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1、第4节 光合作用与能量转换(一)捕获光能的色素和结构第5章细胞的能量供应和利用问题探讨 植植物物工工厂厂在在人人工工精精密密控控制制光光照照、温温度度、湿湿度度、二二氧氧化化碳碳浓浓度度和和营营养养液液成成分分等等条条件件下下，生生产产蔬蔬菜菜和和其其他他植植物物。有有的的植植物物工工厂厂完完全全依依靠靠LEDLED灯灯等等人人工光源，其中最常见的是红色、蓝色和白色的光源。工光源，其中最常见的是红色、蓝色和白色的光源。1.1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？靠人工光源生产蔬菜有什么好处？2.2.为什么要控制为什么要控制COCO2 2浓度、营养液成分和温度等条件？浓度、营养液成分和温度等条件？问题
2、探讨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。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。人人工工光光源源的的强强度度和和不不同同色色光光是是可可以以调调控控的的，可可以以根根据据植植物物生生长长的的情情况况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。进行调节，以使蔬菜产量达到最大。CO2CO2浓浓度度、营营养养液液和和温温度度是是影影响响植植物物生生长长的的重重要要外外部部条条件件，因因此此要要进进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。生命活动的最终能量来源为光能,光合作用(photosynthesis)是唯一能够捕获和转化光能
3、的生物学途径（p97）地球上最重要的化学反应植物捕获光能要依靠特定的物质和结构呈现绿色的原因：含绿色色素白化苗/黄化苗：不含绿色色素待储存的养分耗尽就死去问题探讨提取原理绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇无水乙醇（或丙酮）中，（或丙酮）中，用无水乙醇提取色素。用无水乙醇提取色素。纸层析法纸层析法：绿叶中的色素在层析液中的绿叶中的色素在层析液中的溶解度溶解度不同，随层析不同，随层析液在滤纸上液在滤纸上扩散速度扩散速度不同。不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随层析液在滤纸上
4、扩散而分开。绿叶中的色素就会随层析液在滤纸上扩散而分开。分离原理1.实验原理相似相溶一、绿叶中色素的提取和分离剪碎研磨过滤加试剂收集一、绿叶中色素的提取和分离SiO2：CaCO3:无水乙醇：有助于研磨充分有助于研磨充分防止研磨中色素被破坏防止研磨中色素被破坏溶解色素溶解色素单层尼龙布单层尼龙布试管口塞严试管口塞严迅速迅速充分充分1.色素的提取一、绿叶中色素的提取和分离制备滤纸条纸层析分离色素画滤液细线为什么要为什么要剪去两角剪去两角？要求要求：细、直、齐：细、直、齐 待滤液干后待滤液干后，再画一两次。，再画一两次。注意：不能让滤液细线触及层析液注意：不能让滤液细线触及层析液1.色素的分离3.结
5、果和结论胡萝卜素（橙黄色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶黄素（黄色）叶绿素叶绿素a a（蓝绿色）（蓝绿色）叶绿素叶绿素b b（黄绿色）（黄绿色）色素带离滤液细线的距离及色素带离滤液细线的距离及色素带的宽度说明了什么色素带的宽度说明了什么一、绿叶中色素的提取和分离色素带 色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b橙黄色橙黄色最少最少最高最高最快最快黄色黄色较少较少较高较高较快较快蓝绿色蓝绿色最多最多较低较低较慢较慢黄绿色黄绿色较多较多最低最低最慢最慢叶绿素由叶绿素由C C、H H、O O、N N、MgMg构成构成叶绿素（约占3/4）类胡萝卜素（约占1/4）一、绿叶中
