1、课标要求1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能2.活动：提取和分离叶绿体色素；第三单元 第4讲 光合作用与能量转化1.绿叶中色素提取和分离实验的实验原理分别是什么？2.色素提取实验中使用SiO2 和CacO3 的目的是什么？3.分离色素的方法？注意事项？3.色素滤纸条上的位置分布（由上到下）是什么样的？这样的分布说明什么?4.绿叶中色素的种类和含量？分别吸收的光谱是什么？波长范围？5.叶绿体的哪些结构适于进行光合作用？并说明原因？6.恩格尔曼的两个实验是如何做的？实验结论是什么？内容聚焦绿叶中色素的提取和分离提取原
2、理分离原理叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇(也可以用丙酮代替，但是丙酮有毒，注意采取措施）中。绿叶中的色素不只一种，它们都能溶解在层析液中。然而，它们在层析液中的溶解度不同；溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。SiO2无水乙醇CaCO3尼龙布纸层析法层析液滤纸条滤液细线一、绿叶中色素的提取和分离1.实验原理2.实验步骤提取色素制备滤纸条画滤液细线分离色素研磨过滤收集滤液单层尼龙布单层尼龙布干燥滤纸剪滤纸条铅笔画线吸取滤液画线重复画线细、直、齐：使分离的色素带平整、不重叠积累更多的色素，使分离出的色素带清晰。不能让滤液细线触及层析液：防止色素溶解在层析液中，导致观察不到色素带棉
3、塞和培养皿是防止层析液中的棉塞和培养皿是防止层析液中的成分挥发成分挥发(因为丙酮、苯等有毒因为丙酮、苯等有毒)一、绿叶中色素的提取和分离过程过程注意事项注意事项操作目的操作目的提提取取色色素素1 1选鲜嫩、深绿色的叶片选鲜嫩、深绿色的叶片2 2研磨时加无水乙醇研磨时加无水乙醇3 3加少量加少量SiOSiO2 2和和CaCOCaCO3 34 4迅速、充分研磨迅速、充分研磨5 5盛滤液的试管管口加棉塞盛滤液的试管管口加棉塞分分离离色色素素1 1滤纸预先干燥处理滤纸预先干燥处理2 2滤液细线：直、细、均匀滤液细线：直、细、均匀3 3滤液细线干燥后重复画一两次滤液细线干燥后重复画一两次4 4滤液细线不
4、触及层析液滤液细线不触及层析液使滤液中色素含量高使滤液中色素含量高溶解叶绿体中的色素溶解叶绿体中的色素研磨充分和保护叶绿素研磨充分和保护叶绿素防止乙醇蒸发，并充分溶解色素防止乙醇蒸发，并充分溶解色素防止乙醇挥发和色素氧化防止乙醇挥发和色素氧化使层析液在滤纸上扩散速度快使层析液在滤纸上扩散速度快使分离的色素带平整、不重叠使分离的色素带平整、不重叠使分离的色素带清晰分明使分离的色素带清晰分明防止色素直接溶解到层析液中防止色素直接溶解到层析液中3.实验中的注意事项和操作目的归纳一、绿叶中色素的提取和分离一、绿叶中色素的提取和分离4.实验结果光合色素功能：吸收、传递（四种色素）、转化光能（只有少数特殊
5、状态的叶绿素a）A.收集到的滤液绿色过浅的原因分析 未加石英砂未加石英砂(二氧化硅二氧化硅)，研磨不充分。，研磨不充分。使用放置数天的菠菜叶，滤液色素使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素叶绿素)太少。太少。一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低 未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。B.滤纸条色素带重叠：没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。C.滤纸条看不到色素带 忘记画滤液细线。忘记画滤液细线。滤液细线接触到层析液，且时间较长，色
6、素全部溶解到层析液中。滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。D.滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶黄叶”。5.实验异常结果分析一、绿叶中色素的提取和分离二、叶绿体中色素的吸收光谱分析A.A.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光叶绿素主要吸收红光和蓝紫光B.B.叶绿素叶绿素a a和叶绿素和叶绿素b b的吸收峰值的吸收峰值不同不同C.C.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光不吸收红光D.D.叶绿体中的色素只吸收可见光，叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。而
