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(共44张PPT)
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
生物学必修1
分子与细胞（人教版）
第1课时 捕获光能的色素和结构
导入一
观看视频。
导入一
靠人工光源生产蔬菜有什么好处
为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件
导入一
太阳光能的输入、捕获和转化,是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。光合作用是“地球上最重要的化学反应”,植物捕获光能要依靠特定的物质和结构,这个结构是什么
导入二
白化苗很快就会死去,而正常植株可以不断生长,为什么
白化苗由于不能形成叶绿素,不能进行光合作用,储存的养分耗尽就会死去。正常植株(绿色)含有叶绿素等能捕获光能的色素,能进行光合作用,可以不断生长。
由此可见,捕获光能的色素对于光合作用十分重要,那么这些色素有哪些种类 具有哪些功能呢
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路一）
绿叶中色素的提取和分离
绿叶中色素的提取
绿叶中色素的分离
原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
原理：绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同。
本实验中,实验材料为什么要选新鲜的绿叶
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路一）
取材
研磨
过滤
收集
二氧化硅：有助于研磨得充分
碳酸钙：防止研磨中色素被破坏
迅速、充分地研磨,保证色素释放得更加充分且挥发量少。
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路一）
过滤时要将研磨液迅速倒入基部放一块单层尼龙布的玻璃漏斗中,为什么不能用纱布或滤纸
纱布和滤纸易吸附色素。
取材
研磨
过滤
收集
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路一）
制备滤纸条时将滤纸条一端剪去两角,并在距这一端底部1 cm处用铅笔画一条细的横线,目的是什么
保证色素在滤纸上均匀扩散。
如何画滤液细线 为什么要多画几次
用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀地画出一条细线,保证滤液细线细、齐。待滤液干后,再重画一到两次,目的是使滤液细线含有较多的色素。
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路一）
纸层析法：将适量的层析液倒入试管中,将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)轻轻插入层析液中,随后用棉塞塞紧试管口。
防止层析液挥发。
不能让滤液细线触及层析液,防止色素溶解在层析液中。
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路一）
观看视频
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路一）
色素带位置的高低不一说明了什么
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
扩散速度
慢
快
色素带宽窄不一说明了什么
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路一）
如图为科学家通过实验得到的曲线图,分析该图解释为什么大多数叶片都是绿色的。
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路二）
绿叶中色素的提取和分离
绿叶中色素的提取
绿叶中色素的分离
1.破碎细胞及叶绿体,使色素充分释放。
2.保证色素的结构和活性不被破坏。
3.使色素溶解在试剂里。
4.减少色素的损失。
分析提取色素的原理和步骤,总结如何达到这些目的。
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路二）
1.破碎细胞及叶绿体,使色素充分释放。
2.保证色素的结构和活性不被破坏。
3.使色素溶解在试剂里。
4.减少色素的损失。
将叶片剪碎、研磨时加二氧化硅。
研磨时加碳酸钙。
叶绿体中的色素能溶于无水乙醇等有机溶剂。
迅速、充分地研磨,将研磨液迅速倒入玻璃漏斗,漏斗基部放一块单层尼龙布,进行过滤,将滤液收集到试管中,及时用棉塞将装有滤液的试管口塞严,保证色素释放得更加充分且挥发量少。
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路二）
观看视频
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路二）
学习小组1、2、3、4分别按表中的要求,完成叶绿体中色素的提取。
组别 1 2 3 4
注意事项（其余步骤不变） 同教材实验步骤 将无水乙醇改成蒸馏水 不加二氧化硅 不加碳酸钙
实验现象
请2、3、4三小组成员解释自己所得实验结果与预期实验结果有差异的原因。
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路二）
如图为色素分离的装置图。
结合教材知识,小组合作,回答问题:
1.色素分离的原理是什么
2.层析液的成分是什么
3.将干燥的定性滤纸条一端剪去两角的目的是什么
4.滤液细线的划线原则是什么 层析液能否没过滤液细线
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路二）
观看视频
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路二）
1组的同学将滤液分成三组,1A组按教材步骤完成,1B组滤液细线只画一次,1C组滤液细线触及层析液,完成色素的分离实验。
其余各组按教材所示步骤完成实验并展示实验现象。
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路二）
请结合教材知识,填写表格,表中是正确操作后应得到的滤纸条及色素带的分布。
环节一:“绿叶中色素的提取和分离”实验（思路二）
如图为阳光穿过叶绿素溶液和类胡萝卜素溶液照射到三棱镜上的光谱图,以及阳光直接穿过三棱镜后的光谱图。分析该图，可以得到什么结论？
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路一）
根据所学知识，回答下列问题。
1.叶绿体主要分布在哪些细胞内
叶绿体主要分布在绿色植物的叶肉细胞中。
2.所有植物细胞都含有叶绿体吗
并非所有的植物细胞都含有叶绿体,如根尖细胞不含叶绿体。
3.在光学显微镜下,叶绿体是什么形状的
在光学显微镜下,叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路一）
4.电子显微镜下,叶绿体的结构具有哪些特点
电子显微镜下,叶绿体由双层膜包被,内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成,这些囊状结构称为类囊体,基粒与基粒之间充满了基质。
5.与光合作用有关的色素在哪里
与光合作用有关的色素在类囊体薄膜上。
6.与光合作用有关的酶分布在哪里
与光合作用有关的酶分布在类囊体膜上和叶绿体基质中。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路一）
小小的叶绿体中具有许多的基粒,每个基粒都含有两个以上的类囊体,多的可达100个以上,这样的结构有什么好处
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路一）
