萝卜素。
利用绿叶中的光合色素溶解于有机溶剂的特点，可通过研磨、过滤的方法提取得到。
利用绿叶中的四种光合色素在层析液中的溶解度不同，可通过纸层析法进行分离。
课堂小结
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
1881年，德国科学家恩格尔曼用水绵和好氧细菌做了这样的实验:
阅读教材P102的思考·讨论，回答相关问题。
恩格尔曼的实验（一）
1.实验的自变量和因变量是什么？
自变量：
因变量：
叶绿体是否光照
（观测指标：好氧细菌的分布）
完全光照
叶绿体光照部位是否产生氧气
黑暗，无空气
极细光束照射
好氧细菌
二、叶绿体结构适于光合作用
恩格尔曼的实验（一）
2.在选材、实验设计上有何巧妙之处？
设计：
选材：
①无空气黑暗环境,排除氧气和光的干扰
①水绵叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；
②用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
②用极细光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。
阅读教材P102的思考·讨论，回答相关问题。
二、叶绿体结构适于光合作用
和黑暗条件下用极细光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。
3.为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
恩格尔曼的实验（一）
叶绿体能吸收光能用于光合作用
氧气是叶绿体释放出来的
4.由此实验能得出什么结论？
阅读教材P102的思考·讨论，回答相关问题。
二、叶绿体结构适于光合作用
这是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，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布。
恩格尔曼的实验（二）
5.为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？
三棱镜
好氧细菌
二、叶绿体结构适于光合作用
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
概念检测
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（ ）
×
√
×
概念检测
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
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所形成的，即红藻反射出红光，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。

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