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第5章 细胞的能量供应和利用
4.1 捕获光能的色素和结构
教学目标
通过叶绿体结构和功能相统一的学习，培养结构与功能相适应的生命观念。
生命观念
通过探究实验帮助和引导学生养成正确的科学思维方式。
科学思维
通过探究光合作用的历程，提高实验设计和实验结果分析的科学探究能力。
科学探究
问题探讨
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
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。
问题探讨
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
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。
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。
捕获光能的色素
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知识讲解
课堂小结
基础检测
思考
植物的光合作用是以太阳光能作为动力的，哪植物是如何捕获光能进行光合作用的？我们来比较健康幼苗与白化苗的生长状况，请分析为什么白化苗的长势比正常幼苗差？
正常幼苗能进行光合作用，制造有机养料
白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料
植物捕获光能依靠特定的物质和结构：叶片中的色素。
捕获光能的色素
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知识讲解
课堂小结
基础检测
探究·实践——绿叶中色素的提取和分离
提取：
绿叶中的色素都能溶解于有机溶剂无水乙醇中。
分离：
分离方法：纸层析法
绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，但不同的色素溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，绿叶中的色素就随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
实验原理
捕获光能的色素
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知识讲解
课堂小结
基础检测
探究·实践——绿叶中色素的提取和分离
目的要求
1.进行绿叶中色素的提取和分离
2.探究绿叶中含有几种色素
材料用具
新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）（色素含量高）
干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药勺，量筒(10mL)，天平。
无水乙醇，层析液（可用93号汽油代用），二氧化硅和碳酸钙。
捕获光能的色素
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课堂小结
基础检测
探究·实践——绿叶中色素的提取和分离
方法步骤
a、称取：取5g绿叶剪碎放入研钵中
b、加入少许SiO2和CaCO3，再加入10mL无水乙醇，研磨
（1）色素的提取
SiO2
CaCO3
无水乙醇
有助于研磨充分
防止色素被破坏
溶解色素
作用
作用
作用
将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。（单层尼龙布）
收集滤液，封口。
捕获光能的色素
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基础检测
探究·实践——绿叶中色素的提取和分离
方法步骤
（2）色素的分离（纸层析法）
a、制备滤纸条：
干燥的定性滤纸
铅笔线
防止层析液在边缘扩散过快
捕获光能的色素
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基础检测
探究·实践——绿叶中色素的提取和分离
方法步骤
b、画滤液细线
★要求：
★注意：待滤液干后，再画一两次。
（使分 离色素带清晰）
细而齐、重复2—3次
（为了含有更多色素）
捕获光能的色素
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基础检测
探究·实践——绿叶中色素的提取和分离
方法步骤
C、分离色素：
插滤纸条
层析液
培养皿
捕获光能的色素
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探究·实践——绿叶中色素的提取和分离
方法步骤
类胡萝卜素
叶绿素
含量约占3/4
含量约占1/4
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
D、实验结果：
捕获光能的色素
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基础检测
探究·实践——绿叶中色素的提取和分离
方法步骤
叶绿素提取液
蓝紫光和红光色带很暗
类胡萝卜素提取液
蓝紫光色带很暗
捕获光能的色素
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探究·实践——绿叶中色素的提取和分离
实验中的材料试剂及操作目的
过程 操作内容 操作目的
提 取 色 素 材料 叶片要新鲜、深绿 使滤液中色素含量高
试剂 二氧化硅 利于绿叶的充分研磨
碳酸钙 防止研磨过程中色素被破坏
无水乙醇 溶解色素
关键步骤 研磨要迅速、充分 提取较多色素、防止溶剂挥发
盛滤液的试管口加棉塞 防止溶剂挥发
用单层尼龙纱布过滤而不用滤纸 防止色素吸附在滤纸上
分 离 色 素 试剂 层析液 分离色素
关键步骤 滤纸条的一端剪去两角 防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐 使分离的色素带清晰
滤液细线不能触及层析液 防止色素溶解到层析液中
捕获光能的色素
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基础检测
探究·实践——绿叶中色素的提取和分离
异常现象的分析
若色素提取液呈淡绿色的，其原因有
①选材不当，未选择新鲜绿叶或称取的新鲜绿叶量过少，色素含量少
②加入的无水乙醇过多，导致色素溶液浓度小
③未加碳酸钙或加入的过少，色素分子（主要是叶绿素）部分破坏
④研磨不充分或研磨速度太慢，乙醇挥发，色素未能充分提取出来
若色素带颜色较浅，其原因有
⑤划滤液细线的次数太少，滤纸条上的色素含量少
⑥层析时，部分滤液细线已触及层析液
（同上4点）
提取液
色素带
捕获光能的色素
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基础检测
影响叶绿素合成的因素
叶绿素a：蓝绿色
叶绿素b：黄绿色
胡萝卜素：橙黄色
不饱和碳氢化合物：C40H56
叶黄素：黄色
胡萝卜素衍生的醇类：C40H56O2
COOCH3
