5.4.1 捕获光能的色素和结构(课件共33张PPT)

(共33张PPT)
第4节 第1课时
捕获光能的色素和
结构
SW生老师
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。
植物工厂
思考：靠人工光源生产蔬菜有什么好处
用人工光源生产蔬菜，可以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的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。
光合作用：是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。
问题探讨
植物正常生长需要光能，而叶片中的色素可能与光能的捕获有关
思考：“白化苗”能持续正常地生长吗？
光合作用与细胞中的色素有关
白化苗不含绿色色素，不能进行光合作用，不能正常生长，待种子中储存的养分耗尽就会死去。
一、探究实践：绿叶中色素的提取和分离
2.实验原理
（2）分离：
（1）提取：
不同色素在层析液溶解度不同，在滤纸条上的扩散速度不同。
溶解度高的色素随着层析液在滤纸上的扩散得快，反之扩散的慢。
纸层析法
绿叶中的色素能溶解于有机溶剂无水乙醇中
1.实验目的
（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.材料用具
新鲜的绿叶(如菠菜的绿叶)
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(10mL)，天平等。
无水乙醇（也可用体积分数为95%的乙醇+适量无水碳酸钠来代替）
层析液（由20份在60~90℃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
毛细吸管
1.色素提取时所用试剂及作用？
无水乙醇：
二氧化硅：
碳酸钙：
2.研磨时应注意什么？为何？
迅速：防止乙醇挥发
充分：保证色素释放得更加充分
3.过滤时尼龙布能否用滤纸替代
不能。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低
溶解色素
使研磨更加充分
防止色素被破坏
4.实验步骤：
提取绿叶中的色素
分离绿叶中的色素
1.制备滤纸条时为什么要减去两角？
2.滤液细线的划线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？
减少边缘效应，使层析液同时到达滤液细线，使得滤纸上扩散出的色素带整齐。
画滤液细线的原则是细、直、齐。
待滤液干后，再重画1-2次可以增加滤液细线中色素的含量。
3.为何滤液细线不能触及层析液？
防止色素溶解在层析液中，而不能在滤纸上扩散。
插滤纸条
层析液
培养皿
⑤观察与记录
记录色素带的数目、颜色和宽窄
排序和宽窄不同说明？
二氧化硅：有助于研磨充分
碳酸钙：防止色素被破坏
无水乙醇：溶解色素
观察与记录
记录色素条的数目、颜色和宽窄
5.分析实验结果
上
下
色素 色素 滤纸上 在层析液中的
种类 含量 扩散速度 溶解度
胡萝卜素（橙黄色） 最少 最快 最高
叶黄素（黄色） 较少 较快 较高
叶绿素a（蓝绿色） 最多 较慢 较低
叶绿素b（黄绿色） 较多 最慢 最低
叶绿素
类胡萝卜素
（约3/4）
（约1/4）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
绿叶中的色素
6.实验结论
上
下
7.注意事项
（1）提取色素
选新鲜绿色叶片：
去除主叶脉：
研磨迅速、充分：
过滤时，不能用滤纸，要用单层尼龙布：
⑤收集滤液的试管管口加棉塞：
滤纸会吸附色素，降低绿叶中色素的含量，使实验效果不明显
单层尼龙布能过滤叶脉和SiO2等研磨液中的杂质
主叶脉不含光合色素，但会占一定质量，影响色素提取
新鲜绿叶绿色含量较高
防止乙醇挥发，并使色素充分溶解
防止乙醇挥发和色素氧化
（2）分离色素
滤纸预先干燥处理：
将滤纸一端剪去两角：
滤液细线要细、直、匀：
滤液细线干燥后再画1-2次：
滤液细线不触及层析液：
试管加棉塞（或小烧杯加盖）：
防止色素直接溶解于层析液中而无法分离
使层析液同步达到滤液细线，防止色素带不整齐
使分离出的色素带平整，不重叠
增加色素含量，使分离后色素带清晰分明
干燥滤纸透性好、吸收滤液多，使层析液在滤纸上快速扩散
防止层析液挥发
8.误差分析
（1）滤纸条上基本上没有色素带的可能原因：
忘记画滤液细线
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
未加SiO2，研磨不充分
材料过少/无水乙醇过多，色素溶液浓度小
画滤液细线次数偏少
（3）叶绿素a和叶绿素b色素带较浅或者没有的可能原因
（2）色素带较浅的可能原因：
选取的叶片是嫩黄叶或老叶
未加CaCO3，叶绿素部分被破坏
色素提取液放置过久，导致叶绿素分解
提出问题：
这4种色素对光的吸收有什么差别？
实验探究：
阳光(白光)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。
实验探究：
由图可知，光合色素主要吸收
对照组
实验组
红光和蓝紫光
光谱
光合色素的吸收光谱分析
1.光合作用所利用的光波长是？
2.叶绿素主要吸收什么光？
3.类胡萝卜素主要吸收什么光？
不吸收什么光？
4.光合色素对绿光的吸收量如何？
5.光合色素的功能是什么？
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
