第5章細胞的能量供應和利用

炎炎烈日之下，巖石變得很燙，這是因為照射在巖石上的光能轉變成熱能，而組成巖石的分子并未發生化學變化。巖石旁邊的植物同樣遭到暴曬，卻并未變得發燙。是不是植物不吸收光能呢？當然不是。植物的葉片不但能吸收光能，而且能通過光合作用，將一部分光能轉變成儲存在有機物中的化學能。

細胞的生命活動是需要能量來驅動的。太陽能是幾乎所有生命系統中能量的最終源頭。外界能量進入細胞，并為細胞所利用，都要經過復雜的化學反應。

細胞是如何通過化學反應來獲取和利用能量的呢？

第4節光合作用與能量轉化(第1課時)目標010203進行綠葉中色素的提取和分離。簡述綠葉中色素的種類及功能。教學目標運用結構與功能相適應的觀念，解釋葉綠體適于進行光合作用的結構特點。

你參觀或聽說過植物工廠嗎？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液成分等條件下，生產蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依賴LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色和白色的光源。1.靠人工光源生產蔬菜有什么好處？

可以避免由于自然環境中光照強度不足導致光合作用強度低而造成的減產。

同時，人工光源的強度和不同色光是可以調控的，可以根據植物生長的情況進行

調節，以使蔬菜產量達到最大。植物工廠問題探討討論：

你參觀或聽說過植物工廠嗎？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液成分等條件下，生產蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依賴LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色和白色的光源。1.為什么要控制二氧化碳濃度、營養液成分和溫度等條件？植物工廠問題探討討論：

影響光合作用的因素很多，既有植物自身條件也有外界條件，二氧化碳濃度，營養液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。光合作用是唯一能夠捕獲和轉化光能的生物學途徑。植物通過什么物質捕獲并轉化光能呢？在植物工廠里，人工光源可以為植物的生長源源不斷地提供能量。在自然界，則是萬物生長靠太陽。

一捕獲光能的色素和結構白化苗由于不能形成葉綠素，無法進行光合作用，待種子中貯存的養分耗盡就會死亡。一、捕獲光能的色素和結構正常玉米植株（綠色）葉片中含綠色的色素白化玉米植株（白色）葉片不含綠色的色素這說明光合作用需要色素去捕獲光能。（一）捕獲光能的色素請自主閱讀課本P98，完成以下問題。1.色素提取和分離的原理和方法是什么？2.研磨過程中加入無水乙醇、SiO2、CaCO3的作用是什么？3.將濾液收集到試管中后，為什么要用棉塞將試管口塞嚴？4.濾紙條一端為什么要剪去兩角？5.畫濾液細線時為什么要細直勻？干燥后為什么要重復畫1-2次？6.為什么不能讓濾液細線觸及層析液？探究·實踐綠葉中色素的提取和分離提取色素綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中。分離色素1、實驗原理原理：方法：用無水乙醇提取色素。原理：方法：綠葉中不同的色素在層析液中的溶解度不同。溶解

度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢。紙層析法(讓綠葉中的色素隨著層析液在濾紙上擴散而分開)探究·實踐綠葉中色素的提取和分離色素含量高3、實驗材料：2、目的要求:①進行綠葉中色素的提取和分離

②探究綠葉中含有幾種色素新鮮的綠葉（如菠菜的綠葉）剪碎加藥品研磨過濾無水乙醇：溶解色素二氧化硅：有助于研磨得充分碳酸鈣：防止研磨中色素被破壞防止溶劑揮發，使更多色素溶解在無水乙醇中迅速、充分：單層尼龍布：（不用濾紙）試管口用棉塞塞嚴：①提取綠葉中的色素防止無水乙醇揮發防止色素吸附在濾紙上，導致濾液中色素含量降低。4、方法步驟：探究·實踐綠葉中色素的提取和分離1cm

將干燥的定性濾紙剪成寬度略小于試管直徑、長度略小于試管長度的濾紙條，再將濾紙條一端剪去兩角，并在距這一端底部1cm處用鉛筆畫一條細的橫線；防止層析液在濾紙條的邊緣擴散過快而使形成的色素帶不整齊②制備濾紙條剪去兩角的原因？探究·實踐綠葉中色素的提取和分離4、方法步驟：要求（1）濾液細線要細、直、齊。

（2）干燥后重復1—2次

用毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫出一條細線（也可將濾液倒入培養皿，再用蓋玻片蘸取濾液，在橫線處按壓出均勻的細線）。待濾液干后，再重畫一到兩次；防止色素帶重疊而影響分離效果增加色素量，使分離出的色素帶清晰濾液細線畫濾液細線③畫濾液細線探究·實踐綠葉中色素的提取和分離4、方法步驟：

要求：1、層析液不能沒及濾液細線：插濾紙條層析液培養皿2、試管口用棉塞塞緊（培養皿加蓋）：防止色素溶解于層析液中而不能在濾紙上擴散防止層析液揮發，因其易揮發且有毒④分離綠葉中的色素石油醚、丙酮和苯的混合液探究·實踐綠葉中色素的提取和分離4、方法步驟：探究·實踐綠葉中色素的提取和分離

⑤觀察與記錄色素種類色素顏色色素含量溶解度擴散速度最少較少最多較多最高較高較低最低最快較快較慢最慢胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b黃色藍綠色黃綠色橙黃色探究·實踐綠葉中色素的提取和分離4、方法步驟：胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b色素含量擴散速度實驗結果的其他表示方法探究·實踐綠葉中色素的提取和分離濾液

