5.4.1光合作用與能量轉(zhuǎn)化捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)課件高一上學(xué)期生物人教版必修一

第四節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化——捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)植物工廠

你參觀或聽說過植物工廠嗎？植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分等條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍(lán)色和白色的光源。1、靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？

用人工光源可以避免由于自然環(huán)境中光照強(qiáng)度不足導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度低而造成的減產(chǎn)。同時(shí)，人工光源的強(qiáng)度和不同色光是可以調(diào)控的，可以根據(jù)植物生長的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使蔬菜產(chǎn)量達(dá)到最大。

影響光合作用的因素很多，既有植物自身?xiàng)l件，也有外界環(huán)境條件。二氧化碳濃度、營養(yǎng)液和溫度是影響植物生長的重要外部條件，因此要進(jìn)行控制，以便讓植物達(dá)到最佳的生長狀態(tài)。問題探討2、為什么要控制二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件？捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)正常苗白化苗能進(jìn)行光合作用制造有機(jī)養(yǎng)料。不能進(jìn)行光合作用，無法制造有機(jī)養(yǎng)料。證明：光合作用需要色素

有色素才能將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

玉米中有時(shí)會出現(xiàn)白化苗。白化苗由于不能進(jìn)行光合作用，待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會死亡。一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)

追根溯源，活細(xì)胞生命所需的能量最終是來自太陽的光能，而將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能要通過光合作用，進(jìn)行光合作用的細(xì)胞，首先要捕獲光能。而光能的捕獲與葉片中的色素有關(guān)。

那么綠葉中有哪些色素呢？

（一）捕獲光能的色素提取:分離:提取和分離綠葉中的色素，探究綠葉中色素的種類用層析液分離色素用無水乙醇提取色素（溶解色素）（色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的隨層析液擴(kuò)散得快。）1.綠葉中色素的提取和分離紙層析法實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理新鮮的綠葉（深綠）（如菠菜的綠葉）無水乙醇（可用體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇，加入適量無水碳酸鈉，除去乙醇中水分）層析液二氧化硅和碳酸鈣。（色素含量高）實(shí)驗(yàn)材料用具（2）方法步驟：①提取綠葉中的色素（2）方法步驟：剪碎研磨二氧化硅：使研磨更加充分碳酸鈣

：防止色素破壞，主要保護(hù)葉綠素?zé)o水乙醇：溶解色素為什么研磨要迅速、充分？少量多次防止乙醇過度揮發(fā)，充分溶解色素稱?。?g的綠葉，剪去主葉脈，剪碎，放入研缽中。注意選擇鮮嫩、顏色濃綠，因?yàn)樯睾枯^高，否則葉綠素含量低，實(shí)驗(yàn)效果不明顯。（2）方法步驟：①提取綠葉中的色素過濾收集將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中(單層尼龍布)進(jìn)行過濾。用棉塞塞嚴(yán)（目的是防止乙醇揮發(fā)和色素氧化）。用單層尼龍紗布過濾而不用濾紙:防止色素吸附在紙上色素均勻擴(kuò)散，更好地分離防止層析液在邊緣擴(kuò)散過快，使色素在濾紙上擴(kuò)散均勻筆墨中的色素會也能隨層析液擴(kuò)散，對從綠葉中提取的色素造成污染。細(xì)、直、齊：使分離的色素帶平整、不重疊（2）方法步驟：積累更多的色素，使分離出的色素帶清晰鉛筆線濾液細(xì)線（2）方法步驟：防止層析液中的成分揮發(fā)(丙酮、苯等有毒)不能讓濾液細(xì)線觸及層析液：

防止色素溶解在層析液中，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗觀察不到色素帶（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果上下（橙黃色）

（黃色）（藍(lán)綠色）（黃綠色）類胡蘿卜素葉綠素1、色素帶的位置說明什么問題？2、色素帶的寬窄說明什么問題？胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b含量約占3/4含量約占1/4溶解度的大小色素含量的多少1、綠葉中色素的提取和分離

觀察濾紙條上出現(xiàn)的色素帶，將出現(xiàn)以下結(jié)果。色素種類色素顏色色素含量溶解度擴(kuò)散速度胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b橙黃色黃色藍(lán)綠色黃綠色最少較少較多最多最高較高較低最低最快較快較慢最慢（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果拓展實(shí)驗(yàn)

如果在圓形濾紙的中央點(diǎn)開始，對葉綠體的色素進(jìn)行層析，會看到什么現(xiàn)象？會出現(xiàn)四個(gè)同心圓的色素帶，從外往里依次為:__________________________________________________________；胡蘿卜素橙黃色、葉黃素黃色、葉綠素a藍(lán)綠色、葉綠素b黃綠色1、綠葉中色素的提取和分離異?，F(xiàn)象的分析若色素提取液呈淡綠色的，其原因有:

