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第5章细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化
一 、捕获光能的色素和结构
（第1课时）
问题探讨
植物工厂
1. 靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
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。
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。
2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
一 捕获光能的色素
正常的绿色玉米幼苗：含色素，可以正常生长。
白化玉米幼苗：不含绿色色素，待种子中储存的养分耗尽就会死去。
假设：
光能的捕获需要绿叶所含的色素
一 捕获光能的色素
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
1.实验原理
任务一 阅读教材97页探究实践，小组合作完成以下问题
2.实验步骤
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
一 捕获光能的色素
漏斗基部放一块（ ），将滤液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤
称取5g（ ）
用试管收集色素滤液，及时用（ ）将试管口塞严
剪碎叶片，加少许（ ），再加入5~10mL（ ），迅速、充分地研磨
（1）提取绿叶中的色素：
新鲜绿叶
二氧化硅和碳酸钙
无水乙醇
单层尼龙布
棉塞
取材
研磨
过滤
收集
色素含量高
有助于研磨得充分
防止乙醇挥发、色素被氧化
溶解色素、提取色素
任务二 再读教材97页探究实践方法步骤，小组合作完成以下问题
防止研磨中色素被破坏
一 捕获光能的色素
（2）制备滤纸条 （3）画滤液细线
干燥滤纸
剪两角
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
减少边缘效应，使层析液在滤纸条上
扩散均匀。
一 捕获光能的色素
（4）分离绿叶中的色素：
层析液
培养皿
滤液线
防止层析液（有毒）挥发
滤液线不能触及层析液
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。
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
三 实验结果
一 捕获光能的色素
任务三 结合实验结果，小组合作完成表格内容
色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
_____ _____ _____
较少 较高 较快
_____ 较低 较慢
较多 _____ _____
最少
最高
最快
最多
最低
最慢
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
滤纸条上四条色素带位置以及色素带宽窄有什么含义？
溶解度的高低
含量的多少
一 捕获光能的色素
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）
色素含量(色素带宽度):
叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素
溶解度(扩散速度):
胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b
距离最远:
距离最近：
胡萝卜素
叶绿素b
三 实验结果及分析
绿叶中的色素
一 捕获光能的色素
（1）滤纸条上未得到色带
①滤液细线浸没到层析液中
②用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
（2）滤纸条上的色带颜色较浅
（3）滤纸条上的色带重叠
①忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏
②所用叶片为“黄叶”
（4）滤纸条上只出现黄色
任务四 结合实验过程，小组合作讨论以下问题可能原因？
一 捕获光能的色素
过程 操作内容 操作目的
提 取 色 素 材料 叶片要新鲜、深绿
试剂 二氧化硅
碳酸钙
无水乙醇
关键 步骤 研磨要迅速、充分
盛滤液的试管口加棉塞
用单层尼龙纱布过滤而不用滤纸
分 离 色 素 试剂 层析液
关键 步骤 滤纸条的一端剪去两角
滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐
滤液细线不能触及层析液
使滤液中色素含量高
利于绿叶的充分研磨
防止研磨过程中色素（叶绿素）被破坏
溶解色素
提取较多色素、防止溶剂挥发
防止溶剂挥发
防止色素吸附在滤纸上
分离色素
防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
使分离的色素带清晰
防止色素溶解到层析液中
要点提示
红外光
760nm
白光
红
橙
黄
绿
青
蓝
可见光
光谱
阳光通过三棱镜时，不同波长的光会分
散开，形成不同颜色的光带，称为光谱
紫
400nm
紫外光
怎样才能获得不同色素的吸收光谱呢？
4 光合色素的吸收光谱分析
一 捕获光能的色素
4 光合色素的吸收光谱分析
光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。
可见光的波长是400-760nm。不同波长的光，颜色不同。
一 捕获光能的色素
任务五 阅读教材99—100页，回答以下问题
A.叶绿素主要吸收？
B.叶绿素a和叶绿素b的 不同
C.类胡萝卜素主要吸收？
红光和蓝紫光
吸收峰值
蓝紫光
冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、绿色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？
无色。因为太阳光由七色光组成，用无色薄膜，植物可以获得更多的光能。
任务六 阅读教材100页，完成以下问题
二 叶绿体的结构适于进行光合作用
写出图中的①②③所代表的结构：
①________________________
②________________________
③________________________
叶绿体内膜、外膜
叶绿体基质
叶绿体基粒
1.叶绿体的结构
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______ _____________。
类囊体的薄膜上
类囊体膜上和叶绿体基质中
③叶绿体内众多的基粒和类囊体扩展了___ ____。
受光面积
二 叶绿体的结构适于进行光合作用
2.叶绿体的功能
任务七 阅读教材100--101页思考与讨论，完成以下问题
恩格尔曼实验 一
水绵、 好氧细菌
(1)实验材料用 ，水绵的叶绿体呈 分布，便于观察，用需氧细菌可确定 的部位。
(2)没有空气的黑暗环境排除了 的干扰。
(3)用极细的光束照射，叶绿体上可分为 和 的部位，相当于一组对比实验。
(4)临时装片局部曝光与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
水绵和需氧细菌
螺旋带状
释放氧气
氧气和光
有光照
无光照
恩格尔曼实验设计的巧妙之处
二 叶绿体的结构适于进行光合作用
1．实验材料为什么选择水绵和需氧细菌？
2．为何要除去小室中原有的空气？
3．在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？
4．为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
5．由此实验能得出什么结论？
任务八 结合实验，小组合作讨论完成以下问题
二 叶绿体的结构适于进行光合作用
1．实验材料为什么选择水绵和需氧细菌？
2．为何要除去小室中原有的空气？
3．在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？
4．为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
5．由此实验能得出什么结论？
水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
选用没有空气的环境，可排除空气中氧气的干扰。
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。
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。
叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
任务九 阅读教材101页实验二，小组合作完成以下问题
二 叶绿体的结构适于进行光合作用
好氧细菌
水绵
好氧细菌
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。
2 为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？
用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
1 现象：
恩格尔曼实验 二
3 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
练一练
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
练一练
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。
(1)分离绿叶中的色素常用纸层析法，该方法的原理是_________________________________________________________________________________________________。A、B是滤纸条上的标记，根据实验现象可知层析液最先所处的位置是________(填“A”或“B”)处。
(2)在色素的提取与分离过程中，偶然发现某植株缺失第Ⅲ条色素带。缺失第Ⅲ条色素带的植株不能合成________，导致对________光的吸收能力明显减弱。　
4 某实验小组利用新鲜的绿叶为材料，进行绿叶中色素的提取与分离实验，实验结果如图所示。请回答下列问题：
光合色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢
叶黄素 蓝紫
A

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