6、色素的提取和分离3.结果和结论一、绿叶中色素的提取和分离过程操作内容操作目的提取色素材料叶片要新鲜、深绿试剂二氧化硅碳酸钙无水乙醇关键步骤研磨要迅速、充分盛滤液的试管口加棉塞用单层尼龙纱布过滤而不用滤纸分离色素试剂层析液关键步骤滤纸条的一端剪去两角滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐滤液细线不能触及层析液一、绿叶中色素的提取和分离使滤液中色素含量高使滤液中色素含量高利于绿叶的充分研磨利于绿叶的充分研磨防止研磨过程中色素防止研磨过程中色素（叶绿素）（叶绿素）被破坏被破坏溶解色素溶解色素提取较多色素、防止溶剂挥发提取较多色素、防止溶剂挥发防止溶剂挥发防止溶剂挥发防止色素吸附在滤纸上防止色素吸附在
7、滤纸上分离色素分离色素防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快使分离的色素带清晰使分离的色素带清晰防止色素溶解到层析液中防止色素溶解到层析液中延伸思考：实验装置的改进在在滤滤纸纸的的中中央央滴滴一一滴滴色色素素提提取取液液，再再滴滴一一滴滴层层析析液液，会会出出现现什什么现象？么现象？会出现四个会出现四个同心圆的色素带同心圆的色素带，从外往里从外往里依次为：依次为：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a a（蓝绿色）、叶绿素（蓝绿色）、叶绿素b b（黄绿色）（黄绿色）二、绿叶中色素的作用绿叶中的绿叶中的色素提取液色素提
8、取液图：自然光通过三棱镜图：自然光通过三棱镜图：自然光经过色素提取液后通过三棱镜图：自然光经过色素提取液后通过三棱镜现象：光屏出现明显的色光带现象：色光带变暗，且蓝紫光和红光大部分被吸收绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。叶绿素主要吸收叶绿素主要吸收蓝紫光蓝紫光和和红光红光，类胡萝卜素主要吸收类胡萝卜素主要吸收蓝紫光蓝紫光。功能：吸收、传递和转化光能叶绿素对绿光吸收最少叶绿素对绿光吸收最少，绿，绿光被反光被反射回来射回来，所以，所以叶片才呈现绿色。叶片才呈现绿色。1.叶片呈现绿色的原因是？2.许多植物到秋天叶子变黄？红叶是怎么回事呢？3.大棚种蔬菜时，应选择什么颜色玻璃或塑料薄膜？
9、补充光源呢？?叶绿素不稳定，低温使其分解，叶片呈叶绿素不稳定，低温使其分解，叶片呈类胡萝卜的颜色；类胡萝卜的颜色；红叶是由叶子的花青红叶是由叶子的花青素和胡萝卜素引起的。素和胡萝卜素引起的。白色最好白色最好红光或蓝紫光红光或蓝紫光二、绿叶中色素的作用1.1.叶绿体类囊体堆叠成基粒，叶绿体类囊体堆叠成基粒，增大了叶绿体膜的表面积增大了叶绿体膜的表面积2.2.叶绿体叶绿体内部巨大的膜表面上，内部巨大的膜表面上，分布着大量光合色素分布着大量光合色素3.3.类囊体类囊体膜上和叶绿体基质中，膜上和叶绿体基质中，有许多与光合作用有关的酶有许多与光合作用有关的酶DNA、RNA核糖体核糖体基粒基粒双层膜双层膜
10、功能：功能：进行光合作用进行光合作用结构：结构：双双层膜结构的细胞器层膜结构的细胞器三、叶绿体的结构和功能叶绿体适于进行光合作用的结构特点？如何证明叶绿体的功能？资料1：1881年，德国科学家恩格尔曼的实验。需氧性细菌向需氧性细菌向被极细光照射部位的被极细光照射部位的叶绿体集中。叶绿体集中。被极细光照射被极细光照射的叶绿体释放出氧气。的叶绿体释放出氧气。需氧性细菌分需氧性细菌分布在叶绿体所有受光布在叶绿体所有受光部位的周围。部位的周围。所有所有被光照射被光照射的叶绿体释放出氧气。的叶绿体释放出氧气。黑黑暗暗、无无氧氧极极细细光光全全光光现象：现象：现象：现象：分析：分析：分析：分析：实实验验一
11、一1.从恩格尔曼实验中你能得出什么结论？光合作用需要光合作用需要光光；光合作用产生；光合作用产生氧气氧气；光合作用；光合作用的场所是的场所是叶绿体叶绿体。三、叶绿体的结构和功能叶绿体的色素主要吸收红光和蓝紫光进叶绿体的色素主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用放出氧气。行光合作用放出氧气。实实验验二二现象：现象：分析：分析：2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？材料选择：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定放材料选择：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定放O O2 2部位；部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用
