5.4.1 捕获光能的色素和结构 课件（31张PPT）

(共31张PPT)
第5章 细胞的能量供应与利用
第4节 捕获光能的色素和结构（第1课时）
1.尝试提取绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及功能。（重点）
2.说明叶绿体适于进行光合作用的结构特点。（难点）
1.生命观念：认同叶绿体的结构特点与其作为光合作用的场所相适应。
2.科学思维：理解“绿叶中色素的提取和分离”实验的原理，学会探究实验的设计思路。
3.社会责任：通过了解彩稻种植，体会乡村振兴新模式，树立科技与生活联系的观念。（首课思政育人点）
学习目标
素养要求
课标要求
说明植物细胞的叶绿体从太阳中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖和氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
科技赋能乡村振兴——走进彩稻世界
彩色水稻是通过人工选择和改良培育出来的一种特殊品种，与传统的白色水稻相比，它在颜色上有着明显的区别。目前市面上有红色、黑色、紫色等多种颜色的彩色水稻。这些水稻不仅在颜色上与传统水稻不同，其口感和营养价值也有所提升。彩色水稻富含多种维生素和矿物质，对人体有着显著的保健作用。
乡村振兴是当前我国发展的重要战略，而彩色水稻正是乡村振兴的有力助推者。首先，彩色水稻的种植种植适应性强，可以在各类土壤和气候条件下生长，特别适合农村地区的种植。无论是山区、丘陵还是平原，只要有适合水稻种植的条件，都可以种植彩色水稻。这种特性使得乡村地区有更大的发展空间，可以充分利用土地资源发展增收项目。
首课思政育人
绿叶稻中捕获光能的色素只有叶绿素吗？
在实验中寻找证据！
首课思政育人
白化苗
正常苗
事实：
推论：
光能的捕获与叶片颜色有关
分析，提出假设：
光能的捕获需要绿叶所含的色素
正常幼苗进行光合作用，制造有机养料。
白化苗无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
1
提取绿叶中的色素
探究·实践
绿叶中色素的提取与分离
提取原理
实验用品及作用
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
绿叶
二氧化硅和碳酸钙
无水乙醇
单层尼龙布
棉塞
实验步骤
(一)色素的提取
阅读教材P98的“探究·实践”，回答相关问题：
1.已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏，试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？
色素提取时，研磨叶片会导致液泡中的有机酸释放，破坏叶绿素，碳酸钙可以中和酸性物质，保护叶绿素。
任务一
分析实验过程及结果
2.研磨时应注意什么？原因是什么？
研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。
3.过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？
不能用滤纸替代。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。
4.某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？
(1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来；
(2)称取绿叶过少或加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小；
(3)未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏。
2
分离绿叶中的色素
分离色素的方法：
层析液
培养皿
“纸层析法”
分离色素的原理：
不同色素在层析液中的溶解度不同。
溶解度高的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；溶解度低的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。
利用待分离物质中不同组分的某些理化性质的差异而建立起来的一种分离技术。
①制备滤纸条
②画滤液细线
滤液细线
（细、齐、直）
（待滤液干后重复画1~2次）
③分离色素
层析液
（盖住，因层析液易挥发，有一定毒性）
层析液不能浸没滤液细线
(分离色素)
实验步骤
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，使滤液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。
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。
任务一
分析实验过程及结果
(二)色素的分离
细、直、齐
增加滤液细线中色素的含量
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
实验结果
滤纸条上的色素带分布说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同。同时由于 4 种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。
色素分离
滤纸条上色素的分布情况说明了什么？
绿叶中光合色素的种类
叶绿素（含量约占3/4）
类胡萝卜素（含量约占1/4）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
写出各种光合色素的含量排序。
色素含量：叶绿素a > 叶绿素b > 叶黄素 > 胡萝卜素
光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760 nm。不同波长的光，颜色不同。
叶绿素溶液
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
类胡萝卜素溶液
叶绿素a和叶绿素b：主要吸收 ；
胡萝卜素和叶黄素：主要吸收 。
蓝紫光和红光
蓝紫光
2
光合色素的吸收光谱
学科交叉：叶绿体中的色素只吸收 ，
P99， 而对红外光和紫外光等不吸收。
可见光
(三)结合色素的吸收光谱分析实际问题
1.冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？
应选无色的大棚塑料薄膜。因为太阳光由七色光组成，所以用无色的大棚塑料薄膜，植物可以获得更多的光能。
2.阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
