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(共33張PPT)
第4節(jié) 第1課時(shí)
捕獲光能的色素和
結(jié)構(gòu)
SW生老師
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(yíng)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。
植物工廠
思考：靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處
用人工光源生產(chǎn)蔬菜，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(zhǎng)的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使蔬菜產(chǎn)量達(dá)到最大。
光合作用：是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑。
問題探討
植物正常生長(zhǎng)需要光能，而葉片中的色素可能與光能的捕獲有關(guān)
思考：“白化苗”能持續(xù)正常地生長(zhǎng)嗎？
光合作用與細(xì)胞中的色素有關(guān)
白化苗不含綠色色素，不能進(jìn)行光合作用，不能正常生長(zhǎng)，待種子中儲(chǔ)存的養(yǎng)分耗盡就會(huì)死去。
一、探究實(shí)踐：綠葉中色素的提取和分離
2.實(shí)驗(yàn)原理
（2）分離：
（1）提取：
不同色素在層析液溶解度不同，在濾紙條上的擴(kuò)散速度不同。
溶解度高的色素隨著層析液在濾紙上的擴(kuò)散得快，反之?dāng)U散的慢。
紙層析法
綠葉中的色素能溶解于有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇中
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>（1）進(jìn)行綠葉中色素的提取和分離。
（2）探究綠葉中含有幾種色素。
3.材料用具
新鮮的綠葉(如菠菜的綠葉)
干燥的定性濾紙，試管，棉塞，試管架，研缽，玻璃漏斗，尼龍布，毛細(xì)吸管，剪刀，藥匙，量筒(10mL)，天平等。
無(wú)水乙醇（也可用體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇+適量無(wú)水碳酸鈉來(lái)代替）
層析液（由20份在60~90℃下分餾出來(lái)的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成）
二氧化硅和碳酸鈣
毛細(xì)吸管
1.色素提取時(shí)所用試劑及作用？
無(wú)水乙醇：
二氧化硅：
碳酸鈣：
2.研磨時(shí)應(yīng)注意什么？為何？
迅速：防止乙醇揮發(fā)
充分：保證色素釋放得更加充分
3.過(guò)濾時(shí)尼龍布能否用濾紙?zhí)娲?
不能。因?yàn)闉V紙的吸附性強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致濾液中色素的濃度過(guò)低
溶解色素
使研磨更加充分
防止色素被破壞
4.實(shí)驗(yàn)步驟：
提取綠葉中的色素
分離綠葉中的色素
1.制備濾紙條時(shí)為什么要減去兩角？
2.濾液細(xì)線的劃線原則是什么？待濾液干后，再重畫一到兩次的目的是什么？
減少邊緣效應(yīng)，使層析液同時(shí)到達(dá)濾液細(xì)線，使得濾紙上擴(kuò)散出的色素帶整齊。
畫濾液細(xì)線的原則是細(xì)、直、齊。
待濾液干后，再重畫1-2次可以增加濾液細(xì)線中色素的含量。
3.為何濾液細(xì)線不能觸及層析液？
防止色素溶解在層析液中，而不能在濾紙上擴(kuò)散。
插濾紙條
層析液
培養(yǎng)皿
⑤觀察與記錄
記錄色素帶的數(shù)目、顏色和寬窄
排序和寬窄不同說(shuō)明？
二氧化硅：有助于研磨充分
碳酸鈣：防止色素被破壞
無(wú)水乙醇：溶解色素
觀察與記錄
記錄色素條的數(shù)目、顏色和寬窄
5.分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果
上
下
色素 色素 濾紙上 在層析液中的
種類 含量 擴(kuò)散速度 溶解度
胡蘿卜素（橙黃色） 最少 最快 最高
葉黃素（黃色） 較少 較快 較高
葉綠素a（藍(lán)綠色） 最多 較慢 較低
葉綠素b（黃綠色） 較多 最慢 最低
葉綠素
類胡蘿卜素
（約3/4）
（約1/4）
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）
綠葉中的色素
6.實(shí)驗(yàn)結(jié)論
上
下
7.注意事項(xiàng)
（1）提取色素
選新鮮綠色葉片：
去除主葉脈：
研磨迅速、充分：
