光合作用是最偉大的魔術(shù)

——居里夫人光合作用是捕獲和轉(zhuǎn)化光能的唯一生物途徑。綠色植物通過光合作用制造的有機物和氧氣，滋養(yǎng)了地球上億萬生靈。第五章

細胞的能量供應(yīng)和利用

第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化(第一課時)植物進行光合作用起始于捕獲光能，植物捕獲光能依靠特定的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)。正常的綠色玉米幼苗可以生長。白化玉米幼苗，待種子中儲存的養(yǎng)分耗盡就會死去。葉片中的色素與光能的捕獲有關(guān)。一、捕獲光能的色素思考：植物細胞哪些結(jié)構(gòu)含有色素？液泡：花青素葉綠體：多種光合色素只有葉綠體中的色素可以捕獲光能。課本P97一、捕獲光能的色素綠葉中色素的提取和分離實驗1.實驗原理：提取原理：提取方法：分離原理：分離方法：綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中。紙層析法綠葉中色素在層析液(汽油)中的溶解度不同。溶解度大，擴散速度快；溶解度小，擴散速度慢無水乙醇課本P98剪碎＋CaCO3

＋無水乙醇，研磨色素濾液保護色素研磨充分溶解色素單層尼龍布（不用濾紙）過濾＋SiO2

綠葉中色素的提取和分離實驗2.實驗步驟：（1）提取綠葉中的色素：試管口加棉花防無水乙醇揮發(fā)防色素氧化（葉綠素）課本P98制備濾紙條畫濾液細線紙層析思考：為什么層析液不能浸沒濾液細線？層析液：20份石油醚、2份丙酮和1份苯2.實驗步驟：（2）分離色素：減少邊緣效應(yīng)造成兩邊色素擴散快，保證色素帶整齊。要求：細、直、齊；待濾液干后，重復1~2次（

）積累更多色素防止色素溶解在層析液中，無法分離（防止層析液揮發(fā)，因其易揮發(fā)且有毒）防止色素帶重疊而影響分離效果。

課本P99一、捕獲光能的色素綠葉中色素的提取和分離實驗——黃綠色（葉綠素b）——藍綠色（葉綠素a）——黃色（葉黃素）——橙黃色（胡蘿卜素）層析液濾液細線葉綠素(3/4)類胡蘿卜素(1/4)綠葉中的色素3.實驗結(jié)果：課本P984.實驗結(jié)果分析：色素種類色素含量擴散速度溶解度胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b最少較少最多較多最快較快較慢最慢最大較大較小最小綠葉中色素的種類課本P985.實驗結(jié)果異常分析：（1）收集的濾液綠色過淺的原因分析?未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。（2）濾紙條色素帶重疊

沒等干后再劃線、濾液線不能達到細、齊的要求，使色素擴散不一致造成的。?菠菜葉不新鮮，濾液色素(葉綠素)太少。?一次加入大量的無水乙醇提取濃度太低

。

?未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。一、捕獲光能的色素綠葉中色素的提取和分離實驗5.實驗結(jié)果異常分析：（3）濾紙條看不到色素帶?忘記畫濾液細線。?濾液細線接觸到層析液，色素溶解到層析液中。?用水進行綠葉中色素的提取。

（4）濾紙條只呈現(xiàn)胡蘿卜素、葉黃素色素帶：忘記加碳酸鈣導致葉綠素被破壞或所用葉片為“黃葉”。一、捕獲光能的色素綠葉中色素的提取和分離實驗圓形濾紙打孔色素提取液筆帽濾液細線棉線(燈芯)蘸取蓋穿過中間孔蓋層析液結(jié)果橙黃色黃色藍綠色黃綠色避免了濾液細線觸及層析液123465層析拓展延伸陽光(白光)在穿過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。光是一種電磁波，分為可見光和不可見光?？梢姽獾牟ㄩL是400-760nm。不同波長的光，顏色不同。一般情況下光合作用利用的都是可見光。一、捕獲光能的色素課本P99變換光的波長測定色素的吸收光譜①葉綠素主要吸收紅光和藍紫光②葉綠素a和葉綠素b的吸收峰值不同一、捕獲光能的色素③類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，不吸收紅光課本P99思考：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(xiàn)象是如何造成的？光的波長越長，所含能量越少，穿透能力越弱紅光的穿透能力最弱，藍紫光穿透能力最強淺層水體的藻類主要吸收紅光和藍紫光，吸收綠光很少深層水體的藻類主要吸收藍紫光，吸收的紅光很少一、捕獲光能的色素課本P101

