(共28张PPT)
第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
通过学生自主学习，能准确完成学案第二部分自学导引的内容。
通过观看视频，学生能够理解“绿叶中色素的提取与分离”实验的原理和方法，掌握基本的操作技能。
通过本节学习，学生能够掌握绿叶中色素的种类与作用及叶绿体的结构。
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。
1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
用人工光源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。
影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。
2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
问题探讨
问题探讨
预测：
白化苗的生长趋势
待种子中储存的养分耗尽就会死去
可见，叶片中的色素可能与光能的捕获有关
植物的叶片中含有哪些色素呢？怎样提取这些色素呢？
一、绿叶中色素的提取和分离
【阅读书本P98-99的内容，思考下列问题】
1.怎样提取和分离绿叶中的色素呢？原理分别是什么？
3.过滤时选用单层尼龙布而不用滤纸的原因？收集滤液后试管口为什么要加棉塞？
2.本实验研磨时加入无水乙醇、二氧化硅和碳酸钙的目的？
4.制备滤纸条时需剪去两角的目的是什么？
5.画滤液细线时要求怎样操作？目的是？
6.放置滤纸条时，为什么不能让滤液细线触及层析液？
一、绿叶中色素的提取和分离
不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高的色素随层析液在滤纸上的扩散速度就越快，反之则慢。
实验原理：
1.提取色素的原理
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
2.分离色素的原理：
实验用到哪些试剂和药品？
④将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
一、绿叶中色素的提取和分离
方法步骤
①称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。
②放入少许二氧化硅和碳酸钙 再放入10mL无水乙醇
二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
③迅速、充分地研磨
减少无水乙醇挥发
叶绿体中的色素被充分被释放出来
⑤收集滤液,封口。
用单层尼龙布过滤，过滤叶脉及二氧化硅等，且不吸附色素。
一、绿叶中色素的提取和分离
（1） 制备滤纸条：
干燥的定性滤纸
1cm
铅笔线
要剪去两角
减少边缘效应，使层析液同时到达滤液细线。
一、绿叶中色素的提取和分离
（2）画滤液细线
★要求：细、直、齐
注意：待滤液干后，再画一两次。
为防止色素带重叠而影响分离效果
用毛细吸管，吸取少量滤液，沿着铅笔线均匀地画
（积累更多的色素）
使色素带更清晰
一、绿叶中色素的提取和分离
（3）分离色素（纸层析法）：
（防止层析液挥发，因其易挥发且有毒）
将滤纸条有滤液细线的一端插入层析液。
防止色素溶解于层析液中而无法分离
注意：不能让滤液细线触及层析液
为何要盖上培养皿？
一、绿叶中色素的提取和分离
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
3.观察与记录
（黄绿色）
（橙黄色）
（黄 色）
（蓝绿色)
色素的宽窄可以表示色素的含量！！
溶解度从高到低依次为
胡黄ab
从上往下依次是：
胡黄ab
一、绿叶中色素的提取和分离
4. 实验结果及分析：
叶绿素a
叶绿素b
胡萝卜素
叶黄素
①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。
②色素带的宽窄与含量有关，色素带越宽说明这种色素含量越多。
③色素带扩散速度与溶解度有关，在滤纸条上分布越高，说明扩散速度越快，溶解度越大。
一、绿叶中色素的提取和分离
*
异常现象的分析
若色素提取液呈淡绿色的，其原因有
①选取的叶片颜色不是浓绿色或称取的绿叶过少或放置数天的菠菜叶，色素含量少
②加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小
③未加碳酸钙或加入的过少，色素分子部分破坏
④研磨不充分，色素未能充分提取出来
若色素带颜色较浅，其原因有
⑤划滤液细线的次数太少，滤纸条上的色素含量少
⑥层析时，部分滤液细线已触及层析液
同上4点
提取液
色素带
1．下图甲～丁表示用新鲜菠菜进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的几个主要操作步骤，有关叙述错误的是( )
A．甲、乙两种伞藻的细胞中均含有多种具膜细胞器
B．中间类型可能同时含甲、乙两种伞藻的蛋白质
C．若再次切除帽状体，长出的帽状体仍为伞形帽
D．该实验证明了帽状体的形态建成只受细胞核控制
【对点练习】
B
一、绿叶中色素的提取和分离
【对点练习】
2．为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体中的色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是( )
A．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深
B．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成
C．四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ
D．色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，会缩短得到四条色素带的时间