如图为德国科学家恩格尔曼所做的实验之一,他把载有水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内,在黑暗中用极细的光束照射水绵,发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中;如果把装置放在光下,细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。想一想,该实验的结论是什么
氧是由叶绿体在光下释放出来的。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路一）
水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察。需氧细菌可确定释放氧气的部位。
选用黑暗并且没有空气的环境可排除光线和空气中氧的干扰。
叶绿体上有光照多和光照少的部位,相当于一组对比实验。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路一）
如图为恩格尔曼做的另一个实验: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。该实验的现象是什么 怎么解释这种现象呢
大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域,这是因为水绵叶绿体中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。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路一）
综合上述资料,你认为叶绿体具有什么功能
叶绿体能吸收光能,用于光合作用放氧,且叶绿体能够吸收特定波长的光。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路一）
某些树的树叶随时间的变化颜色也发生变化,如春夏为绿色,秋天转为黄色。为什么不同季节叶片的颜色不同呢
春夏之际,由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素,而使类胡萝卜素的颜色被掩盖,只显示出叶绿素的绿色。秋天叶绿素含量降低,而使类胡萝卜素的颜色显示出来,叶片变黄。
秋天降温时,植物体为适应寒冷环境,体内积累了较多的可溶性糖,有利于形成红色的花青素,而叶绿素因寒冷逐渐降解,叶子呈现红色。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路二）
现在我们已经知道绿叶中含有4种色素,那么,这些色素分布在细胞中的哪些部位呢
直到1865年,德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用中的功能时,发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中,而是集中在一个个更小的结构里,后来人们称之为叶绿体。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路二）
阅读教材有关叶绿体结构的内容,叙述叶绿体的显微结构以及分布情况。
叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形,主要分布在植物的叶肉细胞内。
在电子显微镜下观察,叶绿体结构具有哪些特点呢
叶绿体由双层膜包被,内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成,这些囊状结构称为类囊体,吸收光能的4种色素就分布在类囊体的薄膜上,基粒与基粒之间充满了基质。叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体,极大地扩展了受光面积。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路二）
叶绿体的结构模式图
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路二）
叶绿体的哪些结构特点适合于进行光合作用呢
①叶绿体类囊体堆叠成基粒,增大了叶绿体膜的表面积;
②叶绿体内部巨大的膜表面上,分布着大量光合色素;
③类囊体膜上和叶绿体基质中,有许多与光合作用有关的酶。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路二）
观看视频
该实验的结论是什么？
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。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路二）
恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处
实验材料选择水绵和需氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋带状,便于观察,用需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。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路二）
如图为恩格尔曼的第二个实验,大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域,为什么
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。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路二）
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(如红光和蓝紫光)。
总结:叶绿体能吸收光能,用于光合作用放氧,是光合作用的场所。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路二）
从物理学的角度分析,光的波长越短,能量越多,透射的深度也就越深。可见光中,红光波长最长,透射的深度也就最浅。海水中透射率最高的是绿光。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。绿藻看起来是绿色的,可能的原因是什么
绿藻中的色素对绿光吸收率最小,绿光被反射出来。
环节二:叶绿体的结构适于进行光合作用（思路二）
海水中绿光透射率最高,而在深海中分布最多的是红藻,从光合色素的角度解释原因。
红藻中的色素对绿光有较高的吸收能力。
这种现象与光能的捕获有关吗
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。水对红橙光的吸收比对蓝绿光的吸收高,即到达深水层的光线是短波长的光,因此吸收红光和蓝紫光较多的绿藻,分布在海水的浅层,吸收蓝紫光和绿光较多的红藻,分布在海水的深层。
课堂练习
1.下列与叶绿体相关的实验中,分析错误的是 ( )
A.显微镜观察叶绿体,可以选用黑藻的叶片作为实验材料
B.恩格尔曼利用水绵进行实验,证明光合作用释放氧气的场所是叶绿体
C.纸层析法分离叶绿体中色素时出现在最下面的色素带是胡萝卜素
D.将叶绿体色素提取液置于光源和三棱镜之间,连续光谱中红光和蓝紫光区域变暗
C
课堂练习
2.迁移率是用纸层析法分离混合色素中各种成分的重要指标,可用于色素的鉴定。以新鲜菠菜绿叶为材料进行色素的提取和分离实验,得到如表所示结果。下列相关叙述错误的是 ( )
A.可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠代替无水乙醇
B.新鲜菠菜绿叶的色素提取液呈绿色主要是由于存在色素3、4
C.4种色素在层析液中的溶解度由大到小依次是色素1、2、3、4
D.迁移率为0.95和0.53的色素主要吸收可见光中的红光和蓝紫光
D
课堂练习
3.图甲是叶绿体结构示意图,图乙是绿叶中色素分离的结果(①~④代表叶绿体结构,A~D代表4种色素),下列相关叙述错误的是 ( )
C
A.②上与光合作用有关的色素对绿光吸收最少
B.若用黄化叶片做提取色素的实验,C和D色素带颜色较浅
C.利用无水乙醇提取和分离色素的原因是色素溶于乙醇
D.②上有许多进行光合作用所必需的酶
谢谢！

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