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(共54张PPT)
光合作用是最伟大的魔术
——居里夫人
光合作用是捕获和转化光能的唯一生物途径。
绿色植物通过光合作用制造的有机物和氧气，滋养了地球上亿万生灵。
第五章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化
(第一课时)
目标
01
02
03
科学设计提取和分离色素的实验步骤,注意每个操作步骤的规范性。(科学探究)
简述绿叶中色素的种类及功能,说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量。(生命观念)
叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积，与光合作用的功能相适应及在生产生活的运用。(社会责任）
学习目标
叶子概念车
叶子概念车是一款能够充分利用太阳能、风能以及空气中的二氧化碳从而产生电能驱动的新能源汽车。车顶的大叶子是一个光电转化器，能把太阳能转化为电能。
情境材料一
你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密的控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分条件下，生产蔬菜和其他植物。有的蔬菜工厂完全依赖LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色光源。
情境一
问题1: 靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
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。
问题2: 那么植物用于捕获光能的结构和物质是什么呢？
一、捕获光能的色素
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。
问题3: 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？
滤纸条一端为什么要剪去两角？画滤液细线时应注意什么？为什么不能让滤液细线触及层析液？
将滤液收集到试管中后，为什么要用棉塞将试管口塞严？
色素提取和分离的原理分别是什么？研磨过程中加入无水乙醇、SiO2、CaCO3的作用是什么？
画出滤纸条上的色素带，总结出绿叶中色素的种类和含量？
2
3
4
1
一、捕获光能的色素
合作探究一：请自主阅读课本P97-98页，小组合作完成以下问题。
一、捕获光能的色素
绿叶中色素的提取和分离
实验
1.实验原理：
提取原理：
提取方法：
分离原理：
分离方法：
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
纸层析法
绿叶中色素在层析液(汽油)中的溶解度不同。
溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢
实验原理
无水乙醇
一、捕获光能的色素
绿叶中色素的提取和分离
实验
一、捕获光能的色素
绿叶中色素的提取和分离
实验
2.实验步骤：
①研磨
材料:5g鲜叶
药品
SiO2—— 有助于研磨充分
CaCO3 —— 防止色素被破坏
无水酒精—— 溶解色素
②过滤：获取绿色滤液（试管口加棉花防挥发）
（1）提取色素：
一、捕获光能的色素
绿叶中色素的提取和分离
实验
2.实验步骤：
干燥滤纸
剪两角原因？
铅笔线
1cm
★要求：细、直、齐 ；待滤液干后，重复1—2次（ ）
积累更多色素
（3）画滤液细线
（2）制备滤纸条
减少边缘效应，造成两边色素扩散快，保证色素带整齐。
一、捕获光能的色素
绿叶中色素的提取和分离
实验
2.实验步骤：
（4）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、捕获光能的色素
绿叶中色素的提取和分离
实验
2.实验步骤：
（4）分离绿叶中的色素：
一、捕获光能的色素
绿叶中色素的提取和分离
实验
3.实验结果：
（橙黄色）
（黄 色）
（蓝绿色）
（黄绿色)
类胡萝卜素
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素
叶绿素a
叶绿素b
（含量约3/4）
（含量约1/4）
形象记忆：胡黄ab向前走
拓展延伸
类胡萝卜素
（含量约1/4）
胡萝卜素
胡萝卜素主要有α、β、γ三种形式，其中最为重要的为β-胡萝卜素。它是自然界中最普遍存在也是最稳定的天然色素。它是一种最常见的维生素A补充剂。维生素A对于人体视觉发育至关重要。
叶黄素
叶黄素在蔬菜、水果、花卉等植物中广泛存在，也是存在于人眼视网膜黄斑区的主要色素。人类等哺乳动物不能自行合成叶黄素，外来食物是唯一的叶黄素摄入来源。
组成元素为C、H、O
组成元素为C、H
一、捕获光能的色素
拓展延伸
一、捕获光能的色素
叶绿素
（含量约3/4）
1.组成元素：
C、H、O、N、Mg
2.影响叶绿素合成的三大因素
光照
温度
必需元素
韭黄，同属于韭菜的一种，韭黄是韭菜通过培土，遮光等在黑暗环境中软化栽培后产生的黄化韭菜。
