光合作用和能量轉(zhuǎn)化(第一課時(shí))捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)課 高一上學(xué)期生物人教版必修一

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(yǎng)液成分等條件下，生產(chǎn)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(lán)色和白色的光源?！拘抡n引入】植物工廠思考：靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處?用人工光源生產(chǎn)蔬菜，可以避免由于自然環(huán)境中光照強(qiáng)度不足導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度低而造成的減產(chǎn)。同時(shí)，人工光源的強(qiáng)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(jìn)行調(diào)節(jié)，以使蔬菜產(chǎn)量達(dá)到最大。光合作用：是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑。植物正常生長需要光能，而葉片中的色素可能與光能的捕獲有關(guān)思考：“白化苗”能持續(xù)正常地生長嗎？光合作用與細(xì)胞中的色素有關(guān)白化苗不含綠色色素，不能進(jìn)行光合作用，不能正常生長，待種子中儲存的養(yǎng)分耗盡就會死去。學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.綠葉中色素的提取和分離（掌握）2.葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化第1課時(shí)

捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)1：自主學(xué)習(xí)閱讀P98-99，思考：色素提取和分離的原理分別是什么？體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精可以直接用于提取色素嗎？研磨時(shí)加二氧化硅和碳酸鈣的作用分別是什么？過濾時(shí)用的是濾紙還是尼龍布？畫濾液細(xì)線時(shí)，準(zhǔn)確的操作是什么？重復(fù)畫1-2次的目的是什么？分離色素時(shí)濾液細(xì)線能觸及或沒入層析液中嗎？濾紙條上有幾條不同顏色的色帶？排序和寬窄說明了什么？葉綠體中的色素有哪幾種？含量如何？一、探究·實(shí)踐：綠葉中色素的提取和分離2.實(shí)驗(yàn)原理（2）分離：一、探究·實(shí)踐：綠葉中色素的提取和分離（1）提?。翰煌卦趯游鲆喝芙舛炔煌?，在濾紙條上的擴(kuò)散速度不同。溶解度高的色素隨著層析液在濾紙上的擴(kuò)散得快，反之?dāng)U散的慢。紙層析法綠葉中的色素能溶解于有機(jī)溶劑無水乙醇中1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）進(jìn)行綠葉中色素的提取和分離。（2）探究綠葉中含有幾種色素。3.材料用具新鮮的綠葉(如菠菜的綠葉)干燥的定性濾紙，試管，棉塞，試管架，研缽，玻璃漏斗，尼龍布，毛細(xì)吸管，剪刀，藥匙，量筒(10mL)，天平等。無水乙醇（也可用體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇+適量無水碳酸鈉來代替）層析液（由20份在60~90℃下分餾出來的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成）二氧化硅和碳酸鈣毛細(xì)吸管環(huán)節(jié)2：觀看實(shí)驗(yàn)視頻，回答相關(guān)問題。1.色素提取時(shí)所用試劑及作用？無水乙醇：二氧化硅：碳酸鈣：2.研磨時(shí)應(yīng)注意什么？為何？迅速：防止乙醇揮發(fā)充分：保證色素釋放的更加充分3.過濾時(shí)尼龍布能否用濾紙?zhí)娲?不能。因?yàn)闉V紙的吸附性強(qiáng)，會導(dǎo)致濾液中色素的濃度過低溶解色素使研磨更加充分防止色素（葉綠素）被破壞4.實(shí)驗(yàn)步驟：提取綠葉中的色素分離綠葉中的色素1.制備濾紙條時(shí)為什么要減去兩角？2.濾液細(xì)線的劃線原則是什么？待濾液干后，再重畫一到兩次的目的是什么？減少邊緣效應(yīng)，使層析液同時(shí)到達(dá)濾液細(xì)線，使得濾紙上擴(kuò)散出的色素帶整齊。畫濾液細(xì)線的原則是細(xì)、直、齊。待濾液干后，再重畫1-2次可以增加濾液細(xì)線中色素的含量。3.為何濾液細(xì)線不能觸及層析液？防止色素溶解在層析液中，而不能在濾紙上擴(kuò)散。