①選材不當(dāng)，未選擇新鮮綠葉或稱取的新鮮綠葉量過少，色素含量少。②加入的無水乙醇過多，導(dǎo)致色素溶液濃度小。③未加碳酸鈣或加入的過少，色素分子（主要是葉綠素）部分破壞。④研磨不充分或研磨速度太慢，乙醇揮發(fā)，色素未能充分提取出來。若色素帶顏色較淺，其原因有:

⑤劃濾液細(xì)線的次數(shù)太少，濾紙條上的色素含量少⑥層析時(shí)，部分濾液細(xì)線已觸及層析液同上4點(diǎn)色素提取液色素帶1、綠葉中色素的提取和分離【問題探討】思考1：銀杏的葉秋季為什么變黃了？秋季，葉片的葉綠素分子在低溫下被破壞，而類胡蘿卜素較穩(wěn)定，所以顯出類胡蘿卜素的顏色。思考2：秋天楓葉變紅色的原因是什么？秋天葉綠體內(nèi)的色素主要類胡蘿卜素，呈橙黃色和黃色；液泡內(nèi)的色素主要是花青素，在酸性條件(葉片細(xì)胞液呈酸性)下呈紅色。2、色素的吸收光譜

陽光是由不同波長的光組合成的復(fù)合光，在穿過三棱鏡時(shí)，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。分別讓不同顏色的光照射色素溶液就可以得到色素溶液的吸收光譜。綠葉中色素的作用：吸收光能，主要吸收藍(lán)紫光和紅光。圖：自然光通過三棱鏡圖：自然光經(jīng)過色素提取液后通過三棱鏡現(xiàn)象：光屏出現(xiàn)明顯的色光帶現(xiàn)象：色光帶變暗，且藍(lán)紫光和紅光大部分被吸收光合作用與能量轉(zhuǎn)化(共80張PPT)知識拓展光是一種電磁波；可見光的波長是400-760nm；不同波長的光，顏色不同；波長小于400nm的光是紫外光；波長大于760nm的光是紅外光；一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：這4種色素吸收的光波長有差別，但是都可以用于光合作用。2、色素的吸收光譜樹葉為什么是綠色？色素對綠光吸收最少，綠光被反射回來，所以葉片才呈現(xiàn)綠色。葉綠素a和葉綠素b：主要吸收藍(lán)紫光和紅光胡蘿卜素和葉黃素：主要吸收藍(lán)紫光1、分別在A、B、C三個(gè)研缽中加2克剪碎的新鮮菠菜綠葉，并按下表所示添加試劑，經(jīng)研磨、過濾得到三種不同顏色的溶液，即：深綠色、黃綠色（或褐色）、幾乎無色。處理ABCSiO2（少量）+++CaCO3（少量）－++95%乙醇（10毫升）+－+蒸餾水（10毫升）－+－注：“+”表示加；“－”表示不加。試回答：（1）A處理得到的溶液顏色是

，原因是

。（2）B處理得到的溶液顏色是

，原因是

。（3）C處理得到的溶液顏色是

，原因是

。

黃綠色部分葉綠素受到破壞幾乎無色葉綠素不溶于水深綠色大量葉綠素溶于乙醇中經(jīng)典例題2、從新鮮的菠菜葉片提取葉綠體色素，發(fā)現(xiàn)提取液明顯偏黃綠色，最可能的原因是（）

A．加入的石英砂太多

B．沒有加入碳酸鈣

C．用脫脂棉過濾不徹底

D．一次加入過多無水乙醇B隨堂練習(xí)情景設(shè)置：假如你是一位農(nóng)業(yè)小專家，受邀去一蔬菜大棚基地。（1）溫室或大棚種植蔬菜時(shí)，應(yīng)選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜？為什么？無色最好，其次是紅光或藍(lán)紫光，最次是綠光。（2）溫室或大棚種植蔬菜時(shí)，應(yīng)選擇什么顏色的的光作為補(bǔ)充光源？為什么？因?yàn)槿~綠素吸收最多的是光譜中的藍(lán)紫光和紅光，用這種方法可以提高光合作用強(qiáng)度。（3）為什么不用發(fā)綠色光的燈光作為補(bǔ)充光源？因?yàn)槿~綠素對綠光吸收最少，幾乎不吸收。知識拓展3.影響葉綠素合成的因素：（1）光照：光照是影響葉綠素合成的主要因素，植物在黑暗一般不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃；（2）溫度：溫度可影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，進(jìn)而影響葉綠素的合成；另外，低溫時(shí)葉綠素分子易被破壞，因?yàn)榍锾烊~片變黃；（3）礦質(zhì)元素：葉綠素中含有N、Mg等礦質(zhì)元素，若缺乏將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成；1.分布：主要在葉肉細(xì)胞，少數(shù)分布在幼嫩的莖、果實(shí)中。2.形態(tài)：呈扁平的橢球形或球形可根據(jù)光照強(qiáng)弱來改變自己的狀態(tài)外界光照較弱，葉綠體以正面接收光照保證接收到充分的光照，又可避免被強(qiáng)光灼傷。3.結(jié)構(gòu)：葉綠體外膜內(nèi)膜基粒:由兩個(gè)以上的類囊體組成

