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5.4 光合作用与能量转化
问题探讨
植物工厂
1、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
用人工光源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。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。
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。
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物途径。
捕获光能的色素和结构
如何捕获？
光合色素捕获光能。
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。
2、分离原理：
实验：绿叶中色素的提取和分离
一、实验原理
1、提取原理：
绿叶中的色素属于脂溶性色素，不溶于水，易溶于有机溶剂，因此可用无水乙醇（或丙酮）等有机溶剂来提取。
绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同。溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快。
——纸层析法
新鲜的绿叶
实验：绿叶中色素的提取和分离
二、实验目的
1、提取和分离绿叶中的色素。
2、探究绿叶中色素的种类。
三、材料用具
（色素含量高，如菠菜的绿叶）
无水乙醇
（或用体积分数为95%的乙醇，加入适量的无水碳酸钠）
二氧化硅
碳酸钙
层析液
（有助于研磨得充分）
（防止研磨中色素被破坏）
（石油醚：丙酮：苯=20：2：1）
（溶解色素）
实验：绿叶中色素的提取和分离
四、方法步骤
1
2
3
4
①剪碎
②放入少许二氧化硅和碳酸钙，
再放入5~10mL无水乙醇，
迅速、充分地研磨。
③过滤
单层尼龙布
试管口塞严
过滤不吸附色素
防挥发
防止溶剂挥发，充分溶解色素
1、提取色素
四、方法步骤
2、制备滤纸条
实验：绿叶中色素的提取和分离
防止两侧色素扩散过快，减少边缘效应，
使色素在滤纸上扩散均匀。
在距底部1cm处用铅笔画一条细的横线
剪去两角：
四、方法步骤
3、画滤液细线
实验：绿叶中色素的提取和分离
方法：
用毛细吸管吸取滤液；
用盖玻片蘸取滤液。
要求：
②待滤液干后重复1~2次。
防止色素带重叠，从而影响分离效果
①细、齐、匀：
四、方法步骤
4、分离绿叶中的色素
实验：绿叶中色素的提取和分离
为何滤液细线不能触及层析液？
注意：用培养皿盖上小烧杯。
防止层析液挥发，因其易挥发且有毒。
防止色素溶解在层析液中。
五、观察与记录结果
实验：绿叶中色素的提取和分离
颜色 色素 扩散速度 溶解度 宽窄 含量
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
最快
最高
较快
较高
较慢
最慢
较低
最低
最窄
较窄
最宽
较宽
最少
较少
较多
最多
①称取绿叶过少或放置数天的菠菜叶；
④加入的无水乙醇过多；
②未加二氧化硅，研磨不充分；
③未加碳酸钙或加入过少；
滤液细线过粗、不齐
1、收集到的滤液绿色过浅的原因：
色素含量少
色素未能充分提取出来
色素分子被破坏
色素溶液浓度小
2、滤纸条色素带重叠：
3、滤纸条无色素带：
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
实验：绿叶中色素的提取和分离
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？
会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为：
拓展实验
胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、
叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）。
某同学在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，为了确定无水乙醇、CaCO3和SiO2的作用，进行了4组实验来验证，4组实验结果如图所示，第④组是进行了正确操作的对照组。下列相关分析错误的是（ 　　）
学练结合
D
A.①可能是未加CaCO3而得到的实验结果
B.②可能是用水取代了无水乙醇而得到的实验结果
C.③可能是未加SiO2而得到的实验结果
D.叶绿体中的色素都能够溶解在层析液中，四种色素的溶解度相同
绿叶中色素的种类
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约1/4）
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）
这4种色素对光的吸收有什么差别？
绿叶中的色素
绿叶中色素的种类
叶绿素溶液
类胡萝卜素溶液
结论：
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。
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
绿叶中色素的种类
可见光的波长是400~760nm，光合作用所利用的光都是可见光。
＜400nm：紫外光
＞760nm：红外光
思考：1、为什么植物叶片呈现绿色？
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。
2、为什么植物工厂常用红色、蓝色和白色光源，而不用绿色的光源呢？
3、秋冬天树叶为什么变黄了？
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。
这些捕获光能的色素存在于细胞中什么部位呢？
枫叶变红是液泡中的花青素引起的，液泡不同的PH使得花瓣、叶片呈五彩缤纷的颜色。
叶绿体的结构适于进行光合作用
外膜
内膜
类囊体
基质
叶绿体内有众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。
类囊体薄膜上和基质中含有许多与光合作用有关的酶。
基粒
吸收光能的色素分布在 上。
类囊体薄膜
极 细 光 束
均匀光照
极细光束照射
完全曝光
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
水 绵
好氧细菌
黑暗 无空气
结论：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
恩格尔曼的实验一
思考 讨论：叶绿体的功能
思考 讨论：叶绿体的功能
2.为什么要除去小室中原有的空气并且在黑暗条件下进行实验？
4.为什么把载有水绵的临时装片又暴露于光下？设计目的是什么？
恩格尔曼的实验一
1.实验材料为什么选择水绵和好氧细菌，它们有什么优点？
3.在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？
水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；
需氧细菌可确定氧气多的位置。
排除空气中O2和光对实验结果的干扰。
明确实验的不同结果完全是由光照不同引起的，再一次验证了实验结果。
相当于一组对比实验。
三棱镜
好氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域
照射水绵
结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光
综合得出：叶绿体是光合作用的场所
思考 讨论：叶绿体的功能
恩格尔曼的实验二
1、为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域？
因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光照射下，叶绿体释放氧气多，适于好氧细菌在此区域分布。
2、光合作用的场所只能是叶绿体吗？
蓝细菌、光合细菌等没有叶绿体也能进行光合作用。
思考 讨论：叶绿体的功能
恩格尔曼的实验二
3、叶绿体的结构适于进行光合作用是如何体现的？
①叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着大量光合色素；
②类囊体膜上和叶绿体基质中，有许多与光合作用有关的酶。

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