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(共33张PPT)
第五章细胞的能量供应和利用
第3节 光合作用与能量转化(课时1)
教学目标
1. 生命观念
2. 科学思维
3. 科学探究
4. 社会责任
通过分析叶绿体的结构特点与色素分布，认同“叶绿体的结构与光合作用功能相适应”的观点；理解光合作用是生物圈能量输入与转化的基础。
通过对恩格尔曼实验的深入分析，学习科学家严密的实验设计逻辑（选材、对照、观察指标等）； 通过对色素提取分离异常现象的分析，培养逻辑推理与问题解决能力。
明确“绿叶中色素提取与分离”实验的目的、原理、步骤及注意事项；能分析实验中的异常现象，并提出改进措施。
运用光合色素吸收光谱的知识，解释或解决农业生产中的实际问题（如大棚薄膜选择、补光灯选择），关注科学技术在社会生产中的应用。
教学重难点
(1) “绿叶中色素的提取和分离”实验的原理、方法及结果分析。
(2) 光合色素的种类、吸收光谱及其与功能的关系。
(3) 叶绿体的结构如何与其光合作用功能相适应。
(1) 纸层析法分离色素的原理及实验操作细节的理解。
(2) 恩格尔曼实验设计的巧妙之处及其结论的推导过程。
1. 教学重点
2. 教学难点
一、捕获光能的色素和结构
1. 捕获光能的色素
2. 叶绿体的结构适于进行光合作用
当堂训练
小结
三、目录 CONTENTS
1.1探究·实践1 绿叶中色素的提取与分离
1.2光合色素的吸收光谱
2.1叶绿体的结构
2.2叶绿体的功能
2.3 知识应用
1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
①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减产
②可根据植物生长的情况调控人工光源的强度和不同色光(光质)，使蔬菜产量达到最大
2.为什么要控制CO2浓度、营养液成分和温度条件？
影响植物光合作用的环境因素，通过控制使植物达到最佳生长状态。
植物工厂(视频)
问题探讨
你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
讨论
在自然界，万物生长需要依靠靠太阳。
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（photosynthesis）
是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。
一、捕获光能的色素和结构
在玉米地里，有时可看见叶片中
不含绿色色素的白化苗。
图5-10正常玉米植株(绿色)
和白化玉米植株(白色)
叶片是高等植物进行光合作用的主要器官。这些植物的叶片多数是绿色的，
待种子中储存的养分耗尽,白化苗就会死去。
叶片中的色素可能与光能的捕获有关。
有绿色的色素
绿叶中究竟有哪些色素呢？
1.捕获光能的色素
1.本实验的原理以及目的要求是什么？
2.本实验分别利用什么装置和物质来提取和分离色素？
3.提取绿叶中的色素包括哪几个实验步骤？
4.滤纸条上有几条色素带，他们是按照什么次序分布的？
5.滤纸条上的色素带的分布说明了什么？
一、捕获光能的色素和结构
【探究活动1】
阅读课本p90-91， 小组合作完成以下任务。
探究·实践1 绿叶中色素的提取与分离
(1)实验原理：
①提取原理:
②分离原理:
(3)实验方法：
①提取方法：
②分离方法：
过滤法
色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
各种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条上的扩散更快,反之则慢。
一、捕获光能的色素和结构
纸层析法
(2)目的要求：
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。
(3)实验材料：
一、捕获光能的色素和结构
①新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）。
②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，药匙，量筒（10 mL），天平等。
③无水乙醇（也可用体积分数为 95% 乙醇加入适量无水碳酸钠来代替），
层析液（由 20 份在 60 ~ 90 °C下分馏出来的石油醚、2 份丙酮和 1 份苯混合而成），二氧化硅和碳酸钙。
(4)实验步骤：
一、捕获光能的色素和结构
提取色素
研磨
过滤
收集滤液
绿叶
剪切
二氧化硅:
使研磨充分
碳酸钙:
保护色素
无水乙醇
溶解色素
一端剪去两角:使扩散均匀
制备滤纸条
画滤液细线
直、细、匀
(风干后再重画一到两次)
分离色素
将滤纸条插入层析液中，滤液细线不能触及层析液。
巧记口诀：
石英砂，破细胞；碳酸钙，护色素；乙醇提，层析分。
迅速、充分
(4)实验步骤：
一、捕获光能的色素和结构
观察和记录
色素分离后的结果
黄绿色(叶绿素b)
蓝绿色(叶绿素a)
黄色(叶黄素)
橙黄色(胡萝卜素)
色素种类 色素 颜色 色素 含量 溶解度 扩散速度
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
最少
最高
最快
黄色
较少
较高
较快
蓝绿色
最多
较低
较慢
黄绿色
较多
最低
最慢
叶绿素含量约占3/4
类胡萝卜素含量约占1/4
巧记规律：①顺序: 胡黄ab, 橙黄蓝绿黄绿; ②含量: ab多, 胡黄少;
③扩散速度: 胡跑最快, b在最后。
一、捕获光能的色素和结构
思考
1.为何要将菠菜叶放置24-36小时？
防止水分过多影响色素提取效果。
2.过滤时能否用尼龙布替代滤纸
不能。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的含量和浓度过低。
3.制备滤纸条时为何要减去底部两角？
减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。
4.待滤液细线干燥后，再重画一到
两次的目的是什么？
5.为何滤液细线不能触及层析液？
增加滤液细线中色素的含量。
防止色素溶解在层析液中。
一、捕获光能的色素和结构
绿叶中色素的提取和分离(视频)
一、捕获光能的色素和结构
绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
色素提取
收集的滤液
色素过浅
①未加二氧化硅，研磨不充分
②使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少
③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低
(正确做法:分次加入少量无水乙醇提取色素)
④未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏
色素
分离
滤纸条色素带重叠
①未经干燥处理
②滤液细线没有达到细、匀、直的要求,使色素扩散不一致
滤纸条未
出现色素带
①忘记画滤液细线
②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
②四个同心圆的色素带，从外往里
依次为 。
如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置。
实验改进与思考
定性滤纸
培养皿
灯芯棉
胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b
一、捕获光能的色素和结构
知识拓展
①应将滤液滴在a处还是b处？
思考
b处
自然光通过三棱镜
现象：光屏出现明显的色光带
自然光经过色素提取液后通过三棱镜
现象：色光带变暗，且蓝紫光和红光大部分被吸收
一、捕获光能的色素和结构
1.2光合色素的吸收光谱
结论: 绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。
[易错提醒]植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素(叶绿素)对绿光吸收最少，绿光被反射出来。植物的液泡中也含有色素，但其中的色素不参与光合作用。
一、捕获光能的色素和结构
图5-12叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
(1)色素吸收光谱时，在 区和 区有两个明显的吸收带，说明这两个区域色素吸收的光多，其它区域吸收得较少。
结论
红光
蓝紫光
(2)叶绿素a和叶绿素b主要吸收 ，胡萝卜素和叶黄素主要吸收
蓝紫光和红光
蓝紫光。
注意：光合色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
这些色素存在于细胞中什么部位呢
2.叶绿体的结构适于进行光合作用
一、捕获光能的色素和结构
2.1叶绿体的结构
内膜
外膜
基质
类囊体
基粒
光合色素
增大膜面积的方式:
叶绿体的内膜向内凹陷、缢裂，形成许多扁平、封闭的囊状结构，即类囊体。
思考
1.叶绿体是如何增大生物膜面积的,优点
优点: 扩展了受光面积
2.进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的
哪些结构中
叶绿体的基粒的类囊体薄膜上或者叶绿体基质中。
一、捕获光能的色素和结构
黑暗中用极细光束照射
黑暗
无空气
完全暴露在光下
细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中
细菌分布在叶绿体所有受光的部位
资料11881年，德国科学家恩格尔曼（T. Engelmann, 1843—1909）做了如下实验：
叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
水绵
需氧细菌
2.2叶绿体的功能
实验结论:
叶绿体是光合作用的场所
水绵实验(视频)
一、捕获光能的色素和结构
巧记口诀：水绵细菌巧搭档，无氧黑暗排干扰，细光束照有对照，红光蓝紫产氧忙。
1.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙
之处？
光
三棱镜
临时装片
好氧细菌
水绵
好氧细菌
一、捕获光能的色素和结构
恩格尔曼的第二个实验：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。
思考
选材:
①无空气黑暗环境,排除氧气和光的干扰。
②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。
②用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
①水绵叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察。
实验设计:
③临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
2.在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集
在红光和蓝紫光区域，为什么？
光
三棱镜
临时装片
好氧细菌
水绵
好氧细菌
一、捕获光能的色素和结构
恩格尔曼的第二个实验：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。
思考
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，叶绿体会释放更多的氧气，适于好氧细菌在此区域分布。
3.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么
功能？
叶绿体能吸收特定波长的光，用于光合作用并释放出氧气。
一、捕获光能的色素和结构
2.3 知识应用
白光(七色光)
应用1: 基于色素吸收光谱图选择大棚玻璃材料
冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色还是无色的大棚塑料薄膜或玻璃？
白光(七色光)
红色玻璃吸收、透过红光
白色玻璃吸收、透过白光
选无色的大棚塑料薄膜或玻璃，植物可以获得更多的光能。
一、捕获光能的色素和结构
2.3 知识应用
应用2: 基于色素吸收光谱图选择照明灯
阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择以下哪种颜色的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。