過(guò)濾時(shí)，不能用濾紙，要用單層尼龍布：
⑤收集濾液的試管管口加棉塞：
濾紙會(huì)吸附色素，降低綠葉中色素的含量，使實(shí)驗(yàn)效果不明顯
單層尼龍布能過(guò)濾葉脈和SiO2等研磨液中的雜質(zhì)
主葉脈不含光合色素，但會(huì)占一定質(zhì)量，影響色素提取
新鮮綠葉綠色含量較高
防止乙醇揮發(fā)，并使色素充分溶解
防止乙醇揮發(fā)和色素氧化
（2）分離色素
濾紙預(yù)先干燥處理：
將濾紙一端剪去兩角：
濾液細(xì)線要細(xì)、直、勻：
濾液細(xì)線干燥后再畫1-2次：
濾液細(xì)線不觸及層析液：
試管加棉塞（或小燒杯加蓋）：
防止色素直接溶解于層析液中而無(wú)法分離
使層析液同步達(dá)到濾液細(xì)線，防止色素帶不整齊
使分離出的色素帶平整，不重疊
增加色素含量，使分離后色素帶清晰分明
干燥濾紙透性好、吸收濾液多，使層析液在濾紙上快速擴(kuò)散
防止層析液揮發(fā)
8.誤差分析
（1）濾紙條上基本上沒有色素帶的可能原因：
忘記畫濾液細(xì)線
濾液細(xì)線接觸到層析液，且時(shí)間較長(zhǎng)，色素全部溶解到層析液中
未加SiO2，研磨不充分
材料過(guò)少/無(wú)水乙醇過(guò)多，色素溶液濃度小
畫濾液細(xì)線次數(shù)偏少
（3）葉綠素a和葉綠素b色素帶較淺或者沒有的可能原因
（2）色素帶較淺的可能原因：
選取的葉片是嫩黃葉或老葉
未加CaCO3，葉綠素部分被破壞
色素提取液放置過(guò)久，導(dǎo)致葉綠素分解
提出問題：
這4種色素對(duì)光的吸收有什么差別？
實(shí)驗(yàn)探究：
陽(yáng)光(白光)在穿過(guò)三棱鏡時(shí)，不同波長(zhǎng)的光會(huì)分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。
實(shí)驗(yàn)探究：
由圖可知，光合色素主要吸收
對(duì)照組
實(shí)驗(yàn)組
紅光和藍(lán)紫光
光譜
光合色素的吸收光譜分析
1.光合作用所利用的光波長(zhǎng)是？
2.葉綠素主要吸收什么光？
3.類胡蘿卜素主要吸收什么光？
不吸收什么光？
4.光合色素對(duì)綠光的吸收量如何？
5.光合色素的功能是什么？
葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜
9.光合色素的吸收光譜分析
(1)一般情況下,光合色素只吸收 ，不吸收紅外光和紫外光。
可見光(400-760nm)
(3)類胡蘿卜素：
主要吸收 ，對(duì) 吸收很少，不吸收 。
(2)葉綠素：
主要吸收 ，對(duì) 吸收很少。
藍(lán)紫光(430-470nm)和紅光（640-680nm）
綠光
藍(lán)紫光
綠光
紅、黃光(大于550nm)
吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能
吸收、傳遞光能又可以叫做捕獲光能
(4)光合色素的功能：
注意：
少數(shù)葉綠素a才能轉(zhuǎn)化光能其他色素只能吸收、傳遞光能
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。
思考：為什么不用發(fā)綠光的光源？
綠色光源發(fā)出綠色的光，這種波長(zhǎng)的光線很少被光合色素吸收，因此無(wú)法用于光合作用中制造有機(jī)物。
藍(lán)紫光照射下生長(zhǎng)：脂肪和蛋白質(zhì)含量會(huì)增加
紅光照射下生長(zhǎng)：糖類會(huì)增加
拓展1：色素與葉片的不同顏色
現(xiàn)象 原因
正常綠色
葉色變黃
葉色變紅
正常綠葉的葉綠素和類胡蘿卜素的比例約為3：1，且對(duì)綠光吸收最少，所以正常葉片總呈綠色
秋天時(shí)，低溫和植物體內(nèi)積累的可溶性糖有利于花青素的形成，花青素在酸性的葉肉細(xì)胞中變成紅色儲(chǔ)存在液泡，而葉綠素因寒冷逐漸降解，葉子呈紅色，如紅楓、紅葉李。
寒冷時(shí)，葉綠素分子易被破壞，類胡蘿卜素較穩(wěn)定，葉片顯示出類胡蘿卜素的顏色，葉片變黃
花青素，是自然界一類廣泛存在于植物液泡中的色素。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物質(zhì)大部分與之有關(guān)。在植物細(xì)胞液泡不同pH條件下，花青素使花瓣、果實(shí)等呈現(xiàn)五彩繽紛的顏色。
(1)光照：
光是影響葉綠素合成的主要因素，一般在黑暗中植物不能合成葉綠素，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。低溫時(shí)，葉綠素分子易被破壞而使葉片變黃。
(3)礦質(zhì)元素：
葉綠素中含N、Mg等元素，缺乏N、Mg將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成，葉片變黃。另外，F(xiàn)e是葉綠素合成過(guò)程中某些酶的輔助成分，缺Fe也將導(dǎo)致葉綠素合成受阻，葉片變黃。
