5.4.1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1

第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)換(一)捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用

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，其中最常見的是紅色、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？

2.為什么要控制CO2濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件？問題探討避免由于自然環(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)。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。CO2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)。生命活動(dòng)的最終能量來源為光能,光合作用(photosynthesis)是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑（p97）——地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)植物捕獲光能要依靠特定的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)綠色的原因：含綠色色素白化苗/黃化苗：不含綠色色素待儲(chǔ)存的養(yǎng)分耗盡就死去問題探討提取原理綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇（或丙酮）中，用無水乙醇提取色素。紙層析法：綠葉中的色素在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴(kuò)散速度不同。溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，反之則慢。這樣，綠葉中的色素就會(huì)隨層析液在濾紙上擴(kuò)散而分開。分離原理1.實(shí)驗(yàn)原理相似相溶一、綠葉中色素的提取和分離剪碎研磨過濾加試劑收集SiO2：CaCO3:無水乙醇：有助于研磨充分防止研磨中色素被破壞溶解色素單層尼龍布試管口塞嚴(yán)迅速充分2.色素的提取防止溶劑揮發(fā)和色素分子被氧化碳酸鈣是為了中和細(xì)胞液的酸性，可起到保護(hù)葉綠素的作用。一、綠葉中色素的提取和分離一、綠葉中色素的提取和分離制備濾紙條紙層析分離色素畫濾液細(xì)線為什么要剪去兩角？★要求：細(xì)、直、齊待濾液干后，再畫一兩次。注意：不能讓濾液細(xì)線觸及層析液3.色素的分離減少邊緣效應(yīng)，使層析液液同時(shí)到達(dá)濾液細(xì)線。4.結(jié)果和結(jié)論胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）葉綠素a（藍(lán)綠色）葉綠素b（黃綠色）色素帶離濾液細(xì)線的距離及色素帶的寬度說明了什么一、綠葉中色素的提取和分離胡黃ab向前走色素帶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橙黃色最少最高最快黃色較少較高較快藍(lán)綠色最多較低較慢黃綠色較多最低最慢葉綠素由C、H、O、N、Mg構(gòu)成葉綠素（約占3/4）類胡蘿卜素（約占1/4）一、綠葉中色素的提取和分離4.結(jié)果和結(jié)論胡黃ab向前走一、綠葉中色素的提取和分離延伸思考：實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)在濾紙的中央滴一滴色素提取液，再滴一滴層析液，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？會(huì)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）過程操作內(nèi)容操作目的提取色素材料葉片要新鮮、深綠試劑二氧化硅碳酸鈣無水乙醇關(guān)鍵步驟研磨要迅速、充分盛濾液的試管口加棉塞用單層尼龍紗布過濾而不用濾紙分離色素試劑層析液關(guān)鍵步驟濾紙條的一端剪去兩角濾液細(xì)線重復(fù)畫若干次，且要求細(xì)、直、齊濾液細(xì)線不能觸及層析液一、綠葉中色素的提取和分離使濾液中色素含量高利于綠葉的充分研磨防止研磨過程中色素（葉綠素）被破壞溶解色素提取較多色素、防止溶劑揮發(fā)防止溶劑揮發(fā)防止色素吸附在濾紙上分離色素防止層析液在濾紙條的邊緣處擴(kuò)散過快使分離的色素帶清晰防止色素溶解到層析液中色帶錯(cuò)誤分析（1）濾紙條上未得到色帶①濾液細(xì)線浸沒到層析液中②用無清水代替乙醇進(jìn)行提?、傺心ゲ怀浞?未加入SiO2)②提取時(shí)加入的乙醇過多④未加CaCO3，色素分子被破壞⑤所取的綠葉不新鮮③濾液細(xì)線畫的次數(shù)不夠①濾液細(xì)線畫得過粗或不整齊②濾紙條沒經(jīng)干燥處理（2）濾紙條上的色帶顏色較淺（3）濾紙條上的色帶重疊①忘記加碳酸鈣導(dǎo)致葉綠素被破壞②所用葉片為“黃葉”（4）濾紙條上只出現(xiàn)黃色一、綠葉中色素的提取和分離二、綠葉中色素的作用綠葉中的色素提取液圖：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綠葉中的色素能吸收光能，且主要吸收藍(lán)紫光和紅光。吸收、傳遞（四種色素）、轉(zhuǎn)化（只有少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a）光能葉綠素a:C55H72O5N4Mg葉綠素b:C55H70O6N4Mg胡蘿卜素：C40H56葉黃素：C40H56O2光合色素的功能：二、綠葉中色素的作用色素的吸收光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果A.葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光B.葉綠素a和葉綠素b的吸收峰值不同C.類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，不吸收紅光P一99，學(xué)科交叉：葉綠體中的色素只吸收