插濾紙條層析液培養(yǎng)皿⑤觀察與記錄記錄色素帶的數(shù)目、顏色和寬窄排序和寬窄不同說明？4.實(shí)驗(yàn)步驟二氧化硅：有助于研磨充分碳酸鈣：防止色素被破壞無水乙醇：溶解色素觀察與記錄記錄色素條的數(shù)目、顏色和寬窄5.分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果上下色素

色素

濾紙上

在層析液中的種類

含量

擴(kuò)散速度

溶解度胡蘿卜素（橙黃色）

最少

最快

最高

葉黃素（黃色）較少較快較高

葉綠素a（藍(lán)綠色）

最多

較慢

較低

葉綠素b（黃綠色）

較多

最慢

最低

環(huán)節(jié)3：分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論葉綠素類胡蘿卜素（約3/4）

（約1/4）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）葉綠素a（藍(lán)綠色）葉綠素b（黃綠色）綠葉中的色素6.實(shí)驗(yàn)結(jié)論上下C、HC、H、OC、H、O、N、Mg7.注意事項(xiàng)（1）提取色素選新鮮綠色葉片：去除主葉脈：研磨迅速、充分：過濾時(shí)，不能用濾紙，要用單層尼龍布：收集濾液的試管管口加棉塞：濾紙會吸附色素，降低綠葉中色素的含量，使實(shí)驗(yàn)效果不明顯單層尼龍布能過濾葉脈和SiO2等研磨液中的雜質(zhì)主葉脈不含光合色素，但會占一定質(zhì)量，影響色素提取新鮮綠葉綠色含量較高防止乙醇揮發(fā)，并使色素充分溶解防止乙醇揮發(fā)和色素氧化（2）分離色素濾紙預(yù)先干燥處理：將濾紙一端剪去兩角：濾液細(xì)線要細(xì)、直、勻：濾液細(xì)線干燥后再畫1-2次：濾液細(xì)線不觸及層析液：試管加棉塞（或小燒杯加蓋）：防止色素直接溶解于層析液中而無法分離使層析液同步達(dá)到濾液細(xì)線，防止色素帶不整齊使分離出的色素帶平整，不重疊增加色素含量，使分離后色素帶清晰分明干燥濾紙透性好、吸收濾液多，使層析液在濾紙上快速擴(kuò)散防止層析液揮發(fā)

8.誤差分析（1）濾紙條上基本上沒有色素帶的可能原因：忘記畫濾液細(xì)線濾液細(xì)線接觸到層析液，且時(shí)間較長，色素全部溶解到層析液中未加SiO2，研磨不充分

材料過少/無水乙醇過多，色素溶液濃度小畫濾液細(xì)線次數(shù)偏少（3）葉綠素a和葉綠素b色素帶較淺或者沒有的可能原因（2）色素帶較淺的可能原因：選取的葉片是嫩黃葉或老葉未加CaCO3，葉綠素部分被破壞色素提取液放置過久，導(dǎo)致葉綠素分解提出問題：這4種色素對光的吸收有什么差別？實(shí)驗(yàn)探究：陽光(白光)在穿過三棱鏡時(shí)，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。實(shí)驗(yàn)探究：由圖可知，光合色素主要吸收對照組實(shí)驗(yàn)組紅光和藍(lán)紫光光譜環(huán)節(jié)4：光合色素的吸收光譜分析1.光合作用所利用的光波長是？2.葉綠素主要吸收什么光？3.類胡蘿卜素主要吸收什么光？不吸收什么光？4.光合色素對綠光的吸收量如何？5.光合色素的功能是什么？葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜9.光合色素的吸收光譜分析(1)一般情況下,光合色素只吸收