秋天叶片变黄
柑橘缺镁，叶面黄化
一、捕获光能的色素
绿叶中色素的提取和分离
实验
4.实验结果分析：
色素种类
色素含量
扩散速度
溶解度
类胡萝卜素
含量约1/4
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素
含量约3/4
叶绿素a
叶绿素b
最少
较少
最多
较多
最快
较快
较慢
最慢
最大
较大
较小
最小
绿叶中色素的种类
色素的功能：
吸收、传递、转化光能
问题4: 请小组合作分析以下异常情况原因：收集的滤液绿色过浅、滤纸条色素带重叠、滤纸条看不到色素带等。
一、捕获光能的色素
绿叶中色素的提取和分离
实验
5.实验结果异常分析：
（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、捕获光能的色素
绿叶中色素的提取和分离
实验
5.实验结果异常分析：
（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”。
问题5: 除了用滤纸条分离色素外，还可以有其他的方法吗？
拓展延伸
一、捕获光能的色素
色素分离的其他方法:
●在滤纸的中央滴一滴色素提取液
●再滴一滴层析液
●由外向内依次是什么颜色？分别是什么色素？
色素随层析液扩散，会得到近似同心环的4个色素圈。
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
　实战训练　
1.韭菜在完全黑暗的环境中生长,因无阳光供给,不能合成叶绿素,会变成黄色,称之为“韭黄”。提取并分离韭黄叶片色素,与正常韭菜叶片相比,滤纸条只有上端两条色素带。下列对实验操作和结果的分析,错误的是 (　　)
A.用无水乙醇溶解、提取色素
B.提取色素时加入二氧化硅可增强研磨效果
C.分离色素用纸层析法
D.韭黄色素溶解度比叶绿素低
　实战训练　
2.关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是（ ）
A.研磨时加入适量二氧化硅，有助于提高过滤液的色素浓度
B.可用干燥定性滤纸置于玻璃漏斗基部进行过滤，收集滤液
C.可用盖玻片蘸取滤液，沿铅笔细线按压出均匀的色素细线
D.层析后出现的色素带，其位置、颜色和宽窄蕴含不同信息
A.色素Ⅳ在提取液中的溶解度最低
B.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收可见光中的蓝紫光和红光
C.强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量
D.色素Ⅰ的颜色为橙黄色、色素Ⅳ的颜色为蓝绿色
　实战训练　
3.为研究光照强度对幼苗光合色素的影响，用纸层析法对正常光照和强光照条件下生长的植物叶片中的光合色素进行分离，结果如图所示(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是（ ）
　实战训练　
4.在进行光合色素的提取和分离实验时,取一圆形滤纸,在滤纸中央滴一滴
色素提取液,再滴一滴层析液,将会得到如图近似同心圆的四个色素环,下列
说法正确的是 (　　)
A.④的色素在层析液中的溶解度最高
B.提取色素时加入少许CaCO3和SiO2
C.若提取的是缺镁叶片中的色素,则最外侧
两圈色素环颜色较淡
D.最外侧两圈色素环的色素主要吸收蓝紫光和红光
一、捕获光能的色素
情景材料二
太阳光是由不同波长的光组合成的复合光，不同波长的光，颜色不同，可见光的波长是400-760nm；波长小于400nm的光是紫外光；波长大于760nm的光是红外光。
问题6: 四种光合色素吸收的是什么光？四种光合色素对光的吸收有什么差别吗？
叶绿素溶液
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
色素提取液
【四种色素对光的吸收】
一、捕获光能的色素
类胡萝卜素
色素提取液
【四种色素对光的吸收】
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
一、捕获光能的色素
色素溶液
测定色素对不同波长光的吸收情况，而色素颜色由其反射的光所决定。
结论：一般情况下，光合作用吸收的光是可见光。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
400
500
600
700
叶
绿
素
a
叶
绿
素
b
类胡萝卜素
一、捕获光能的色素
问题7: 四种光合色素都可以传递和转化光能吗？
吸收（四种色素）、传递（四种色素）、转化（只有少数特殊状态的叶绿素a）光能
胡萝卜素：C40H56
叶黄素：C40H56O2
叶绿素a: C55H72O5N4Mg
叶绿素b: C55H70O6N4Mg
一、捕获光能的色素
拓展延伸
为什么许多植物到了秋天叶子会变黄？枫叶为什么是红色的？
为什么大多植物的叶片是绿色的？
植物工厂中利用的人工光源主要是红色、蓝紫色和白色的光源，为什么不用绿光？
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？请解释。
2
3
4
1
一、捕获光能的色素
合作探究二：请自主阅读课本P98页，小组合作完成以下问题。