葉綠體中色素的提取與分離實驗的誤差分析葉綠素類胡蘿卜素（3/4）（1/4）葉綠素a（藍綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）綠葉中的色素一、捕獲光能的色素和結構（一）捕獲光能的色素1、綠葉中色素的種類1.下列有關“綠葉中色素的提取和分離”實驗的敘述，正確的是（

）

A.加入碳酸鈣可防止濾液揮發

B.用NaCl溶液提取葉片中的色素

C.用無水乙醇分離濾液中的色素

D.加入二氧化硅（石英砂）有利于充分研磨隨堂練習D2.在“綠葉中色素的提取和分離”實驗中得到的色素帶部分或全部顏色

較淺，分析其原因可能是（）

①加入的提取液太多

②用體積分數為95%的乙醇加入無水碳酸鈉代替無水乙醇

③研磨時沒有加入碳酸鈣

④研磨時沒有加入二氧化硅

⑤取的葉片葉脈過多，葉肉細胞過少

⑥畫濾液細線的次數少

⑦使用放置數天的菠菜葉A.①③⑦

B．②④⑤

C．①③④⑤⑥⑦

D．②③④⑤⑥隨堂練習CA.①②③④ B.②④①③ C.④②③① D.③②①④3.在做提取和分離葉綠體中的光合色素實驗時，甲、乙、丙、丁四位同學

對相關試劑的使用情況如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使

用，其余操作均正常，他們所得的實驗結果依次應為()試劑甲乙丙丁無水乙醇－＋＋＋CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－隨堂練習B4.下圖所示“葉綠體中色素的提取和分離”實驗的裝置正確的是()隨堂練習B光譜：陽光是由不同波長的光組合成的復合光，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；自然光通過三棱鏡自然光經過色素提取液后通過三棱鏡現象：光屏出現明顯的色光帶現象：某些顏色的光由于被色素吸收而導致色光帶變暗。（一）捕獲光能的色素2、色素的吸收光譜一、捕獲光能的色素和結構一、捕獲光能的色素和結構葉綠素溶液葉綠素主要吸收紅光和藍紫光類胡蘿卜素主要吸收藍紫光類胡蘿卜素溶液（一）捕獲光能的色素2、色素的吸收光譜光是一種電磁波?？梢姽獾牟ㄩL是400-760nm。不同波長的光，顏色不同。波長小于400nm的光是紫外光，波長大于760nm的光是紅外光。一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光。分別讓不同顏色的光照射色素溶液，就可以得到色素溶液的吸收光譜。結論：一般情況下，光合作用吸收的光是可見光。葉綠素主要吸收

藍紫光和紅光；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。一、捕獲光能的色素和結構（一）捕獲光能的色素2、色素的吸收光譜1.春天和夏天植物的葉為什么呈綠色？

葉綠體中葉綠素的含量多，且色素對綠光吸收量最少，綠光被反射出來，所以呈綠色。3.大棚種植蔬菜時，選擇什么顏色的塑料薄膜最好？無色2、秋季為什么變黃了？

秋季，葉片的葉綠素分子在低溫下被破壞，而類胡蘿卜素較穩定，所以顯出類胡蘿卜素的顏色。

植物工廠中利用的人工光源主要是紅色、藍色和白色的光源，為什么不用發綠光的光源？因為綠光不能被光合色素吸收。

請自主閱讀課本P100-101頁，完成以下問題。1.這些色素存在于細胞中什么部位呢？2.為什么葉綠體結構適于進行光合作用？3.葉綠體除吸收光能外，還有什么功能呢？一、捕獲光能的色素和結構（二）葉綠體的結構適于進行光合作用①在葉綠體內部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的色素分子。②在類囊體膜上和葉綠體基質中，還有許多進行光合作用所必需的酶。色素酶1.光合作用的場所：葉綠體類囊體的薄膜上2.光合色素的分布：3.葉綠體結構適于進行光合作用（二）葉綠體的結構適于進行光合作用類囊體

葉綠體除吸收光能外，還有什么功能呢？一、捕獲光能的色素和結構水綿需氧細菌極細光束照射完全曝光無空氣、黑暗

需氧細菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中需氧細菌分布在葉綠體所有受光的部位恩格爾曼的實驗（一）1、恩格爾曼此實驗的結論是什么？恩格爾曼的實驗示意圖黑暗條件下極細光束照射完全曝光氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。思考·討論葉綠體的功能討論設計：

選材：水綿：

需氧細菌：無空氣的黑暗環境：極細光束照射：2、恩格爾曼在選材、實驗設計上有什么巧妙之處？排除了氧氣和光的干擾。葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察?？纱_定釋放氧氣多的部位。再一次驗證了實驗結果。

葉綠體上分為光照多和光照少的部位，相當于對比實驗。臨時裝片暴露在光下：恩格爾曼的實驗（一）思考·討論葉綠體的功能

用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發現大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域。

這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于需氧細菌在此區域分布。3、大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域，為什么？4、綜合上述資料，你認為葉綠體具有什么功能？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。恩格爾曼的實驗（二）思考·討論葉綠體的功能練習與應用.

1.水和無機鹽是細胞的重要組成成分。判斷下列相關表述是否正確。（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綠色，是因為葉片中的葉綠體吸收了綠光（

）一、概念檢測×√×.

2.下列關于高等植物細胞內色素的敘述，錯誤的是

（

）A.所有植物細胞中都含有4種色素B.有些植物細胞的液泡中也含有色素C.葉綠素和類胡蘿卜素都可以吸收光能D.植物細胞內的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類A一、概念檢測.

二、拓展應用1.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。這種現象與光能的捕獲有關嗎？有關，不同顏色的藻類吸收不同波長的光。藻類本身的顏色是反射出來的光，即紅藻反射出了紅光，綠藻反射出綠光，褐藻反射