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光合作用与能量转化-1
第16讲
白光
三棱镜
一轮复习
第1课时（共5课时）
知识点31：捕获光能的色素和结构
一、捕获光能的色素
二、捕获光能的结构
1.绿叶中色素的提取和分离
2.光合色素的功能
1.叶绿体的结构
2.叶绿体的功能
恩格尔曼实验
捕获与转化光能
一、捕获光能的色素
1.绿叶中色素的提取和分离
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
1.色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，可用无水乙醇提取色素。
2.各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的随层析液在滤纸上扩散的快，反之，则慢，这样几分钟后色素就会随层析液在滤纸上扩散而分离开。——纸层析法
提取绿叶中的色素
画滤液细线
制备滤纸条
分离绿叶中的色素
观察记录
实验目的
实验原理
实验步骤
实验步骤
提取绿叶中的色素
画滤液细线
称取5g绿叶
放入研钵
剪去主脉
剪碎
研磨
过滤
加棉塞
制备滤纸条
分离绿叶中的色素
观察记录
液面
滤液细线
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
层析液
1
2
3
4
5
CaCO3
SiO2
无水乙醇
单层尼龙布
纸层析法
提取绿叶中的色素
放入研钵
剪去主脉
剪碎
研磨
过滤
加棉塞
1
CaCO3
SiO2
无水乙醇
单层尼龙布
溶解色素
有助于研磨充分
防止研磨中色素被破坏
无水
乙醇
95%
乙醇
无水
Na2CO3
=
+
称取5g绿叶
画滤液细线
制备滤纸条
分离绿叶中的色素
观察记录
液面
滤液细线
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
层析液
2
3
4
5
纸层析法
将滤纸的一端剪去两角，并在距这一端底部1cm处
用铅笔画一条细线。
用毛细吸管吸取少量滤液沿铅笔线均匀地画出一条细线。待滤液干后，再重复画一到两次。
不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤纸上扩散。
圆形滤纸打孔
色素提取液
笔帽
滤液细线
棉线
(灯芯)
蘸取
盖
穿过中间孔
盖
层析液
结果
色素分离的改进 —— 灯芯法
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
避免了滤液细线触及层析的易错步骤
1
2
3
4
6
5
层析
1.绿叶中色素的提取和分离
结果分析
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
类胡萝卜素
( )
叶绿素
( )
滤液细线
最慢
最快
较快
较慢
颜色
色素种类
扩散速率
色素在层析液中溶解度
最大
较大
较小
最小
光合色素
色带错误分析
滤纸条上未得到色带
①滤液细线浸没到层析液中
②用无清水代替乙醇进行提取
①研磨不充分(未加入SiO2)
②提取时加入的乙醇过多
④未加CaCO3，色素分子被破坏
⑤所取的绿叶不新鲜
③滤液细线画的次数不够
①滤液细线画得过粗或不整齐
②滤纸条没经干燥处理
滤纸条上的色带颜色较浅
滤纸条上的色带重叠
2.光合色素的功能
捕获光能
具有转化光能是少数的叶绿素a。
进行光合作用的生物都含有叶绿素a
捕获和转化光能
阳光
(白光)
阳光是由不同波长的光组合成的复合光， 在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带称为光谱。
400
760
波长/nm
在色素溶液与阳光之间，放置一块三棱镜。分别让不同颜色的光照射色素溶液，就可以得到色素溶液的吸收光谱。
阳光
(白光)
① 光合色素的吸收光谱
叶绿素a和叶绿素b的吸收峰不同
叶绿素主要红光和蓝紫光
① 光合色素的吸收光谱
类胡萝卜素主要吸收
蓝紫光，不吸收红光
① 光合色素的吸收光谱
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。这种现象是如何造成的？
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。
吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。
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褐藻分布于海水中层；
吸收率(——)
氧气释放速率(——)
400
500
600
700
800
可见光
红外光
波长/ nm
吸收光谱
作用光谱
②作用光谱
作用光谱显示的是不同波长的光合作用效率，通过测量光合作用对不同波长光的反应(如的O2释放)来绘制
氧气释放的作用光谱和完整叶绿的吸收光谱高度一致。差异出现在类胡萝卜素的吸收区域450一550nm，意味着从类胡萝卜素到叶绿素的能量转移不如叶绿素间的能量转移有效。
1.植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如的释放)来绘制的。下列叙述错误的是（ ）
A.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
B.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光合作用
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D.叶片在640～660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