一、捕获光能的色素
问题8: 植物工厂中利用的人工光源主要是红色、蓝紫色和白色的光源，为什么不用绿光？
选无色透明的塑料薄膜，为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，即让植物吸收更多的光能；大棚内照明灯在功率相同的情况下，最好选红光和蓝紫光。
一、捕获光能的色素
问题9: 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。
问题11: 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。
问题10: 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、捕获光能的色素
问题12: 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？请解释。
一、捕获光能的色素
问题12: 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？请解释。
藻类 含量最多的色素 水层及主要存在的光
绿藻 叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光 浅水层：存在红光和蓝紫光。
褐藻 某种叶黄素 主要吸收绿光和蓝紫光，反射红黄光 中水层：存在绿光、蓝紫光
红藻 藻红素 主要吸收蓝紫光,反射红光 深水层：存在蓝紫光
　实战训练　
(1)在菠菜的叶肉细胞内，含量最多的光合色素是叶绿素a( )
(2)叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜和叶绿体内膜( )
(3)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分( )
(4)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快( )
(5)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光( )
(6)秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的( )
√
×
×
×
×
×
5.判断下列是否正确
问题13: 叶绿体有哪些结构适于进行光合作用呢？
二、叶绿体的结构和功能
合作探究三：请自主阅读课本P98页，小组合作完成以下问题。
1.叶绿体的哪些结构适于进行光合作用？并说明原因？
2.光合作用一定发生在叶绿体内吗？请举例。
3.恩格尔曼实验一
（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？
4.恩格尔曼实验二结论是什么？
5.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？
（1）叶绿体的形态(光镜下)
一般呈扁平的椭球形或球形。
（2）叶绿体的结构(电镜下)
(1)光合作用的酶分布在基粒的类囊体薄膜上和基质中。
(2)众多的基粒和类囊体，极大得扩展了受光面积，扩大色素和酶的附着位点。
（3）叶绿体的功能
进行光合作用的场所
内膜
DNA
基质
核糖体
类囊体
外膜
基粒
二、叶绿体的结构和功能
1.叶绿体结构与功能相适应：
问题15: 光合作用一定发生在叶绿体内吗？
问题14: 叶绿体适于进行光合作用的结构特点？
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。
二、叶绿体的结构和功能
2.恩格尔曼实验一：
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。
二、叶绿体的结构和功能
2.恩格尔曼实验一：
问题16: 实验材料为什么选择水绵和好氧细菌？
问题17: 为何要除去小室中原有的空气？
问题18: 在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？
极 细 光 束
均匀光照
临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。
二、叶绿体的结构和功能
2.恩格尔曼实验一：
问题19: 为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
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O2。
叶绿体主要吸收红光和蓝紫光
二、叶绿体的结构和功能
3.恩格尔曼实验二：
二、叶绿体的结构和功能
3.恩格尔曼实验二：
极 细 光 束
均匀光照
叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。
资料2 :在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。
叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
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