，不吸收紅外光和紫外光?？梢姽?400-760nm)(3)類胡蘿卜素：主要吸收

，對

吸收很少，不吸收

。(2)葉綠素：主要吸收

，對

吸收很少。藍(lán)紫光(430-470nm)和紅光（640-680nm）綠光藍(lán)紫光綠光紅、黃光(大于550nm)吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能吸收、傳遞光能又可以叫做捕獲光能(4)光合色素的功能：注意：少數(shù)葉綠素a才能轉(zhuǎn)化光能其他色素只能吸收、傳遞光能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(lán)色和白色的光源。思考：為什么不用發(fā)綠光的光源？綠色光源發(fā)出綠色的光，這種波長的光線很少被光合色素吸收，因此無法用于光合作用中制造有機(jī)物。藍(lán)紫光照射下生長：脂肪和蛋白質(zhì)含量會增加紅光照射下生長：糖類會增加【學(xué)以致用】拓展1：色素與葉片的不同顏色現(xiàn)象原因正常綠色葉色變黃葉色變紅正常綠葉的葉綠素和類胡蘿卜素的比例約為3：1，且對綠光吸收最少，所以正常葉片總呈綠色秋天時(shí)，低溫和植物體內(nèi)積累的可溶性糖有利于花青素的形成，花青素在酸性的葉肉細(xì)胞中變成紅色儲存在液泡，而葉綠素因寒冷逐漸降解，葉子呈紅色，如紅楓、紅葉李。寒冷時(shí)，葉綠素分子易被破壞，類胡蘿卜素較穩(wěn)定，葉片顯示出類胡蘿卜素的顏色，葉片變黃花青素，是自然界一類廣泛存在于植物液泡中的色素。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物質(zhì)大部分與之有關(guān)。在植物細(xì)胞液泡不同pH條件下，花青素使花瓣、果實(shí)等呈現(xiàn)五彩繽紛的顏色。拓展2拓展3(1)光照：光是影響葉綠素合成的主要因素，一般在黑暗中植物不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃。(2)溫度：溫度可影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，進(jìn)而影響葉綠素的合成。低溫時(shí)，葉綠素分子易被破壞而使葉片變黃。(3)礦質(zhì)元素：葉綠素中含N、Mg等元素，缺乏N、Mg將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成，葉片變黃。另外，F(xiàn)e是葉綠素合成過程中某些酶的輔助成分，缺Fe也將導(dǎo)致葉綠素合成受阻，葉片變黃。影響葉綠素合成的因素二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用色素酶1.分布：主要存在于綠色植物葉肉細(xì)胞2.形態(tài)：一般呈扁平的橢球形或球形3.結(jié)構(gòu)：②基粒：由兩個(gè)以上的類囊體堆疊而成，類囊體薄膜上含有光合色素和光合作用所需的酶③基質(zhì)：含光合作用所需的酶，及少量DNA、RNA和核糖體①內(nèi)、外膜：透明，利于光線透過4.功能：光合作用的場所二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用水綿是絲狀綠藻，真核生物每條水綿由許多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的長筒狀細(xì)胞連接而成。特點(diǎn)：葉綠體呈螺旋帶狀材料水綿+需氧細(xì)菌水綿+需氧細(xì)菌步驟將臨時(shí)裝片放在沒有空氣的黑暗小室中，用極細(xì)光束照射水綿。觀察需氧細(xì)菌的分布。將臨時(shí)裝片放在光下，觀察需氧細(xì)菌的分布。示意圖現(xiàn)象結(jié)論三、葉綠體的功能

恩格爾曼第一個(gè)實(shí)驗(yàn)無空氣

黑暗無空氣

完全曝光需氧細(xì)菌集中在葉綠體被光束照射的部位，在未被光束照射的部位分布較少需氧細(xì)菌分布在葉綠體所有受光部位葉綠體能吸收光能用于光合作用O2是葉綠體進(jìn)行光合作用釋放出來的葉綠體能吸收光能用于光合作用O2是葉綠體進(jìn)行光合作用釋放出來的無空氣

黑暗思考：該實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置對照組嗎？答：不需要，實(shí)驗(yàn)一中葉綠體可分為光照多和光照少的部位（相當(dāng)于對比實(shí)驗(yàn)）恩格爾曼第二個(gè)實(shí)驗(yàn)用透過三棱鏡的光照射水綿臨時(shí)裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細(xì)菌聚集在

。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：葉綠體主要吸收紅光和藍(lán)紫光用于光合作用釋放氧氣紅光區(qū)和藍(lán)紫光區(qū)恩格爾曼