B
一、绿叶中色素的提取和分离
二、色素的吸收光谱与分布
二、色素的吸收光谱与分布
实验表明：叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
二、色素的吸收光谱与分布
实验表明：类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
二、色素的吸收光谱与分布
旁栏思考题：温室/大棚种植蔬菜/植物工厂，为什么不用绿色的光源？
因为色素对绿光吸收最少,仅利用绿光植物很难进行光合作用。
二、色素的吸收光谱与分布
1.可以选择补充什么颜色的光源？
蓝紫色和红色，最好是白色！
2.为什么许多植物到了秋天叶子就变黄了
寒冷时叶绿素易破坏，而类胡卜素较稳定。
这些捕获光能的色素位于什么地方呢？
二、色素的吸收光谱与分布
无氧
光照处理
1880年，恩格尔曼进行了巧妙的实验
1.恩格尔曼第一个实验说明什么？
叶绿体能吸收光能放氧。
二、色素的吸收光谱与分布
试验的巧妙之处：
①水绵叶绿体大且呈带状,方便处理观察
②好氧细菌可确定释放氧气部位；
③设置无氧排除O2对好氧菌移动的影响
④极细光线使叶绿体分为有光无光对照实验
⑤装片曝光再次验证试验
光照处理
无氧
二、色素的吸收光谱与分布
3.大量好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，说明什么？
说明光合作用主要吸收的是红光和蓝紫光。
4.结合以上资料，你觉得叶绿体有什么功能？
叶绿体吸收光能并释放氧气。科学家结合其他实验证据，证明了叶绿体就是光合作用的场所。
其内部结构如何与光合作用相适应呢？
二、色素的吸收光谱与分布
吸收光能的色素分布在？
类囊体的薄膜上
叶绿体的观察？
取藓类或黑藻，或菠菜下表皮
二、色素的吸收光谱与分布
胞质环流动图
三、叶绿体的结构适于进行光合作用
外膜
内膜
基粒
基质
类囊体
类囊体薄膜上(基粒)
类囊体薄膜和叶绿体基质
色素分布：
酶分布：
众多的基粒和类囊体极大地扩展了受光的面积。
3．叶绿体结构模式图如图甲所示，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列叙述正确的是( )
A．图甲中生物膜面积的增大主要依靠内膜向内腔折叠成嵴
B．图乙来自图甲中的③，上面只有色素分子而没有酶分子
C．叶绿体的结构，需用光学显微镜观察
D．恩格尔曼实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
【对点练习】
D
三、叶绿体的结构适于进行光合作用
【对点练习】
4．恩格尔曼利用需氧细菌和水绵为材料，探究叶绿体的功能。下列有关恩格尔曼实验的叙述，错误的是( )
A．水绵具有螺旋带状叶绿体，便于实验观察
B．恩格尔曼的实验直接证明叶绿体吸收光能用于光合作用放氧
C．将载有水绵和需氧细菌的临时装片放在充满空气的小室内，进行实验
D．用透过三棱镜的光照射临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域
C
三、叶绿体的结构适于进行光合作用课时分层训练(十九) 捕获光能的色素和结构
知识点1 捕获光能的色素
1．采用新鲜菠菜叶片开展“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是( )
A．提取绿叶中色素时可用无水乙醇作为溶剂
B．研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C．研磨时添加二氧化硅有助于色素提取
D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散
B [无水乙醇常作为提取绿叶中色素的有机溶剂，A正确；研磨时要加入碳酸钙(CaCO3)，可防止叶绿素被破坏，B错误；研磨时添加二氧化硅，有助于研磨得充分，有助于色素的提取，C正确；画滤液细线时要做到细、直、齐，减少样液扩散，以保证滤纸条上形成的色素带清晰、整齐，D正确。]
2．叶绿体中色素的纸层析结果显示，叶绿素b位于层析滤纸的最下端，原因是( )
A．相对分子质量最小
B．相对分子质量最大
C．在层析液中的溶解度最低
D．在层析液中的溶解度最高
C [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上扩散得快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢，故色素在滤纸上分散开，形成色素带。]
3．在进行“绿叶中色素提取和分离”的实验时，不让层析液没及滤液细线的原因是( )
A．滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果
B．滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散
C．色素会溶解在层析液中而使实验失败
D．滤纸上的几种色素会混合起来不分散
C [叶绿体中的各种色素能够溶于有机溶剂，若在层析时，层析液没及滤纸条上的滤液细线，色素就会溶解在层析液中，导致层析后得不到色素带。]
4．下图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图，请判定A和B分别为哪种色素( )
A．叶绿素、类胡萝卜素
B．类胡萝卜素、叶绿素
C．叶黄素、叶绿素a
D．叶绿素a、叶绿素b
A [叶绿素能吸收短波的蓝紫光和长波的红光，类胡萝卜素主要吸收短波的蓝紫光。]
5．下列关于叶绿素的叙述，错误的是( )
A．叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B．被叶绿素吸收的光可用于光合作用
C．叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