7、对红外光和紫外光等不吸收。温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？叶片呈绿色的原因？秋天叶片变黄的原因？枫叶秋天变红色的原因？比较项目光合色素细胞液色素存在部位叶绿体叶绿体液泡液泡溶解性脂溶性脂溶性水溶性水溶性代表种类类胡萝卜素和叶绿素类胡萝卜素和叶绿素花青素花青素颜色橙黄、黄、绿橙黄、黄、绿红、蓝、紫红、蓝、紫颜色变化不随不随pHpH改变变化颜色改变变化颜色随随pHpH改变变化颜色改变变化颜色红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。归纳提升植物色素归纳提升影响叶绿素合成因素的分析影响叶绿素合成因素的分析三、叶绿体的结
8、构适于进行光合作用叶绿体类囊体堆叠成叶绿体类囊体堆叠成基粒，增大了叶绿体膜基粒，增大了叶绿体膜的表面积的表面积叶绿体叶绿体内部巨大的膜内部巨大的膜表面上，分布着大量光表面上，分布着大量光合色素合色素类囊体类囊体膜上和叶绿体膜上和叶绿体基质中，有许多与光合基质中，有许多与光合作用有关的酶作用有关的酶恩格尔曼的第一个实验好氧细菌水绵好氧细菌恩格尔曼的第二个实验恩格尔曼的第二个实验恩格尔曼第一个实验结论是什么？氧气是由叶绿体在光照条件下释放出来的，氧气是由叶绿体在光照条件下释放出来的，叶绿体是光合作用的场所叶绿体是光合作用的场所恩格尔曼第二个实验结论是什么？a:a:叶绿体能吸收光能用于光合作用放叶绿
9、体能吸收光能用于光合作用放o o2 2b:b:叶绿体主要吸收蓝紫光和红光。叶绿体主要吸收蓝紫光和红光。三、叶绿体的结构适于进行光合作用三、叶绿体的结构适于进行光合作用氧气 氧气 光 有光照 无光照 2(2021潍坊检测潍坊检测)如图表示叶如图表示叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。下面绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。下面说法正确的是说法正确的是()指绿色植物通过指绿色植物通过叶绿体叶绿体，利用，利用光能光能，把二，把二氧化碳氧化碳和和水水转化成储存着能量转化成储存着能量的的有机物有机物，并且释放出，并且释放出氧气氧气的过程。的过程。CO2 +H2O （CH2O)+O2光能叶绿体 叶绿体是如何将光能转化为
10、化学能？又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？光合作用的原理19世纪末科学界普遍认为，在光合作用中，科学界普遍认为，在光合作用中，COCO2 2分子的分子的C C和和O O被分开被分开，O O2 2被被释放，释放，C C与与H H2 2O O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖1928年科学家发现科学家发现甲醛甲醛对植物有对植物有毒害毒害作用，且甲醛作用，且甲醛不能不能通过光合作用转化成通过光合作用转化成糖糖1937年希尔在在离体离体叶绿体的悬浮液中加入叶绿体的悬浮液中加入铁盐铁盐或其他氧化剂或其他氧化剂(悬浮液
11、中有悬浮液中有H H2 2O O，没，没有有COCO2 2)，在光照下可以释放，在光照下可以释放出出氧气氧气 1941年鲁宾、卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，HOHOCOCO2 2植植物物1818O O2 2，H H2 2O OC C1818O O2 2植物植物OO2 2，得出光合作用释放的氧全部来自，得出光合作用释放的氧全部来自水水 1954年阿尔农 在光照下，叶绿体可合在光照下，叶绿体可合成成ATPATP，这一过程总是这一过程总是与与水的光解水的光解相相伴随伴随20世纪40年代卡尔文用用小球藻通过同位素小球藻通过同位素研究