，

而對紅外光和紫外光等不吸收?？梢姽舛?、綠葉中色素的作用

正常葉片的葉綠素和類胡蘿卜素的比例為3∶1，葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射回來，所以葉片才呈現(xiàn)綠色。2.葉片呈現(xiàn)綠色的原因是？3.許多植物到秋天葉子變黃？紅葉是怎么回事呢？思考：1.大棚種蔬菜時(shí)，應(yīng)選擇什么顏色玻璃或塑料薄膜？補(bǔ)充光源呢？?①葉綠素不穩(wěn)定，低溫使其分解，葉片呈類胡蘿卜的顏色；②紅葉是由葉子的花青素和胡蘿卜素引起的。白色最好紅光或藍(lán)紫光二、綠葉中色素的作用(1)光照

光照是影響葉綠素合成的主要因素，植物在黑暗中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，因而秋天葉片變黃。(3)礦質(zhì)元素

葉綠素中含N、Mg等礦質(zhì)元素，若缺乏將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成，老葉先變黃；Fe是葉綠素合成過程中某些酶的輔助成分，缺Fe也會(huì)導(dǎo)致葉綠素合成受阻，幼葉先變黃。影響葉綠素合成的因素：二、綠葉中色素的作用葉綠體類囊體堆疊成基粒，增大了葉綠體膜的表面積葉綠體內(nèi)部巨大的膜表面上，分布著大量光合色素類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，有許多與光合作用有關(guān)的酶DNA、RNA核糖體基粒雙層膜功能：進(jìn)行光合作用結(jié)構(gòu)：雙層膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器三、葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能葉綠體適于進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？如何證明葉綠體的功能？

極細(xì)光束

均勻光照水綿好氧細(xì)菌極細(xì)光束照射完全曝光黑暗無空氣好氧細(xì)菌集中于葉綠體被光束照射的部位好氧細(xì)菌分布于葉綠體所有受光部位結(jié)論：葉綠體光合作用釋放氧氣，葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所。（1）選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境，可排除光線和氧的干擾。（2）用極細(xì)的光束照射，葉綠體上可分為

和

的部位，相當(dāng)于一組對比實(shí)驗(yàn)。(3)臨時(shí)裝片局部曝光與完全暴露在光下的實(shí)驗(yàn)再一次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。有光照無光照思考·討論：

恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)一三棱鏡結(jié)論：葉綠體主要吸收紅光和藍(lán)紫光綜合上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可以得出：照射水綿好氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光的區(qū)域葉綠體主要吸收紅光與藍(lán)紫光用于光合作用放出O2。思考·討論：

恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)分析——恩格爾曼實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處①實(shí)驗(yàn)材料的選擇：選擇水綿——具有細(xì)而長的螺旋帶狀葉綠體便于觀察。②排除干擾的方法：沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了環(huán)境中氧氣和光的干擾。③觀察指標(biāo)的設(shè)計(jì)：通過檢測需氧細(xì)菌的分布，準(zhǔn)確地判斷出釋放氧氣的部位。④實(shí)驗(yàn)對照的設(shè)計(jì)：用極細(xì)的光束照射，獲得光照部位和無光照

部位的對照實(shí)驗(yàn)；進(jìn)行黑暗條件下局部光照和完全暴露在光下的對照實(shí)驗(yàn)，明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由光照引起的。小結(jié)練習(xí)與應(yīng)用（P101）1.海洋中的藻類，習(xí)慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們在海水中的垂直分布大致依次是淺、中、深。這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關(guān)嗎？紅藻綠藻褐藻不同顏色的藻類吸收不同波長的光。藻類本身的顏色是

出來的光所形成，即紅藻反射出

，綠藻反射出

，褐藻反射出

。紅光綠光黃色反射水對紅、橙光的吸收比對藍(lán)、綠光的吸收多，即到達(dá)深水層的光線是

波長的光。短吸收紅光和藍(lán)紫光較多的綠藻分布于淺層，吸收藍(lán)紫光和綠光較多的褐藻分布于中層，吸收藍(lán)紫光較多的紅藻分布于深層。1.某班學(xué)生完成對新鮮菠菜葉進(jìn)行葉綠體中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)時(shí),由于各組操作不同,出現(xiàn)了以下四種不同的層析結(jié)果。下列分析錯(cuò)誤的是(

)A.甲可能是因?yàn)檠心r(shí)未加入SiO2B.乙可能是因?yàn)檠心r(shí)未加入CaCO3C.丙可能是誤用水作提取液和層析液D.丁是正確操作得到的理想結(jié)果D習(xí)題檢測2.為研究光照強(qiáng)度對幼苗光合色素的影響，用紙層析法對正常光照和強(qiáng)光照條件下生長的植物葉片中的光合色素進(jìn)行分離，結(jié)果如圖所示(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶)。下列敘述正確的是A.色素Ⅳ在提取液中的溶解度最低B.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收可見光中的藍(lán)紫光和紅光C.強(qiáng)光照可提高類胡蘿卜素含量，降低葉綠素含量D