D [叶绿素主要是叶绿素a和叶绿素b，叶绿素中都含有镁元素，A正确；叶绿素吸收的光能可用于光合作用，B正确；叶绿素a和叶绿素b在红光区吸收的峰值不同，叶绿素a较高，C正确；植物呈现绿色是由于叶绿素不能吸收绿光，D错误。]
知识点2 叶绿体的结构适于进行光合作用
6．下列有关叶绿体的叙述中，正确的是( )
A．叶绿体色素都分布在类囊体的薄膜上
B．叶绿体的色素分布在外膜和内膜上
C．光合作用的酶只分布在叶绿体基质中
D．光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上
A [叶绿体由内外双层膜、类囊体和基质三部分构成。类囊体是一种扁平的囊状结构，在类囊体薄膜上，有进行光合作用必需的色素和酶。许多类囊体堆叠成基粒，基粒之间充满着基质，其中含有与光合作用有关的酶。]
7．下图为叶绿体结构示意图，下列有关叶绿体结构与功能的叙述，错误的是( )
A．①和②具有选择透过性功能
B．③上既有光合色素又有与光合作用有关的酶
C．③和④中都有与光合作用有关的酶
D．有叶绿体的细胞才能进行光合作用
D [①②表示叶绿体的双层膜，它们具有选择透过性功能。③为叶绿体的基粒，其上含有进行光合作用的色素和酶。④为叶绿体基质，也是进行光合作用的场所，也具有与光合作用有关的酶。 色素和酶是进行光合作用的必要条件，具有上述条件而不具有叶绿体的蓝细菌等也可进行光合作用。]
8．下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述中，错误的是( )
A．提取叶绿体中的色素，原理是各种色素在层析液中的溶解度不同
B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C．红光和蓝紫光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
A [提取叶绿体中的色素的原理是利用了色素溶于有机溶剂；分离叶绿体中的色素，原理是各种色素在层析液中的溶解度不同。]
9．下图是新鲜绿叶的四种色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是( )
A．提取色素时加入碳酸钙是为了使研磨更加充分
B．收获水稻时，叶片中色素量变为(甲＋乙)<(丙＋丁)
C．四种色素都能溶解在层析液中，色素乙的溶解度最大
D．在四种色素中，色素丙和色素丁主要吸收紫外光
B [提取色素时加入碳酸钙是为了保护叶绿素，A错误；收获水稻时，叶片中叶绿素含量明显降低，所以叶片中色素量变为(甲＋乙)<(丙＋丁)，B正确；四种色素都能溶解在层析液中，色素丁的溶解度最大，C错误；四种色素中，甲和乙即叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，丙和丁即类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，光合色素能吸收可见光，但不能吸收紫外光，D错误。]
10．Ⅰ．1880年，德国科学家恩格尔曼把载有水绵和好氧细菌X的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵探究叶绿体的功能。
Ⅱ．某实验小组根据恩格尔曼在探究叶绿体的功能实验的基础上进一步开展探究实验，将载有水绵和好氧细菌X的临时装片放置在密闭且透明的小室中，再用自然光透过三棱镜照射临时装片，细菌X在不同光区的聚集情况如下图所示。请完成下列要求：
(1)恩格尔曼选用水绵和好氧细菌作为实验材料探究叶绿体的功能是取得成功的重要原因之一，理由是________________________________
____________________________________________________________。
首先将临时装片放在没有空气的黑暗环境中，目的是____________________________________________________________。
(2)根据实验Ⅱ结果分析，细菌X主要密集分布在波长为400～450 nm和 650～700 nm的光区，原因是________________________________
____________________________________________________________。
(3)有另外的实验小组从绿叶中提取了类胡萝卜素，请设计一组实验来验证类胡萝卜素主要吸收蓝紫光(用以上实验为对照组，补充完整以下实验方案)。
实验步骤：在三棱镜之前放置装有足够量____________的试管，再用自然光透过试管和三棱镜照射水绵的临时装片；预期结果：与对照组相比，若________________________________________________________，
则可验证类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
解析：(1)水绵细胞中的叶绿体呈带状，便于观察；好氧细菌聚集的部位代表氧气丰富，指示光合作用的场所。将临时装片放在没有空气的黑暗环境中，使好氧细菌X均匀分布，避免光和氧气对实验结果造成干扰。(2)水绵光合色素主要吸收红光(650～700 nm)和蓝紫光(400～450 nm)进行光合作用，在这些光区产生的氧气相对较多，所以好氧细菌主要密集分布在这些光区。(3)自然光透过装有类胡萝卜素提取液的试管时，蓝紫光被吸收，使水绵主要吸收红光进行光合作用，在 650～700 nm光区产生氧气相对较多，细菌X在此区域密集分布。
答案：(1)水绵细胞中的叶绿体呈带状，便于观察；好氧细菌聚集的部位代表氧气丰富，指示光合作用的场所 使好氧细菌X均匀分布，避免光和氧气对实验结果造成干扰 (2)水绵光合色素主要吸收红光(650～700 nm)和蓝紫光(400～450 nm) 进行光合作用，在这些光区产生的氧气相对较多，所以好氧细菌主要密集分布在这些光区 (3)类胡萝卜素提取液 实验组细菌X主要密集分布在波长为650～700 nm的光区
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