课堂小结
　实战训练　
6.德国科学家恩格尔曼曾用需氧细菌、水绵做了两个实验，发现叶绿体的功能以及光合作用的吸收光谱，实验内容如图所示。下列分析错误的是( )
A.实验一黑暗组水绵叶绿体的不同部位可以相互对照
B.实验一中的两组实验均是在无空气的小室内进行的
C.实验一说明叶绿体通过光合作用向细胞外释放氧气
D.实验二说明叶绿体不能吸收波长为550～600 nm的光
　实战训练　
7.下图是蒲公英某种细胞器的电镜照片，下列有关叙述正确的是（ ）
A．结构①有两层生物膜，内膜面积比外膜面积大
B．该细胞器与光合作用有关，是植物细胞的“养料制造车间”
C．结构③中含少量的DNA，能与某些蛋白质相结合形成染色质
D．在蒲公英的叶表皮细胞和叶肉细胞都存在该种细胞器
　实战训练　
8．杏花蜜腺细胞的细胞膜和细胞壁具有脊状突起，细胞中含有许多有色体（含类胡萝卜素，不含叶绿素，无类囊体结构），发达的粗面内质网和线粒体。在花蕾开放后，杏花蜜腺细胞开始分泌主要成分为水和糖类的花蜜。下列叙述正确的是（　　）
A．杏花蜜腺细胞有色体中所含色素种类与蓝细菌完全相同
B．杏花蜜腺细胞的细胞膜上的脊状突起与膜的流动性有关
C．杏花蜜腺细胞分泌花蜜需要线粒体供能，细胞中囊泡的数量可能较多D．杏花蜜腺细胞不能进行光合作用，花蜜中的糖类有可能来自其他细胞
　实战训练　
9．采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述正确的是（ ）
A．应在研磨叶片后添加适量CaCO3防止叶绿素被破坏
B．添加石英砂、加快研磨速度和延长研磨时间均有助于充分提取色素
C．分离色素时需沿铅笔细线在滤纸条上画一条细而直的滤液细线D．滤纸条上会出现四条颜色、粗细不同的色素带，黄绿色的条带最粗
　实战训练　
10．实验设计和操作对实验结果有重要影响，下列叙述正确的是（ ）
A．观察细胞质的流动实验中，适当增加光照强度和温度会加速细胞质的流动
B．在探究酶的最适催化温度时，进行预实验可以降低实验的误差
C．绿叶中色素的提取和分离实验中，可通过将滤液细线画粗来提高色素的浓度
D．植物细胞质壁分离实验中，降低蔗糖溶液浓度能加快原生质层与细胞壁的分离
　实战训练　
11．下图是叶绿素a的分子结构式，其结构中包括四个吡咯构成的卟啉环，其功能是吸收光。四个吡咯与金属镁元素结合，酸性条件下，叶绿素a分子很容易失去卟啉环中的镁成为脱镁叶绿素。①为亲水端，②为疏水端，二者可与磷脂分子相连。下列说法正确的是（　　）
A．①和②的存在利于叶绿素a在类囊体膜上固定并发挥吸收光能的作用
B．图中结构式说明微量元素镁可构成细胞重要化合物的成分，缺少镁元素的植物叶片发黄
C．叶绿素a与其合成相关的基因、催化其合成的酶共同元素只有C、H、O
D．绿叶中色素的提取和分离实验中，放入少许碳酸钙的目的是中和由于加入二氧化硅后产生的H+
　实战训练　
12．细胞是生物体结构和功能的基本单位，下列相关叙述中正确的是（ ）
A．植物的类囊体薄膜和液泡膜上的色素可以吸收光能并用于光合作用B．细胞骨架和生物膜系统都与物质运输、能量转换和信息传递有关
C．酵母菌的线粒体内膜向内折叠形成嵴，有利于附着分解葡萄糖的酶D．细胞质基质是生物新陈代谢的主要场所，也是代谢和遗传的基本单位
　实战训练　
13．2023年5月，海南大学教授万迎朗及其团队公布了其在海南省发现的2个新记录物种：白边侧足海天牛和绒毛海天牛。白边侧足海天牛是一种光合软体动物，可以像植物一样进行光合作用，但它本身并不产生叶绿体，其叶绿体都是通过进食含叶绿体的藻类后，将叶绿体贮存到自己的体内加以利用的。下列有关白边侧足海天牛的叙述，错误的是（ ）
A．该生物的细胞中具有核膜，也含有染色质
B．白边侧足海天牛体内可同时观察到叶绿体和中心体
C．该生物叶绿体中的叶绿素能吸收蓝紫光和红光
D．该生物与蓝细菌共有核糖体和叶绿体两种细胞器
　实战训练　
14．色素是细胞内的重要化合物，色素在不同细胞内的种类和功能有所差别。下列有关色素及其功能的叙述，正确的是（　　）
A．血红素含有Fe2+，是构成血红蛋白的重要成分，具有运输O2的功能B．叶绿素含有Mg2+，分为叶绿素a和叶绿素b，它们的吸收光谱相同C．蓝细菌细胞内类囊体膜上含有藻蓝素和叶绿素，蓝细菌为自养生物D．紫色洋葱外表皮细胞的液泡中含有光合色素，便于观察细胞吸水与失水现象
　实战训练　
15．下列有关实验的叙述，正确的有几项（ ）①洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离及复原能说明植物细胞的原生质体相当于半透膜②用光学显微镜观察质壁分离时，可看到细胞壁、细胞膜和染色体③利用麦芽糖、麦芽糖酶、蔗糖酶探究酶的专一性时，可用斐林试剂检测反应结果④相同pH环境下检测蛋白质和酒精分别呈现紫色和灰绿色⑤制作花生子叶装片过程中要用体积分数50%酒精洗去浮色⑥将某膜蛋白掺入磷脂小泡中检测该蛋白质的功能，这利用了自变量控制中的“减法原理”⑦将猪红细胞置于低渗缓冲液，破裂溶血后通过高速离心作用可获得纯净细胞膜⑧体积分数为95%的酒精加入适量无水碳酸钠，可用于分离绿叶中的色素
A．2项 B．3项 C．4项 D．5项

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