小结
光合作用与能量转化
探究·实践1 绿叶中色素的提取与分离
二氧化硅:
使研磨充分
碳酸钙:
保护色素
无水乙醇
溶解色素
画滤液细线: 细、直、齐
制备滤纸条:
一端剪去两角:使扩散均匀
绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。
叶绿体的功能:叶绿体能吸收特定波长的光，用于光合作用并释放出氧气。
巧记口诀: 石英砂, 破细胞；碳酸钙, 防破坏；乙醇提, 层析分。
绿体的结构适于进行光合作用
巧记规律：①顺序: 胡黄ab, 橙黄蓝绿黄绿; ②含量: ab多, 胡黄少;
③速度: 胡跑最快, b在最后。
当堂训练
1. （2024·广东·高考真题）银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是（　　）
A．选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B．研磨时用水补充损失的提取液
C．将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D．用过的层析液直接倒入下水道
解析：A 错误. 选择新鲜程度不同的叶片混合研磨实验目的是比较银杏绿叶和黄叶的色素差别，因此不应将二者混合，而应分别提取、分别分析，混合会导致结果无法区分。B 错误. 研磨时用水补充损失的提取液色素提取液一般使用有机溶剂（如无水乙醇或丙酮），用水会降低提取效率（色素不溶于水），且可能导致色素降解或乳化。D 错误. 用过的层析液直接倒入下水道层析液通常含有有机溶剂（如石油醚、丙酮等），可能易燃、有毒，直接倒入下水道会污染环境，应在化学废液桶中专门回收处理。
2.(2023·福建福州高一期末)关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是（ ）
A.研磨时加入适量二氧化硅，有助于提高过滤液的色素浓度
B.可用干燥定性滤纸置于玻璃漏斗基部进行过滤，收集滤液
C.可用盖玻片蘸取滤液，沿铅笔细线按压出均匀的色素细线
D.层析后出现的色素带，其位置、颜色和宽窄蕴含不同信息
当堂训练
解析:B错误。用干燥定性滤纸过滤会因为滤纸吸附色素而导致色素损失大，并不是标准做法。而且定性滤纸过滤速度很慢，容易破裂。
3.(2023·河北邯郸高一期末)下列有关叶绿体的叙述，正确的是（ ）
A.叶绿体具有双层膜结构，光合色素分布在内膜上
B.叶绿体中只有叶绿素可吸收光能用于光合作用
C.叶绿体内众多的基粒，极大地扩展了受光面积
D.植物叶片多呈现绿色是由于叶片中的叶绿体吸收了较多绿光
当堂训练
解析:A错误. 叶绿体具有双层膜（外膜和内膜），但光合色素并不分布在内膜上，而是分布在 类囊体薄膜 上 。B错误. 叶绿体中的光合色素包括叶绿素（a 和 b）和类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素），它们都能吸收光能，并将能量传递给反应中心，类胡萝卜素还能起光保护作用，不能说“只有叶绿素可吸收光能”。D错误. 植物叶片呈现绿色是因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光大部分被反射或透射，而不是“吸收了较多绿光”。
A.色素Ⅳ在提取液中的溶解度最低
B.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收可见光中的蓝紫光和红光
C.强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量
D.色素Ⅰ的颜色为橙黄色、色素Ⅳ的颜色为蓝绿色
4. (2023·辽宁沈阳高一期中)为研究光照强度对幼苗光合色素的影响，用纸层析法对正常光照和强光照条件下生长的植物叶片中的光合色素进行分离，结果如图所示(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是 ( )
当堂训练
解析:A错误.色素Ⅳ是胡萝卜素，跑得最远，说明在层析液（有机溶剂）中溶解度最高，而不是最低。B错误.色素Ⅰ是叶黄素（类胡萝卜素），主要吸收蓝紫光，基本不吸收红光。D错误.色素Ⅰ为叶黄素（黄色），不是橙黄色；色素Ⅳ为胡萝卜素（橙黄色），不是蓝绿色
5．德国科学家恩格尔曼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。下列有关分析正确的是（ ）
A．该实验中水绵临时装片应该置于黑暗且供氧充足的条件下
B．类胡萝卜素只吸收蓝紫光，叶绿素只吸收蓝紫光和红光
C．水绵含有叶绿体，光合作用时会在类囊体薄膜上放出氧气
D．该实验能证明叶绿体吸收光能后会放出氧气且合成有机物
当堂训练
解析:A错误．恩格尔曼的实验是将需氧细菌和水绵放在无氧但有光的条件下，这样需氧细菌聚集的地方就是光合作用放氧最多的地方，而不是在黑暗条件下。B错误.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光（不吸收红光），叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，但叶绿素也能吸收部分其他波长的光（只是吸收较少），而且吸收光谱有重叠，说“只吸收”太绝对，不准确。D错误.该实验直接证明了叶绿体吸收光能后放出氧气（因为需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域的叶绿体部位），但没有直接证明合成有机物
A.实验一黑暗组水绵叶绿体的不同部位可以相互对照
B.实验一中的两组实验均是在无空气的小室内进行的
C.实验一说明叶绿体通过光合作用向细胞外释放氧气
D.实验二说明叶绿体不能吸收波长为550～600 nm的光
6.(2023·江西宜丰中学高一月考)德国科学家恩格尔曼曾用需氧细菌、水绵做了两个实验，发现叶绿体的功能以及光合作用的吸收光谱，实验内容如图所示。下列分析错误的是
当堂训练
解析:D错误.实验二需氧细菌多集中分布在红光和蓝紫光区域，说明在这两种光下光合作用释放氧气多，即叶绿体主要吸收红光和蓝紫光，但不能说明叶绿体完全不吸收波长为550 - 600 nm的光，只是吸收量相对较少。
本节课到此结束
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