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(共34张PPT)
第4节 光合作用与能量转化
——捕获光能的色素和结构（课时一）
01
光合色素的提取与分离
02
光合色素的种类
03
不同色素对光的吸收差异
本节重点
04
叶绿体的结构适于进行光合作用
在自然界中，万物生长靠太阳
在植物工厂中，植物生长靠人工光源
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。
白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料。
绿叶中有哪些色素呢？
叶片是进行光合作用的主要器官。
植物正常生长需要光能，而叶片中的色素可能与光能的捕获有关。
绿叶中色素的提取和分离
提取和分离绿叶中的色素，探究绿叶中色素的种类
实验目的
用无水乙醇提取色素（色素能溶解在有机溶剂中）
实验原理——提取
用层析液分离色素（色素在层析液中溶解度不同，溶解度越高，扩散得越快）纸层析法
实验原理——分离
绿叶中色素的提取和分离
实验材料与试剂
新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）、无水乙醇（可用95%乙醇和无水碳酸钠代替）、层析液（石油醚、丙酮、苯）、二氧化硅、碳酸钙
选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿、无浆汁的叶片，如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等，因为新鲜的绿叶色素含量多
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。
实验用具
1.提取绿叶中的色素
1
2
3
4
①称取5g的绿叶，剪碎，
放入研钵中。
②放入少许二氧化硅和碳酸钙，
再放入10mL无水乙醇，
迅速、充分地研磨
二氧化硅有助于研磨得充分，
碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
防止无水乙醇挥发
叶绿体能够被充分破坏，
使得色素能充分被释放出来
③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗
中进行过滤。
④收集滤液,封口。
用单层尼龙布过滤，过滤叶脉及二氧化硅等并且不吸附色素。
盛放滤液的试管用橡胶塞塞紧，防止无水乙醇的挥发。
2.制备滤纸条
干燥的定性滤纸
1cm
为什么要剪去两角？
避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线
画铅笔线
3.画滤液细线
★注意：细、直、齐，待滤液干后，再重画一两次。
增加滤液细线上色素含量，使分离色素带更明显。
使分离的色素带清晰
4.分离绿叶中的色素
插滤纸条
层析液
培养皿
为何滤液细线不能触及层析液？
防止色素溶解在层析液中
原理：溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快；反之，则慢。
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 使色素充分溶解、防止溶剂挥发
盛滤液的试管口加棉塞 防止乙醇挥发和色素氧化
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明显
滤液细线不能触及层析液 防止色素溶解到层析液中
优化方案89页
实验结果
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，含量最高）
叶绿素b（黄绿色，含量第二）
胡萝卜素（橙黄色，含量最低）
叶黄素（黄色，含量第三）
实验结论
绿叶中的色素
（最宽）
（扩散速度最快）
色素的吸收光谱
叶绿素溶液
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
类胡萝卜素溶液
阳光是由不同波长的光组成组合成的复合光，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。
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。
四种光合色素对光的吸收有什么差别呢？
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
注：因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。
塑料大棚中“薄膜颜色”与“补光类型”
色素与叶片的颜色
正常 绿色 正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色
叶色 变黄 寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，显示出类胡萝卜素的颜色，叶子变黄
叶色 变红 秋天降温时，植物体为适应寒冷，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
色素的吸收光谱
影响叶绿素合成因素的分析
叶绿体的结构适于进行光合作用
0.5 秒延迟符，无
意义，可删除.
类囊体薄膜上
类囊体薄膜和叶绿体基质
色素分布：
酶分布：
1g菠菜叶片中的类囊体总面积竟有60m2左右。
类囊体堆叠形成基粒，极大地扩展了受光面积
色素　酶
光合色素功能：吸收、传递、转换光能
叶绿体的结构适于进行光合作用
（1）叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着大量光合色素；
（2）类囊体膜上和叶绿体基质中，有许多与光合作用有关的酶；
（3）叶绿体的结构与光合作用高度适应。
色素　 酶
叶绿体的结构适于进行光合作用
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：叶绿体吸收光能用于光合作用并释放氧气
恩格尔曼实验一
叶绿体的结构适于进行光合作用
三棱镜
恩格尔曼实验二
照射水绵
好氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域
结论：叶绿体主要吸收蓝紫光和红光
好氧细菌
水绵
好氧细菌
用叶绿体的结构适于进行光合作
恩格尔曼的实验一
恩格尔曼的实验二
恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
水绵：叶绿体呈螺旋或带状，便于观察；
好氧细菌：可确定释放氧气的部位；
没有空气的黑暗环境：排除氧气和光的干扰；
极细的光束：叶绿体上有光和无光部位形成对照试验
装片暴露阳光下：再次验证试验结果。
课堂小结
（蓝绿色）
叶绿素a
（黄绿色）
叶绿素b
（橙黄色）
胡萝卜素
叶 黄 素
（黄 色）
叶绿素
（约占3/4，主要吸收红光和蓝紫光）
类胡萝卜素
（约占1/4，主要吸收蓝紫光）
绿叶中的色素
叶绿体
双层膜
基质中有许多由囊状结构堆叠而成的基粒
光合色素分布在类囊体薄膜上，光合作用的酶分布在类囊体薄膜和叶绿体基质
叶绿体
光能
CO2
H2O
有机物
O2
1.能量转换？
2.O2来自哪里？
光合作用的原理
光合作用的原理
资料1: 希尔反应
1937年，英国植物学家希尔(R.Hi)制备了离体叶绿体的悬浮液，通过抽真空处理除去CO2,并保留H2O，此后向悬浮液加入氧化剂，光照后叶绿体释放出O2。
1.希尔的实验_(能/不能)说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应。
悬浮液中没有合成糖的必须原料CO2
2.该实验_(能/不能)说明植物光合作用产生的O2中的O全部都来自水。
反应体系中可能存在其他氧元素供体
光合作用的原理
资料2: 鲁宾和卡门实验
1941年，美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门(M.Kamen)用同位素示踪的方法-用180分别标记H2O和CO2，研究了光合作用中O2的来源。
结论：光合作用产生的氧气全部来自水
光合作用的原理
资料3: 阿尔农实验
1954年，美国科学家阿尔农(D.Ammon)利用离体的叶绿体进行实验，期待有H的出现，然而惊奇的是只发现了ATP和NADPH的痕迹。在有光照、无CO2条件下向反应体系供给ADP、Pi和NADP+有ATP、NADPH和O2的产生。
尝试写出阿尔农实验所涉及的物质变化(化学反应式)：
光合作用的原理
光合作用的原理
资料4: 阿尔农实验
阿尔农(D.Armon)从叶绿体中完全去除色素，提取出叶绿体基质中的酶，在黑暗条件下，将酶与ATP、NADPH、CO2混合在一起，制造出了糖类物质!
光合作用的第二个阶段，有没有光都能进行，这个阶段叫暗反应阶段
光合作用的原理
思考：如何确定放射性（14C）首先出现在哪种化合物中？
光合作用的原理
光合作用的原理
资料5: 阿尔农实验
卡尔文(M.Calvin)等经过实验发现，在光照下，C3、C5的浓度很快达到饱和并保持相对稳定。但当改变其中一个实验条件后:
C5
C3
C5
C3
光照
光照
CO2
CO2
光合作用的原理
光反应
暗反应
O2
NADPH
ATP
ADP+Pi
NADP+
2C3
C5

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