C32H30ON4Mg
COOC20H39
COOCH3
C32H28O2N4Mg
COOC20H39
捕获光能的色素
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基础检测
影响叶绿素合成的因素
1. 光照
光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺光条件下影响叶绿素形成而使叶子发黄的现象，称为黄化现象。
正常韭菜
韭黄
捕获光能的色素
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课堂小结
基础检测
影响叶绿素合成的因素
2. 温度
最适温度是20~30℃，最低温度约为2~4℃，最高温度为40℃左右。
温度过高或过低均降低合成速率，加速叶绿素降解。
秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白等现象，都与低温抑制叶绿素形成有关。
4.水
植物缺水会抑制叶绿素的生物合成，且与蛋白质合成受阻有关。严重缺水时，叶绿素的合成减慢，降解加速，所以干旱时叶片呈黄褐色。
3. 矿质元素 氮、镁：叶绿素的组分；
铁、铜、锰、锌：叶绿素酶促合成的辅因子。
叶绿体的结构适于进行光合作用
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基础检测
绿叶
叶绿体
类囊体
外膜
内膜
基粒
基质
叶绿体由双层膜包被，内部有基许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称之为类囊体。
吸收光能的4种色素就分布在内囊体的薄膜上，基粒与基粒之间充满了基质。
每个基粒都含有两个以上的类囊体，多的可达100个以上，叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体，极大的扩展了受光面积，提供了酶附着位点。
叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？
叶绿体的结构适于进行光合作用
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基础检测
思考·讨论
资料一 恩格尔曼的第一个实验
装片中好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中。
装片中好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围。
氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。
结论
叶绿体被光束照射到的部位是光合作用的场所
结论
现
象
完 全 光 照
现
象
没有空气黑暗
极 细 光 束
叶绿体的结构适于进行光合作用
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基础检测
思考·讨论
资料一 恩格尔曼的第二个实验
这一巧妙的实验说明了什么？
叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。
叶绿体的结构适于进行光合作用
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基础检测
思考·讨论
1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么？
恩格尔曼第一个实验的结论是：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。
2.思格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；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，叶绿体上有光照多和光照少的部位，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，等等。
叶绿体的结构适于进行光合作用
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知识讲解
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基础检测
思考·讨论
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？
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，适于好氧细菌在此区域分布。
4.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
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。
课堂小结
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基础检测
练习与应用
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知识讲解
课堂小结
基础检测
一、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。（ ）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
练习与应用
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课堂小结
基础检测
二、拓展应用
3.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，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。水层对光波长中的红、橙部分的吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以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的深层。
练习与应用
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课堂小结
基础检测
二、拓展应用
4.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。
优势有：（1）植物工厂生产可以在不受自然环境影响的条件下，实现周年均衡生产。（2）可以营造植物生长最佳环境，增加光照时间，科学配水施肥，能够获得较高的单位面积产量。（3）实行封闭式生产，少施肥不用药，产品更加安全健康。（4）设置多层、垂直空间结构，采取立体栽培模式，大幅度节省土地与能源。
困难：（1）植物工厂高技术、高投入、生产高成本，也带来了产品相应的高价格。（2）植物工厂的农业产品仍缺乏市场竞争能力。
发展前景：观点可自由发挥。

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