9.光合色素的吸收光谱分析
(1)一般情况下,光合色素只吸收 ，不吸收红外光和紫外光。
可见光(400-760nm)
(3)类胡萝卜素：
主要吸收 ，对 吸收很少，不吸收 。
(2)叶绿素：
主要吸收 ，对 吸收很少。
蓝紫光(430-470nm)和红光（640-680nm）
绿光
蓝紫光
绿光
红、黄光(大于550nm)
吸收、传递、转化光能
吸收、传递光能又可以叫做捕获光能
(4)光合色素的功能：
注意：
少数叶绿素a才能转化光能其他色素只能吸收、传递光能
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。
思考：为什么不用发绿光的光源？
绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线很少被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中制造有机物。
蓝紫光照射下生长：脂肪和蛋白质含量会增加
红光照射下生长：糖类会增加
拓展1：色素与叶片的不同颜色
现象 原因
正常绿色
叶色变黄
叶色变红
正常绿叶的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3：1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总呈绿色
秋天时，低温和植物体内积累的可溶性糖有利于花青素的形成，花青素在酸性的叶肉细胞中变成红色储存在液泡，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈红色，如红枫、红叶李。
寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色，叶片变黄
花青素，是自然界一类广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质大部分与之有关。在植物细胞液泡不同pH条件下，花青素使花瓣、果实等呈现五彩缤纷的颜色。
(1)光照：
光是影响叶绿素合成的主要因素，一般在黑暗中植物不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
(2)温度：
温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏而使叶片变黄。
(3)矿质元素：
叶绿素中含N、Mg等元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶片变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶片变黄。
影响叶绿素合成的因素
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
色素　 酶
1.分布：
2.形态：
3.结构：
②基粒：由两个以上的类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上含有光合色素和光合作用所需的酶
③基质：含光合作用所需的酶，及少量DNA、RNA和核糖体
①内、外膜：透明，利于光线透过
4.功能：
光合作用的场所
主要存在于绿色植物叶肉细胞
一般呈扁平的椭球形或球形
水绵是丝状绿藻，真核生物
每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成。
特点：叶绿体呈螺旋带状
材料 水绵 +需氧细菌 水绵 +需氧细菌
步骤 将临时装片放在没有空气的黑暗小室中，用极细光束照射水绵。观察需氧细菌的分布。 将临时装片放在光下，观察需氧细菌的分布。
现象
结论
恩格尔曼第一个实验
需氧细菌集中在叶绿体被光束照射的部位，在未被光束照射的部位分布较少
需氧细菌分布在叶绿体所有受光部位
叶绿体能吸收光能用于光合作用
O2是叶绿体进行光合作用释放出来的
叶绿体能吸收光能用于光合作用
O2是叶绿体进行光合作用释放出来的
无空气 黑暗
无空气 完全曝光
三、叶绿体的功能
无空气 黑暗
思考：该实验需要设置对照组吗？
答：不需要，实验一中叶绿体可分为光照多和光照少的部位（相当于对比实验）
恩格尔曼第二个实验
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 。
实验结论：
叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用释放氧气
红光区和蓝紫光区
恩格尔曼的实验直接证明：叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气结合其他的实验证据，科学家们得出结论：叶绿体是光合作用的场所
思考：恩格尔曼在选材、实验设计上的巧妙之处　
巧选实验材料：选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
巧妙排除干扰因素：没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。
巧妙设计对比实验：用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；
临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
课堂总结
课堂练习
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