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第4节 光合作用与能量转化
人教版 必修1
第一课时
通过提取和分离不同叶片中的色素,运用分析与比较、归纳与概括等科学思维方法,构建色素的概念模型,提升科学探究能力;通过体 验多个改进与创新实验,培养批判性思维和创造性思维,发展科学思维能力和创新能力 。
通过自制分光装置探究叶片中色素的吸收光谱,建立学科之间的联 系, 培养学科融合意识和严谨的科学态度 ;关注光合色素吸收光谱与农业生产实践的联系,增强社会责任意识 。
通过分析叶绿体和叶绿素的分子结构,树立结构与功能相适应的生命观念 。
为什么秋季树叶会呈现绿色、黄色、红色等不同颜色？
这与叶片中的何种物质有关？
叶片中含有哪些色素？
这些色素又具有怎样的功能？
请同学们阅读教材第98-99页，回答下列问题
叶片中的色素存在于哪种细胞其中？如何提取？
研磨时如何防止液泡释放的有机酸破坏色素？
教材中宏为何选用单尼龙布进行过滤？能否用棉花或滤纸代替？
使用什么方法分离色素？为什么这种分离方法被称为“纸层析法”？
类比百米赛跑中按速度区分参赛者，依据溶解度分离色素的操作要点有哪些？
玉米（白化苗）
玉米（正常苗）
对于高等植物来说，叶片是进行光合作用的主要器官。这些植物的叶片多数是绿色，说明其中有绿色的色素。在玉米地里，有时可以看到叶片中不含绿色色素的白化苗。这样的白化苗，待种子中储存的养分耗尽就会死去。
可见中的色素可能与光能的捕获有关
提取原理:
色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中（可以用体积分数95%的乙醇加入适量无水乙醇GaCO3来代替）
分离原理:
色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液扩散得快，反之则慢。
分离的方法：
纸层析法
（一）实验原理
绿叶中色素的提取和分离
（二）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、研钵、无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙等。
（三）方法步骤
1.提取绿叶中的色素
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。
SiO2
CaCO3
无水乙醇
迅速
充分
作用
作用
作用
作用
作用
防止乙醇挥发
有助于研磨充分
防止色素被破坏
溶解、提取色素
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。
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。
④将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。
盛放滤液的试管用橡胶塞塞紧，防止无水乙醇的挥发。
2.分离色素—纸层析法
①制备滤纸条：干燥的定性滤纸条
为什么要剪去两角？
目的：减少边缘效应造成两边色素扩散快，保证
色素带整齐。
②画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀画出一条细线。等滤液干后再画一到两次。
★要求：细、直、齐
③分离色素
将适量的层析液倒入烧杯中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）插入层析液（细线不能浸入）中，观察色素带及其颜色并记录。
为何滤液细线不能触及层析液？（防止色素溶解在层析也中）
为何要盖上培养皿？ （防止层析液挥发，因其易挥发且有毒）
层析液:
20石油醚
2丙酮
1苯
3.观察与记录
类胡萝卜素
（含量约1/4）
叶绿素
（含量约3/4）
胡黄ab向前走
色素的功能：
吸收、传递、转化光能
色素分离的改进——灯芯法
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
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
避免了滤液细线触及层析液
1
2
3
4
6
5
层析
思考
1、为什么收集到的滤液绿色过浅？
a.未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
b.使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
c.一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低 (正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。
d.未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
2、为什么滤纸条色素带重叠？
没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。
3、为什么滤纸条看不到色素带？
a.忘记画滤液细线。
b.滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
4、为什么滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带？
忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
这四种色素对光的吸收有什么差别呢？
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。
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。
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。
叶绿体中的色素只吸收可见光而对红外光和紫外光等不吸收。
植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中制造有机物。
这些色素存在于细胞中什么部位呢？
光学显微镜下可以看到叶绿体一般呈扁平的椭球型或球形；
电子显微镜下可以看到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。
众多的基粒和类囊体，极大得扩展了受光面积，扩大色素和酶的附着位点。
1、叶绿体的结构
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
2、叶绿体的功能
资料1：
1881年，德国科学家恩格尔曼做了这样的实验，把载有水棉（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棉，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。
紧接着。他又做了一个实验，用透过三棱镜的光照射水棉临时装片发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
资料2：
在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。
讨论
1、恩格尔曼第一个实验的结论是什么？
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
2、在第2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，在此波长的光照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧型细菌在此区域的分布
3、综上所述，你认为叶绿体有什么功能？
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
实验材料的选择妙：水绵，不仅具有细而长的带状叶绿体，而且呈螺旋带状分布在细胞中，便于观察
排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境排出了环境中氧气和光的干扰
观测指标的设计妙：通过需养细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出释放氧气的部位
实验对照的设计妙：用极细的光束点投射，叶绿体上分为获得光照部位和无光照部位，相当于一组对照实验，进行黑暗条件下局部光照和完全暴露在光下的对照实验，明确实验结果是由光照引起的。
4.恩格尔曼在选材实验设计上有什么巧妙之处？
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
一、概念检测
海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻、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？
二、拓展应用
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所形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。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，因此，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深的地方。
绿叶中色素的
提取和分离
实验原理
实验过程
实验结论
无水乙醇，层析液
叶绿素
类胡萝卜素
红光
蓝紫光
蓝紫光
色素
叶黄素
胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
（蓝绿色）
（黄绿色）
（橙黄色）
（黄色）
含量约占3/4
含量约占1/4
叶绿体中类囊体的薄膜
位置
功能
吸收、传递、转化光能

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