5.4.1捕获光能的色素和结构课件-高一上学期生物人教版必修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

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，其中最常见的是红色、蓝色和白色的光源。1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？

2.为什么要控制CO2浓度、营养液成分和温度等条件？问题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。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。CO2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。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无水乙醇（或丙酮）中，用无水乙醇提取色素。纸层析法：绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，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SiO2：CaCO3:无水乙醇：有助于研磨充分防止研磨中色素被破坏溶解色素单层尼龙布试管口塞严迅速充分2.色素的提取防止溶剂挥发和色素分子被氧化碳酸钙是为了中和细胞液的酸性，可起到保护叶绿素的作用。一、绿叶中色素的提取和分离一、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剪去两角？★要求：细、直、齐待滤液干后，再画一两次。注意：不能让滤液细线触及层析液3.色素的分离减少边缘效应，使层析液液同时到达滤液细线。4.结果和结论胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）色素带离滤液细线的距离及色素带的宽度说明了什么一、绿叶中色素的提取和分离胡黄ab向前走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橙黄色最少最高最快黄色较少较高较快蓝绿色最多较低较慢黄绿色较多最低最慢叶绿素由C、H、O、N、Mg构成叶绿素（约占3/4）类胡萝卜素（约占1/4）一、绿叶中色素的提取和分离4.结果和结论胡黄ab向前走一、绿叶中色素的提取和分离延伸思考：实验装置的改进在滤纸的中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，会出现什么现象？会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为：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）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利于绿叶的充分研磨防止研磨过程中色素（叶绿素）被破坏溶解色素提取较多色素、防止溶剂挥发防止溶剂挥发防止色素吸附在滤纸上分离色素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防止色素溶解到层析液中色带错误分析（1）滤纸条上未得到色带①滤液细线浸没到层析液中②用无清水代替乙醇进行提取①研磨不充分(未加入SiO2)②提取时加入的乙醇过多④未加CaCO3，色素分子被破坏⑤所取的绿叶不新鲜③滤液细线画的次数不够①滤液细线画得过粗或不整齐②滤纸条没经干燥处理（2）滤纸条上的色带颜色较浅（3）滤纸条上的色带重叠①忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏②所用叶片为“黄叶”（4）滤纸条上只出现黄色一、绿叶中色素的提取和分离二、绿叶中色素的作用绿叶中的色素提取液图：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。吸收、传递（四种色素）、转化（只有少数特殊状态的叶绿素a）光能叶绿素a:C55H72O5N4Mg叶绿素b:C55H70O6N4Mg胡萝卜素：C40H56叶黄素：C40H56O2光合色素的功能：二、绿叶中色素的作用色素的吸收光谱实验结果A.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光B.叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同C.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光P一99，学科交叉：叶绿体中的色素只吸收

，

而对红外光和紫外光等不吸收。可见光二、绿叶中色素的作用

正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。2.叶片呈现绿色的原因是？3.许多植物到秋天叶子变黄？红叶是怎么回事呢？思考：1.大棚种蔬菜时，应选择什么颜色玻璃或塑料薄膜？补充光源呢？?①叶绿素不稳定，低温使其分解，叶片呈类胡萝卜的颜色；②红叶是由叶子的花青素和胡萝卜素引起的。白色最好红光或蓝紫光二、绿叶中色素的作用(1)光照

光照是影响叶绿素合成的主要因素，植物在黑暗中一般不能合成叶绿素，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；另外，低温时叶绿素分子易被破坏，因而秋天叶片变黄。(3)矿质元素

叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄；Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也会导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。影响叶绿素合成的因素：二、绿叶中色素的作用叶绿体类囊体堆叠成基粒，增大了叶绿体膜的表面积叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着大量光合色素类囊体膜上和叶绿体基质中，有许多与光合作用有关的酶DNA、RNA核糖体基粒双层膜功能：进行光合作用结构：双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？

极细光束

均匀光照水绵好氧细菌极细光束照射完全曝光黑暗无空气好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位结论：叶绿体光合作用释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所。（1）选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。（2）用极细的光束照射，叶绿体上可分为

和

的部位，相当于一组对比实验。(3)临时装片局部曝光与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。有光照无光照思考·讨论：

恩格尔曼的实验一三棱镜结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光综合上述两个实验可以得出：照射水绵好氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。思考·讨论：

恩格尔曼的实验二实验分析——恩格尔曼实验设计的巧妙之处①实验材料的选择：选择水绵——具有细而长的螺旋带状叶绿体便于观察。②排除干扰的方法：没有空气的黑暗环境排除了环境中氧气和光的干扰。③观察指标的设计：通过检测需氧细菌的分布，准确地判断出释放氧气的部位。④实验对照的设计：用极细的光束照射，获得光照部位和无光照

部位的对照实验；进行黑暗条件下局部光照和完全暴露在光下的对照实验，明确实验结果是由光照引起的。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？红藻绿藻褐藻不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是

出来的光所形成，即红藻反射出

，绿藻反射出

，褐藻反射出

。红光绿光黄色反射水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收多，即到达深水层的光线是

波长的光。短吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于深层。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,由于各组操作不同,出现了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是(

)A.甲可能是因为研磨时未加入SiO2B.乙可能是因为研磨时未加入CaCO3C.丙可能是误用水作提取液和层析液D.丁是正确操作得到的理想结果D习题检测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