12、光合作用的暗反应。发现了研究光合作用的暗反应。发现了C C3 3等一系列中间等一系列中间产物，阐明了暗反应阶段的反应过程产物，阐明了暗反应阶段的反应过程卡尔文循环。卡尔文循环。一、探索光合作用原理的部分实验资料1：1937年，英国植物学家希尔将植物细胞破碎，获得离体叶绿体。发现，在光照下，在离体叶绿体的悬浮液中加入足量的铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），离体叶绿体虽然不能合成有机物，但Fe3+被还原为Fe2+，同时离体的叶绿体释放出O2。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？能，因为
13、悬浮液中没有能，因为悬浮液中没有COCO2 2，糖类合成时需要，糖类合成时需要COCO2 2中的碳元素。中的碳元素。希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全都来自水？不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。一、探索光合作用原理的部分实验资料2：1941年，为了确定光合作用释放的O2的来源，美国科学家鲁宾和卡门用18O作为标记物，制备出H218O和C18O2。资料3：1954年，美国科学家阿尔农（D.Arnon）发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。同位素标记方法对比实验的方法鲁宾和卡门的实验说明
14、？一、探索光合作用原理的部分实验植物光合作用产生的氧气中全部都来自水。资料4：20世纪50年代，美国生物化学家卡尔文开始用小球藻悬液研究光合作用的暗反应。卡尔文给小球藻提供持续的光照和CO2，一段时间后，加入放射性同位素标记的14CO2，在不同时段（间隔3s、5s、10s等）内将细胞悬液迅速倾入煮沸的乙醇中以杀死细胞，使酶失活。最后，使用双相纸电泳和放射自显影分离等方法分析产物，发现了C3等一系列中间产物，最终阐明了暗反应阶段的反应过程卡尔文循环。注意：注意：C C3 3是指是指3-3-磷酸甘油酸；磷酸甘油酸；C C5 5是指是指RuBPRuBP一、探索光合作用原理的部分实验14CO2 14C
15、3（14CH2O）光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。对位练习光照时间0分离出的放射性化合物无 C暗反应CO2的固定：C3的还原：C5的再生：被还原的C3 C5C5+CO2 2 C3NADPH NADP+ATP ADP+Pi被还原的被还原的C C3 3C3糖H2O 1/2 O2+2+2e-光能光能ADPPi 能量能量 ATP酶酶水的光解：ATP的合成：光反应NADPH的形成：NADP +2+2e-NADPH酶酶二、光合作用的过程光反应与暗反应的联系：光反应为暗反应提供NADPH、ATP；暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi；没有光
16、反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成。光能活跃的化学能(ATP、NADPH)有机物中稳定的化学能【注意】【注意】(1)(1)不是所有过程都需要酶不是所有过程都需要酶的催化，色素吸收光能不需的催化，色素吸收光能不需要酶的催化。要酶的催化。(2)(2)NADPH的作用：作为：作为暗反应的还原剂；储备部分暗反应的还原剂；储备部分能量供暗反应利用能量供暗反应利用(3)(3)光反应产生的光反应产生的ATP只用只用于叶绿体中于叶绿体中C3的还原等叶绿体内的生命活动。二、光合作用的过程光合作用反应式及元素去向分析6CO6CO2 2+12H+12H2 2O O光能光能叶绿体叶绿体C C6 6H H1212O O6 6+6H+6H2 2O+6OO+6O2 2二、光合作用的过程产物是葡萄糖产物是有机物二、光合作用的过程环境改变时各物质含量变化图图1中中曲线甲表示曲线甲表示C3，曲线乙表示曲线乙表示C5、NADPH、ATP。图图2中曲线中曲线甲表示甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示曲线乙表示C3。图图3中曲中曲线甲表示线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示曲线乙表示C3。图图4中曲中曲线甲表示线甲表示C3，曲线乙表示曲线乙表示C5、NADPH、ATP。光合作用概念模型示意图二、光合作用的过程