B
2.下图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)。植物进行光合作用时，下列物质的变化趋势与作用光谱基本一致的是（ ）
A.O2的释放量
B.NADPH的量
C.C3的总量
D.C5的总量
A
3.影响叶绿素生物合成的条件
光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件，如果没有光照，大多数植物叶子会发黄。
叶绿素的生物合成是一系列酶促反应，受温度影响很大。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。
氮和镁是叶绿素的组成成分，这些元素缺乏时不能形成叶绿素植物出现缺绿症。
植物缺水会抑制叶绿素的生物合成，干旱时叶片呈黄褐色。
光照
温度
矿质元素
水分
光合色素与花青素
红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。
胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。
比较项目 光合色素 细胞液色素(花青素)
存在部位 叶绿体 液泡
溶解性 脂溶性 水溶性
代表种类 类胡萝卜素和叶绿素 花青素
颜色 橙黄、黄、绿 红、蓝、紫
颜色变化 不随pH改变变化颜色 随pH改变变化颜色
(2012年浙江卷，30题，节选)植物停止供水一段时间后，叶片变黄，原因是：______________________________________________________________________。
叶绿素合成停止或叶绿素分解，类胡萝卜的颜色显露出来。
秋天爬山虎的叶子逐渐变红，在显微镜下观察这样的叶片横切，可以看到栅栏组织细胞整体呈观均匀红色，加入稀碱液处理5分钟，可见有些细胞变蓝了，使细胞呈现红色的是：( )
A．液泡中的花青素 B．叶绿体
C．无法判断 D．细胞壁中的色素
A
二、捕获光能的结构
叶绿体的结构适于进行光合作用
①4种光合色素分布在
_____________________。
②与光合作用有关的酶分布在________________
_______________
③外膜和内膜是透明的利于光的透过。
1.叶绿体的结构
类囊体的薄膜上
类囊体膜上和叶绿体基质中
2.叶绿体的功能
恩格尔曼实验1
实验结论：
氧气是叶绿体在光下放出来的。
恩格尔曼实验设计巧妙之处
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。
叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位，相当于一组对照实验。
明确实验结果完全是由光照引起的
实验选材好
没有空气的环境
排除了空气中氧气的干扰
用极细的光束点状投射
黑暗(局部光照)和完全暴光的对照
用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，
发现大量的好氧细菌聚集在红光区和蓝紫光区。
实验结论：
叶绿体主要利用红光和蓝紫光释放氧气
恩格尔曼实验2
白光
三棱镜
类囊体膜上和叶绿体基质中含有多种光合作用所必需的酶
结论：叶绿体是光合作用的场所。
2.叶绿体的功能
直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
恩格尔曼实验
之后研究发现
光合作用需要特定的物质和结构，回答下列有关问题：
1)光合作用是能够_______和转化光能的生物学途径。叶绿体的结构适于进行光合作用，主要表现是：通过________堆叠形成________的方式极大地拓展了受光面积，增加了色素分子______分子的分布
捕获
类囊体
基粒
酶
(2)海洋中的藻类如绿藻、红藻、褐藻，由于细胞中所含色素的_______
________________有差异，对不同波长光的吸收有差别，从而显现出不同的颜色。
和数量
种类
3)测定三种藻类的吸收光谱如下图，则图中c曲线表示________的吸收光谱。已知短波长的光比长波长的光水中的传输性能更好，则三种藻类中，更适合生长在深海的是______。
光合作用需要特定的物质和结构，回答下列有关问题：
绿藻
a
拓展：光合作用中红光的能量转化率最高
1.光合能量转化效率
能量转化率=
光合作用储存在有机物中的能量
×100%
所需光照的能量
2.光合固定有机物与光子数有关，与光子种类无关。
暗反应合成一定量的有机物，所需的光子数是一定的，
与光子是蓝光的光子还是红光的光子无关。
3.相同光照强度时，红光的光子数多于蓝光的光子数
4.蓝光在光合色素分子间传递散失的能量比红光多
拓展：光合作用中红光的能量转化率最高
光照强度相同的红光和蓝光
红光的光子多
红光传递过程中能量散失少
蓝光的光子少
蓝光传递过程中能量散失多
红光
蓝光
合成有机物多
合成有机物少
光照能量相同
储存的能量多
储存的能量少
光合作用中红光的能量转化效率高
拓展：光合作用中红光的能量转化率最高
光合作用中红光的能量转化效率高
蓝光有利于植物蛋白的合成
红光有利于植物糖类的合成
在人工提供光源进行光合作用时(如:太空培育植物、植物工厂等)，主要是提供90%的红光+10%的蓝光
90%
10%
红光
蓝光
仅从能量角度考虑，单独使用红光最好，但实际上不同植物、不同生长阶段需要不同比例的光照，这样植物才能长的更好。90%的红光和10%的蓝光配方也只是比较常见的一组光配方。

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