影響葉綠素合成的因素
二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用
色素　 酶
1.分布：
2.形態(tài)：
3.結(jié)構(gòu)：
②基粒：由兩個(gè)以上的類囊體堆疊而成，類囊體薄膜上含有光合色素和光合作用所需的酶
③基質(zhì)：含光合作用所需的酶，及少量DNA、RNA和核糖體
①內(nèi)、外膜：透明，利于光線透過(guò)
4.功能：
光合作用的場(chǎng)所
主要存在于綠色植物葉肉細(xì)胞
一般呈扁平的橢球形或球形
水綿是絲狀綠藻，真核生物
每條水綿由許多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的長(zhǎng)筒狀細(xì)胞連接而成。
特點(diǎn)：葉綠體呈螺旋帶狀
材料 水綿 +需氧細(xì)菌 水綿 +需氧細(xì)菌
步驟 將臨時(shí)裝片放在沒有空氣的黑暗小室中，用極細(xì)光束照射水綿。觀察需氧細(xì)菌的分布。 將臨時(shí)裝片放在光下，觀察需氧細(xì)菌的分布。
現(xiàn)象
結(jié)論
恩格爾曼第一個(gè)實(shí)驗(yàn)
需氧細(xì)菌集中在葉綠體被光束照射的部位，在未被光束照射的部位分布較少
需氧細(xì)菌分布在葉綠體所有受光部位
葉綠體能吸收光能用于光合作用
O2是葉綠體進(jìn)行光合作用釋放出來(lái)的
葉綠體能吸收光能用于光合作用
O2是葉綠體進(jìn)行光合作用釋放出來(lái)的
無(wú)空氣 黑暗
無(wú)空氣 完全曝光
三、葉綠體的功能
無(wú)空氣 黑暗
思考：該實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置對(duì)照組嗎？
答：不需要，實(shí)驗(yàn)一中葉綠體可分為光照多和光照少的部位（相當(dāng)于對(duì)比實(shí)驗(yàn)）
恩格爾曼第二個(gè)實(shí)驗(yàn)
用透過(guò)三棱鏡的光照射水綿臨時(shí)裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細(xì)菌聚集在 。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
葉綠體主要吸收紅光和藍(lán)紫光用于光合作用釋放氧氣
紅光區(qū)和藍(lán)紫光區(qū)
恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)直接證明：葉綠體能吸收光能用于光合作用釋放氧氣結(jié)合其他的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，科學(xué)家們得出結(jié)論：葉綠體是光合作用的場(chǎng)所
思考：恩格爾曼在選材、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上的巧妙之處　
巧選實(shí)驗(yàn)材料：選擇水綿和需氧細(xì)菌，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察；用需氧細(xì)菌可以確定釋放氧氣多的部位。
巧妙排除干擾因素：沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾。
巧妙設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)：用極細(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(duì)比實(shí)驗(yàn)；
臨時(shí)裝片暴露在光下的實(shí)驗(yàn)再一次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
課堂總結(jié)
課堂練習(xí)
1.基于對(duì)葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能的理解，判斷下列相關(guān)表述是否正確。
(1)葉綠體中只有葉綠素吸收的光能才能用于光合作用。( )
(2)葉綠體的類囊體上有巨大的膜面積，有利于充分吸收光能。( )
(3)植物葉片之所以呈現(xiàn)綠色，是因?yàn)槿~片中的葉綠體吸收了綠光。( )
2.下列關(guān)于高等植物細(xì)胞內(nèi)色素的敘述，錯(cuò)誤的是( )
A.所有植物細(xì)胞中都含有4種色素
B.有些植物細(xì)胞的液泡中也含有色素
C.葉綠素和類胡蘿卜素都可以吸收光能
D.植物細(xì)胞內(nèi)的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類
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