含有色素和與光反應(yīng)有關(guān)的酶基質(zhì)：含多種與暗反應(yīng)有關(guān)的酶擴(kuò)展了膜的受光的面積，擴(kuò)大色素和酶的附著位點(diǎn)，是光反應(yīng)的場所。是暗反應(yīng)的場所。捕獲光能的色素存在于哪里？外界光照較強(qiáng)，葉綠體以側(cè)面接收光照資料1：1881年，恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)1注：水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，細(xì)菌為需氧菌，可以運(yùn)動。黑暗，細(xì)光束照射。細(xì)菌集中在光束照射的葉綠體部位。均勻光照射。細(xì)菌分布在葉綠體所有的受光部位上。1、恩格爾曼第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么？氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。4、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用（1）選材：（1）水綿具有細(xì)長的帶狀葉綠體，易于觀察現(xiàn)象。

（2）好氧細(xì)菌的利用，準(zhǔn)確顯示出氧氣產(chǎn)生的部位。（2）設(shè)計(jì)：黑暗無空氣的設(shè)計(jì)，排除了氧氣和光的干擾。

（4）進(jìn)行黑暗（局部光照）和曝光對比實(shí)驗(yàn)，從而明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是光照引起的。（3）極細(xì)的光束照射：葉綠體上可分為光照多和光照少的部位，相當(dāng)于一組對比實(shí)驗(yàn)。2、恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)方法有什么巧妙之處？資料1：1881年，恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)1資料2：在類囊體膜上葉綠體基質(zhì)中，含有多種進(jìn)行光合作用所必需的酶。

用三棱鏡的光照射水綿臨時(shí)裝片，發(fā)現(xiàn)大量需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域。3、在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域，為什么？

這是因?yàn)樗d葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于好氧細(xì)菌在此區(qū)域分布。4、綜合上述資料，你認(rèn)為葉綠體具有什么功能？葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。資料1：1881年，恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)2結(jié)論:葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所，它內(nèi)部的巨大膜表面上，不僅分布著許多吸收光能的色素分子，還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。葉綠體含有色素和光合作用必需的酶，是光合作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。光合作用與能量轉(zhuǎn)化綠葉中色素的提取和分離葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)結(jié)論無水乙醇，層析液葉綠素類胡蘿卜素紅光藍(lán)紫光藍(lán)紫光色素葉黃素胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b（藍(lán)綠色）（黃綠色）（橙黃色）（黃色）含量約占3/4含量約占1/4形態(tài):

結(jié)構(gòu):

功能:

葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所。知識總結(jié)：1、下列關(guān)于葉綠體的描述，正確的是（）A．葉綠體中的類胡蘿卜素主要吸收紅光和藍(lán)紫光B．光學(xué)顯微鏡可以觀察到類囊體C．葉綠體外表的雙層膜上具有葉綠素和酶D．基粒由類囊體堆疊而成2、為證實(shí)葉綠體有放氧功能，可利用含有水綿與好氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，裝片需要給予一定的條件，這些條件是（）A.光照、有空氣、臨時(shí)裝片中無NaHCO3稀溶液B.光照、無空氣、臨時(shí)裝片中有NaHCO3稀溶液C.黑暗、有空氣、臨時(shí)裝片中無NaHCO3稀溶液D.黑暗、無空氣、臨時(shí)裝片中有NaHCO3稀溶液DB隨堂練習(xí)3、圖6表示葉綠體色素提取分離實(shí)驗(yàn)中紙層析的結(jié)果，據(jù)圖判斷用作實(shí)驗(yàn)材料的葉片顏色為（）4、關(guān)于葉綠素的敘述，錯(cuò)誤的是（）

A．葉綠素a和葉綠素b都含有鎂元素

B．被葉綠素吸收的光可用于光合作用

C．葉綠素a和葉綠素b在紅光區(qū)的吸收峰值不同

D．植物呈現(xiàn)綠色使由于葉綠素能有效地吸收綠光A．紅色B．黃色

C．綠色D．紫色BD隨堂練習(xí)5、關(guān)于葉綠體中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)的操作，正確的是（）

A.使用定性濾紙過濾研磨液

B.將干燥處理過的定性濾紙條用于層析

C.在劃出一