第4節光合作用與能量轉化一捕獲光能的色素和結構教學目標1.嘗試提取和分離綠葉中的色素，簡述綠葉中色素的種類及其功能。2.運用結構與功能相適應的觀念，解釋葉綠體適于進行光合作用的結構特點。一捕獲光能的色素和結構你參觀或聽說過植物工廠嗎？植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養液成分等條件下，生產蔬菜和其他植物。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、藍色和白色的光源。討論1.靠人工光源生產蔬菜有什么好處？問題探討【答案】用人工光源生產蔬菜，可以避免由于自然環境中光照強度不足導致光合作用強度低而造成的減產。同時，人工光源的強度和不同色光是可以調控的，可以根據植物生長的情況進行調節，以使蔬菜產量達到最大。2.為什么要控制二氧化碳濃度、營養液成分和溫度等條件？【答案】影響光合作用的因素很多，既有植物自身條件，也有外界環境條件。二氧化碳濃度、營養液和溫度是影響植物生長的重要外部條件，因此要進行控制，以便讓植物達到最佳的生長狀態。

在自然界，則是萬物生長靠太陽。太陽光能的輸入、捕獲和轉化，是生物圈得以維持運轉的基礎。

光合作用是唯一能夠捕獲和轉化光能的生物學途徑。因此，有人稱光合作用是“地球上最重要的化學反應”。植物捕獲光能要依靠特定的物質和結構問題探討綠葉中色素提取和分離1.捕獲光能的色素1.原理：(1)提取原理：

色素能溶解在無水乙醇等有機溶劑中，所以可用無水乙醇提取色素。(2)分離原理：紙層析法

各種色素能溶解在層析液中，但在層析液(石油醚：丙酮：苯=20:2:1）中的溶解度不同。溶解度高的色素分子隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢，因而不同色素可以在濾紙上擴散而分開，形成不同的色素帶。探究.實驗一捕獲光能的色素和結構提示：紙層析時層析液應與水互不相容，因此酒精不適合用作層析液。綠葉中色素提取和分離1.捕獲光能的色素2.操作步驟：①研磨材料:藥品SiO2無水酒精CaCO3—使研磨充分—溶解提取色素—防止色素破壞②過濾：漏斗基部放一塊單層尼龍布，獲

取綠色濾液。收集到試管中，及

時用棉塞塞嚴。(1)提取綠葉中的色素要求：迅速充分。新鮮的綠葉探究.實驗一捕獲光能的色素和結構綠葉中色素提取和分離1.捕獲光能的色素(2)制備濾紙條鉛筆線畫鉛筆細線濾液細線畫濾液細線(3)畫濾液細線制備濾紙條時要減去兩角，減小邊緣效應，使色素在濾紙上擴散均勻，便于觀察。①畫得細而直：要求：細而直，重復2-3次。防止色素帶重疊而影響分離效果；②畫兩三次：積累更多的色素，使分離后的色素帶明顯。2.操作步驟：探究.實驗一捕獲光能的色素和結構綠葉中色素提取和分離1.捕獲光能的色素(4)分離綠葉中的色素插濾紙條層析液培養皿濾液細線層析液不能沒及濾液細線，以防止色素溶解于層析液中而無法分離；用培養皿蓋住燒杯，防止層析液揮發。2.操作步驟：探究.實驗一捕獲光能的色素和結構綠葉中色素提取和分離1.捕獲光能的色素2.操作步驟：(5)觀察與記錄濾液細線胡蘿卜素葉黃素橙黃色黃色黃綠色藍綠色顏色含量溶解度最少較少最多較多高低色素種類葉綠素a葉綠素b類胡蘿

卜素葉綠素（約占1/4）（約占3/4）探究.實驗一捕獲光能的色素和結構綠葉中色素的功能1.捕獲光能的色素吸收、傳遞、轉換光能葉綠素主要吸收藍紫光和紅光類胡蘿卜素主要吸收藍紫光探究.實驗一捕獲光能的色素和結構提示：