应选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。
任务一
分析实验过程及结果
1.关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是
A.研磨时加入适量二氧化硅，有助于提高过滤液的色素浓度
B.可用干燥定性滤纸置于玻璃漏斗基部进行过滤，收集滤液
C.可用盖玻片蘸取滤液，沿铅笔细线按压出均匀的色素细线
D.层析后出现的色素带，其位置、颜色和宽窄蕴含不同信息
漏斗基部应该放一块单层尼龙布进行过滤，收集滤液，滤纸对色素有吸附作用，不能用滤纸过滤，B错误。
√
2.为研究光照强度对幼苗光合色素的影响，用纸层析法对正常光照和强光照条件下生长的植物叶片中的光合色素进行分离，结果如图所示(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是
A.色素Ⅳ在提取液中的溶解度最低
B.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收可见光中的蓝紫光和红光
C.强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量
D.色素Ⅰ的颜色为橙黄色、色素Ⅳ的颜色为蓝绿色
√
色素在层析液中溶解度越低，则在滤纸条上扩散速度越慢，位于滤纸条下端，由此可推知色素Ⅳ在层析液中的溶解度最低，A错误；
滤纸条上的色素带从上到下依次是：Ⅰ为胡萝卜素、Ⅱ为叶黄素、Ⅲ为叶绿素a、Ⅳ为叶绿素b，色素Ⅰ、Ⅱ属于类胡萝卜素。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，B错误；
与正常光照相比，强光照下，Ⅰ胡萝卜素、Ⅱ叶黄素含量增加，Ⅲ叶绿素a含量降低，因此可推知强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量，C正确；
Ⅰ胡萝卜素颜色为橙黄色，Ⅳ叶绿素b的颜色为黄绿色，D错误。
1.写出图中的①②③所代表的结构：
①________________________
②________________________
③________________________
合作探究
阅读教材P100中间三段内容, 完成以下问题：
活动1：叶绿体的结构
叶绿体内膜、外膜
叶绿体基质
叶绿体基粒
类囊体
外膜
内膜
基质
(含有与光合作用有关的酶)
(类囊体薄膜上有色素和与光合作用有关的酶)
基粒
2.叶绿体是如何增大生物膜面积的，优点
叶绿体含有众多的基粒和类囊体,极大地扩展了生物膜面积。
3.联想：线粒体？体现了什么样的生物学观点？
结构和功能相适应
4.进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中
进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的基粒的类囊体薄膜上或者叶绿体基质中。
合作探究
结合教材P100“思考·讨论”的内容讨论下列问题:
黑暗中用极细光束照射
黑暗
无空气
完全暴露在光下
细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中
细菌分布在叶绿体所有受光的部位
恩格尔曼的实验一：1881年德国科学家恩格尔曼的实验
活动2：叶绿体的功能
氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
（即：叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧）
1.实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点：水绵的叶绿体呈___________分布，便于观察；用需氧细菌可确定 的部位。
2.为何要除去小室中原有的空气？
螺旋带状
释放氧气多
选用没有空气的环境，可排除空气中氧气的干扰。
3.在黑暗中用极细的光束照射水绵有何巧妙之处？
用极细的光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。
4.为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
和黑暗条件下用极细的光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。
任务二
分析叶绿体的功能
这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布。
5.为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？
光
三棱镜
临时装片
好氧细菌
水绵
好氧细菌
恩格尔曼的实验二
6.综合上述分析，你认为叶绿体具有什么功能？
叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
3.下列有关叶绿体的叙述，正确的是
A.叶绿体具有双层膜结构，光合色素分布在内膜上
B.叶绿体中只有叶绿素可吸收光能用于光合作用
C.叶绿体内众多的基粒，极大地扩展了受光面积
D.植物叶片多呈现绿色是由于叶片中的叶绿体吸收了较多绿光
√
叶绿体具有双层膜结构，内部有许多由类囊体堆叠而成的基粒，光合色素分布在类囊体的薄膜上，A错误；
叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，4种色素吸收的光都可用于光合作用，B错误；
叶片中的叶绿体吸收绿光最少，绿光被反射出来，使得植物叶片呈现绿色，D错误。
4.德国科学家恩格尔曼曾用需氧细菌、水绵做了两个实验，发现叶绿体的功能以及光合作用的吸收光谱，实验内容如图所示。下列分析错误的是
A.实验一黑暗组水绵叶绿体的不同部位可以相互对照
B.实验一中的两组实验均是在无空气的小室内进行的
C.实验一说明叶绿体通过光合作用向细胞外释放氧气
D.实验二说明叶绿体不能吸收波长为550～600 nm的光
√
实验一黑暗组水绵叶绿体的照光部位与不照光部位形成相互对照，A正确；
实验一中的两组水绵细胞均是在无空气的小室内进行实验的，以排除氧气对实验结果的干扰，确保氧气是由叶绿体光合作用时释放的，B正确；
需氧细菌的分布情况说明氧气由叶绿体释放，叶绿体是光合作用的场所，C正确；
实验二说明叶绿体对波长为550～600 nm的光吸收较少，不能说明叶绿体不吸收该波长的光，D错误。
叶绿体的结构
原理
过程
易溶于有机溶剂
取材→研磨→过滤→收集
在层析液中的溶解度不同，溶解度高的扩散速度快
制备滤纸条→画滤液细线→分离色素
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素b
叶黄素
胡萝卜素
光合作用的场所
提取
分离
叶绿体的功能
决定
基粒
内膜
外膜
基质
平滑
吸收光能
功能
色素
结果
叶绿素a
种类
3/4
1/4