你參觀或聽說過植物工廠嗎？植物工廠在人工精密的控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的蔬菜工廠完全依賴LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色和白色光源。問題探討課本P97討論1:靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？

可以避免由于自然環(huán)境中光照強度不足導致光合作用強度低而造成的減產(chǎn)。同時，人工光源的強度和不同色光是可以調(diào)控的，可以根據(jù)植物生長的情況進行調(diào)節(jié)，以使蔬菜產(chǎn)量達到最大。討論2:為什么要控制二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件?

二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分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(tài)。討論3:植物工廠中利用的人工光源主要是紅色、藍紫色和白色的光源，為什么不用綠光？

選無色透明的塑料薄膜，為了讓各種波長的太陽光都穿過塑料薄膜，即讓植物吸收更多的光能；大棚內(nèi)照明燈在功率相同的情況下，最好選紅光和藍紫光。一、捕獲光能的色素思考：不同季節(jié)，不同植物的葉片為何會呈現(xiàn)不同的顏色？比較項目光合色素細胞液色素存在部位葉綠體液泡溶解性脂溶性水溶性代表種類類胡蘿卜素和葉綠素花青素顏色橙黃、黃、綠紅、藍、紫顏色變化不隨pH改變變化顏色隨pH改變變化顏色一、捕獲光能的色素吸收（四種色素）、傳遞（四種色素）、轉(zhuǎn)化（只有少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a）光能胡蘿卜素：C40H56葉黃素：C40H56O2葉綠素a:C55H72O5N4Mg葉綠素b:C55H70O6N4Mg拓展延伸一、捕獲光能的色素色素種類色素顏色色素含量元素組成主要吸收胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b橙黃色最少C、H藍紫光不吸收紅光黃色較少C、H、O藍紫光不吸收紅光藍綠色最多C、H、O、N、Mg紅光藍紫光黃綠色較多C、H、O、N、Mg紅光藍紫光一、捕獲光能的色素影響葉綠素合成的三大因素光照光照是影響葉綠素合成的主要因素，一般植物在黑暗中不能合成葉綠素溫度溫度可影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，進而影響葉綠素的合成必需元素葉綠素中含N、Mg等元素，缺乏N、Mg將導致葉綠素無法合成一、捕獲光能的色素拓展延伸課堂練習1．下列有關(guān)“綠葉中色素的提取和分離”實驗的敘述，不正確的是（）A．提取的原理是葉綠素和類胡蘿卜素都易溶于有機溶劑B．研磨時加入二氧化硅更有助于葉肉細胞的破碎C．用毛細吸管均勻地在濾紙條上畫出一條濾液細線D．濾紙條上的濾液細線應(yīng)浸入層析液以更好地分離色素D2．小明分別對紫藤的綠葉和黃葉進行了葉綠體中色素的提取和分離實驗，結(jié)果如圖。對該實驗結(jié)果說明合理的是

（）A．②是紫藤綠葉的色素分離結(jié)果B．結(jié)果②表明葉片研磨不充分C．紫藤黃葉中缺少葉綠素D．紫藤黃葉中缺少類胡蘿卜素C課堂練習3.(2024云南大理月考)在做“綠葉中色素的提取和分離”實驗時,甲、乙、丙、丁四位同學對相關(guān)試劑的使用情況如表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,他們所得到的實驗結(jié)果依次應(yīng)為(

)甲乙丙丁無水乙醇-+++水+---CaCO3++-+SiO2+++-A.①②③④

B.②④①③C.④②③①

D.③②①④B課堂練習（1）葉綠體的形態(tài)(光鏡下)一般呈扁平的橢球形或球形。（2）葉綠體的結(jié)構(gòu)(電鏡下)（3）葉綠體的功能進行光合作用的場所二、葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能1.葉綠體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)：思考:

葉綠體適于進行光合作用的結(jié)構(gòu)特點？1g菠菜葉片中的類囊體總面積有60m2左右。①光合作用的酶分布在基粒的類囊體薄膜上和基質(zhì)中。②眾多的基粒和類囊體，極大地擴展了受光面積，擴大色素和酶的附著位點。水綿（葉綠體呈____狀）、好氧細菌。葉綠體是否照到光。葉綠體照光部位是否產(chǎn)生氧氣，觀測指標是______________。漢水丑生侯偉作品好氧細菌集中分布在葉綠體的照光部位。實驗結(jié)論：葉綠體吸收光能用于光合作用放氧氣。好氧細菌的分布帶2.恩格爾曼實驗一：二、葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能實驗對象：自變量：因變量：實驗結(jié)果：

極細光束

均勻光照水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察，用好氧細菌可以確定釋放氧氣多的部位。沒有空氣的黑暗環(huán)境排出了氧氣和光的干擾。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。2.恩格爾曼實驗一：思考1:

實驗材料為什么選擇水綿和好氧細菌？思考2:

為何要除去小室中原有的空氣？思考4:

在黑暗中用極細光束照射水綿有何巧妙之處？二、葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能臨時裝片暴露在光下的實驗再一次驗證了實驗結(jié)果。思考3:

為何把載有水綿的臨時裝片又暴露于光下？

恩格爾曼在證明了光合作用的放氧部位是葉綠體后，緊接著又做了一個實驗：他用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，結(jié)果見下圖：

如何解釋好氧細菌主要聚集在紅光和藍紫光照射的水綿細胞附近？3.恩格爾曼實驗二：結(jié)論：葉綠體主要吸收紅光和藍紫光綜合上述兩個實驗可以得出：葉綠體主要吸收紅光與藍紫光用于光合作用放出O2。課本P101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(jù)（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(fā)生在葉綠體2.恩格爾曼實驗二：二、葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能課本P101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。1．下圖為葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖。葉綠體是植物進行光合作用的細胞器，下面有關(guān)葉綠體結(jié)構(gòu)和功能的敘述錯誤的是（）A．①④分別為外膜和內(nèi)膜，具有選擇透過性的功能特點B．②為基粒，類囊體的薄膜上含有與光合作用有關(guān)的色素和酶C．③為葉綠體基質(zhì)，與光合作用無關(guān)D．光合作用的酶分布在②③C課堂練習2．德國科學家恩格爾曼設(shè)計了一個實驗研究光合作用的吸收光譜。他將三棱鏡產(chǎn)生的散射光投射到絲狀水綿體上，并在水綿懸液中放入需氧細菌，觀察細菌的聚集情況(如圖所示)。他由實驗結(jié)果得出光合作用在紅光區(qū)和藍紫光區(qū)最強。這個實驗的思路是(

)A．細菌對不同的光反應(yīng)不一，細菌聚集多的地方，細菌光合作用強B．需氧細菌聚集多的地方，O2濃度高，水綿光合作用強C．需氧細菌聚集多的地方，產(chǎn)生的有機物多，水綿光合作用強D．需氧細菌大量消耗O2，使水綿的光合速率大幅度加快B課堂練習3．下列關(guān)于高等植物細胞內(nèi)色素的敘述，錯誤的是

（）A．所有植物細胞中都只含有4種色素B．有的植物細胞的液泡中也含有一定量的色素C．葉綠體的類囊體有巨大的膜面積，色素就位于膜上D．植物細胞內(nèi)的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類A課堂練習光合作用與能量轉(zhuǎn)化綠葉中色素的提取和分離葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用實驗原理實驗過程實驗結(jié)論無水乙醇，層析液葉綠素類胡蘿卜素紅光藍紫光藍紫光色素葉黃素胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b（藍綠色）（黃綠色）（橙黃色）（黃色）含量約占3/4含量約占1/4形態(tài):

結(jié)構(gòu):

功能:

葉綠體是進行光合作用的場所課堂小結(jié)1.基于對葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能的理解，判斷下列相關(guān)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(xiàn)綠色，是因為葉片中的葉綠體吸收了綠光。（）???一、概念檢測練習與應(yīng)用P1012.下