捕获光能的色素和结构高一上学期生物人教版（2019）必修1

5.4

课时1捕获光能的色素和结构

你参观或听说过植物工厂吗？植物在人工精密控制光照、温度、CO2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？①用人工光源生产蔬菜，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减产。②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。问题·探讨2.为什么要控制CO2浓度、营养液成分和温度条件？①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。②CO2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。

你参观或听说过植物工厂吗？植物在人工精密控制光照、温度、CO2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。问题·探讨

光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。因此，有人称光合作用是地球上最重要的化学反应。在植物工厂里，人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能量。在自然界，则是万物生长靠太阳。太阳光能的输入、捕获和转化是生物圈得以维持运转的基础。玉米（白化苗）玉米（正常苗）正常幼苗能进行光合作用制造有机养料白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料思考：1、玉米中有时会出现白化苗。白化苗对植物的生长有什么影响？2、植物的叶片中含有哪些色素呢？怎样提取这些色素呢？提取原理1分离原理2色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可用无水乙醇提取色素。各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的随层析液在滤纸上扩散的快，反之，则慢，这样几分钟后色素就会随层析液在滤纸上扩散而分离开。1.实验原理头部尾部分离方法：纸层析法一、探究·实践：绿叶中色素的提取和分离2.实验材料与试剂新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）、无水乙醇、层析液（可用93号汽油代替）二氧化硅（SiO2）、碳酸钙（CaCO3）新鲜的绿叶色素含量多，SiO2可使研磨更充分，CaCO3防止研磨中色素被破坏干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药勺，量筒(10mL)，天平。3.实验用具4.实验步骤(1)提取绿叶中的色素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无水乙醇碳酸钙可防止研磨中色素被破坏二氧化硅有助于研磨得充分，取材→研磨→过滤→收集防止无水乙醇挥发③迅速、充分地研磨叶绿体能够被充分破坏，使得色素能充分被释放出来(1)提取绿叶中的色素取材→研磨→过滤→收集④将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。用单层尼龙布过滤，过滤叶脉及二氧化硅等并且不吸附色素。⑤收集滤液,封口。盛放滤液的试管用橡胶塞塞紧，防止无水乙醇的挥发(1)提取绿叶中的色素取材→研磨→过滤→收集(3)画滤液细线(2)制备滤纸条剪两角干燥的铅笔线为了积累更多的色素，使分离后的色素带更明显使层析液在滤纸条上扩散得快。避免边缘效应，使层析液同步到达细线要求：细、直、齐

；重复2—3次(4)分离绿叶中的色素特别注意：层析液不能没及滤液线层析液培养皿防止色素溶解在层析液中，无法分离层析液为有毒性的挥发性物质

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橙黄色黄色蓝绿色黄绿色最少最多较多较少最低最高较高较低最慢最快较快较慢绿叶中光合素色的比较5.实验结果(1)滤纸条无色素带：①忘记画滤液细线②滤液细线接触到层析液③误将蒸馏水当作提取液和层析液④研磨时未加无水乙醇(2)滤纸条色素带不整齐：①滤纸不干燥等

②滤纸未剪去两角③滤液线画得不细、直、齐6.分离色素实验结果异常现象分析：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）叶绿素类胡萝卜素（含量约3/4）（含量约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）叶绿体中的色素1.色素的种类：二、绿叶中色素的种类和功能思考：四种色素对光的吸收是否有差别？2.色素的吸收光谱：

阳光是由不同波长的光组成组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。叶绿素

让不同颜色的光照射色素提取液，有些波段的光被色素吸收了，在光谱上出现黑线带，这种光谱叫色素吸收光谱。叶绿素主要吸收

。类胡萝卜素主要吸收

。蓝紫光和红光蓝紫光叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱解释生活现象1.为什么有些植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？呈绿色原因：1.叶片中叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素2.绿光吸收最少反射回来变黄的原因：

由于叶绿素比类胡萝卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来枫叶变红紫叶李变红原因：秋天降温时，植物体为适应寒冷，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈现红色花青素的积累使叶子呈现紫色2.冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选择选择什么颜色(红色/蓝色/无

色)的大棚塑料薄膜？为什么？

无色透明大棚能透过日光中各种色光，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高。3.阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色(蓝紫光或红光或白光)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？

蓝紫光或红光。

在照明灯功率相同的情况下，用发蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率最高。基粒内膜外膜基质三、捕获光能的结构——叶绿体色素1.分布：绿色植物能进行光合作用的细胞。2.形态：一般呈扁平的椭球形或球形。4.功能：光合作用的场所。3.结构：外膜内膜基粒由两个以上的类囊体堆叠而成，从而增大膜面积，捕光色素位于类囊体薄膜上。基质含多种光合作用所必需的酶透明，有利于光线的透过酶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

资料11881年德国科学家恩格尔曼的实验

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）【思考·讨论】探究叶绿体的功能需氧细菌集中分布在叶绿体被光束照射到的部位需氧细菌分布在叶绿体所有受光部位恩格尔曼的实验一叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气2.恩格尔曼在选材、实验设计上有何巧妙之处？设计：选材：水绵：叶绿体螺旋带状，易观察

好氧细菌：可确定氧气产生部位无空气的黑暗环境：排除O2和光的干扰对照设置：讨论：1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么？极细的光束：有光与无光对照暴露阳光下：局部有光与完全曝光对照恩格尔曼的实验二用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧型细菌聚集在红光和蓝紫光区域讨论：3.为何细菌集中在红光和蓝紫光区域？光合色素主要吸收红光和蓝紫光在此波长照射下，叶绿体会释放氧气多4.综上所述，你认为叶绿体有何功能？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。物质和结构基础：类囊体薄膜上——色素分