位于植物液泡中的花青素也能吸收光能，但是不能用于光合作用吸收光譜變換光的波長測定色素的吸收光譜葉綠素a測定色素對不同波長光的吸收情況，而色素顏色由其反射的光所決定。1.捕獲光能的色素一捕獲光能的色素和結構1.捕獲光能的色素(1)色素分離的方法---紙層析法。(2)選取新鮮綠色的葉片，可使濾液中色素含量高；不能選用發黃的葉片。(3)迅速研磨是為了防止乙醇揮發過多，充分研磨是為了充分破壞葉綠體，使色素完全釋放出來。(4)濾液細線畫得要細、齊、直。干燥后再畫下一次。(5)濾液細線不要觸及（或沒入）層析液，使色素溶解，否則可能看不到色素帶。(6)提取色素時，收集到的濾液顏色過淺，可能有一下幾種原因：①未加SiO2，研磨不充分。②未加CaCO3或加入過少，色素分子被破壞。③葉片放置時間長，濾液色素少。④一次加入無水乙醇過多，色素濃度低。一捕獲光能的色素和結構分析.思考1.捕獲光能的色素1.為什么盛夏時大部分葉片都是綠色的？因為葉片中的葉綠素是綠色的，葉綠素對綠光吸收甚少，所以將綠光反射出來，使葉片呈現綠色。2.為什么到了秋天很多葉片變黃呢？秋天溫度降低，低溫導致葉綠素分子易被破壞，而類胡蘿卜素分子較為穩定，使葉子變黃。影響葉綠素合成的主要因素有哪些？3.為什么有的葉片是紅色的？一捕獲光能的色素和結構知識.拓展1.捕獲光能的色素影響葉綠素合成的主要因素1.光照：光是影響葉綠素合成的主要條件，一般植物在黑暗中不能合成葉綠素，因而葉片發黃。3.必需元素：2.溫度：溫度可影響與葉綠素合成有關的酶的活性。低溫時，葉綠素分子易被破壞，而類胡蘿卜素分子較為穩定，使葉子變黃。葉綠素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg將導致葉綠素無法合成，葉變黃。葉綠素a:C55H72O5N4Mg葉綠素b:C55H70O6N4Mg一捕獲光能的色素和結構2.葉綠體的結構適于光合作用基質基粒內膜外膜①扁平的橢球形或球形(光學顯微鏡能觀察到，呈綠色)②(電子顯微鏡)外膜、內膜、基粒、基質（含少量DNA和有關酶）（1）葉綠體的結構③每個基粒都含有兩個以上的類囊體，多達100個以上。葉綠體內有如此眾多的基粒和類囊體，及大地擴展了受光面積。據計算，1g菠菜葉片中的類囊體的總面積竟有60m2左右。基粒：由類囊體堆疊而成，在類囊體薄膜上存在著與光合作用有關的酶和色素。一捕獲光能的色素和結構（2）葉綠體的功能思考.討論1.恩格爾曼第一個實驗的結論是什么？【答案】恩格爾曼第一個實驗的結論是：氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。2.恩格爾曼在選材、實驗設計上有什么巧妙之處？【提示】實驗材料選擇水綿和好氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察，好氧細菌可確定釋放氧氣多的部位；沒有空氣的黑暗環境排除了氧氣和光的干擾；用極細的光束照射，葉綠體上有光照多和光照少的部位，相當于一組對比實驗；臨時裝片暴露在光下的實驗再一次驗證了實驗結果，等等。3.在第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域，為什么？【答案】這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于好氧細菌在此區域分布。4.綜合上述資料，你認為葉綠體具有什么功能？【答案】葉綠體是進行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。一捕獲光能的色素和結構2.葉綠體的結構適于光合作用恩格爾曼第一個實驗示意圖恩格爾曼第二個實驗示意圖思考.討論一捕獲光能的色素和結構2.葉綠體的結構適于光合作用光合作用的場所是葉綠體葉綠體能吸收光能用于光合作用釋放氧氣恩格爾曼的實驗其他實驗證據（如有機物的合成部位在葉綠體）不能說明說明說明1954年科學家才確認光合作用全過程均發生在葉綠體思考.討論一捕獲光能的色素和結構2.葉綠體的結構適于光合作用說明：在葉綠體巨內部巨大的膜表面（類囊體膜）上，分布著許多吸收光能的色素分子，在類囊體膜上和葉綠體基質中，還有許多進行光合作用所必需的酶。這是葉綠體捕獲光能、進行光合作用的結構基礎。核糖體DNA類囊體膜外膜內膜類囊體基質基質基粒基粒練習與應用一、概念檢測1.基于對葉綠體的結構和功能的理解，判斷下列相關表述是否正確。(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綠色，是因為葉片中的葉綠體吸收了綠光。（

）2.下列關于高等植物細胞內色素的敘述，錯誤的是（

）A.所有植物細胞中都含有4種色素B.有些植物細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.植物細胞內的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類×√×A二、拓展應用1.海洋中的藻類，習慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們在海水中的垂直分布大致依次是淺、中、深。這種現象與光能的捕獲有關嗎？【答案】有關，不同顏色的藻類吸收不同波長的光。藻類本身的顏色是反射出來的光，即紅藻反射出了紅光，綠藻反射出綠光，褐藻反射出黃色的光。水對紅、橙光的吸收比對藍、綠光的吸收要多，即到達深水層的光線是短波長的光，因此，吸收紅光和藍紫光較多的綠藻分布于海水的淺層，吸收藍紫光和綠光較多的紅