12、极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；用极细的光束照射，叶绿体上有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了实验结果。临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。资料1：1881年，德国科学家恩格尔曼的实验。用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，大用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。三、叶绿体的结构和功能小结练习与应用（P101）1.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？红藻绿
13、藻褐藻不同不同颜色的藻类吸收不同波长的光颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类藻类本身的颜色是本身的颜色是 出来的光所形成，出来的光所形成，即红藻反射出即红藻反射出 ，绿藻反射出，绿藻反射出 ，褐藻反射出褐藻反射出 。红光红光绿光绿光黄色黄色反射反射水水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收多，对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收多，即到达深水层的光线是即到达深水层的光线是 波长的波长的光。光。短短吸收吸收红光和蓝紫光较多的绿藻红光和蓝紫光较多的绿藻分布于浅层，分布于浅层，吸收吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于中层，分布于中层，吸收吸收蓝紫光较多的红藻蓝紫光较多的红藻分布于深层。分布于
14、深层。1.1.某班学生完成对新鲜菠菜叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验时某班学生完成对新鲜菠菜叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验时,由于由于各组操作不同各组操作不同,出现了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是出现了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是 ()A.A.甲可能是因为研磨时未加入甲可能是因为研磨时未加入SiOSiO2 2B.B.乙可能是因为研磨时未加入乙可能是因为研磨时未加入CaCOCaCO3 3C.C.丙可能是误用水作提取液和层析液丙可能是误用水作提取液和层析液D.D.丁是正确操作得到的理想结果丁是正确操作得到的理想结果 D D习题检测2.2.为为研研究究光光照照强强度度对对
15、幼幼苗苗光光合合色色素素的的影影响响，用用纸纸层层析析法法对对正正常常光光照照和和强强光光照照条条件件下下生生长长的的植植物物叶叶片片中中的的光光合合色色素素进进行行分分离离，结结果果如如图图所所示示(、为色素条带为色素条带)。下列叙述正确的是。下列叙述正确的是A.A.色素色素在提取液中的溶解度最低在提取液中的溶解度最低B.B.色素色素、主要吸收可见光中的蓝紫光和红光主要吸收可见光中的蓝紫光和红光C.C.强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量D.D.色素色素的颜色为橙黄色、色素的颜色为橙黄色、色素的颜色为蓝绿色的颜色为蓝绿色CC习题检测3.3.科科
16、研研人人员员发发现现了了一一种种色色素素缺缺失失的的豌豌豆豆变变异异植植株株，提提取取其其色色素素并并进进行行了了纸纸层层析析分分离离，结结果果如如图图所所示示(图图中中数数字字代代表表正正常常植植株株的的色色素素带带位位置置)。以以下下关关于于该该变变异异植植株株的的叙叙述述正正确的是确的是 A.A.缺失叶绿素缺失叶绿素b b，植株对蓝紫光、红光的吸收能力减弱，植株对蓝紫光、红光的吸收能力减弱 B.B.缺失胡萝卜素，植株对蓝紫光的吸收能力减弱缺失胡萝卜素，植株对蓝紫光的吸收能力减弱 C.C.缺失叶绿素缺失叶绿素a a，植株对红光的吸收能力减弱，植株对红光的吸收能力减弱 D.D.缺失叶黄素，植株对蓝紫光的吸收能力减弱缺失叶黄素，植株对蓝紫光的吸收能力减弱D D
