《捕获光能的色素和结构》素材

《捕获光能的色素和结构》素材［教材优化全析］葡萄糖是细胞生命活动所需的主要能源物质，常被形容为“生命的燃料”，淀粉是植物细胞内的储能物质，糖元是人和动物细胞内的储能物质，脂肪是生物细胞内良好的储能物质。不论是糖类还是脂肪等有机物都是含有能量的物质，这些能源都可以提供给生命活动利用。但是这些能源的最终来源是太阳光能。太阳光能通过绿色植物的光合作用转化成了有机物中储存的化学能。绿色植物要进行光合作用，首先要捕获光能。一、捕获光能的色素实验——绿叶中色素的提取和分离。全析提示注意生物细胞内的各种储能物质有哪些。1.实验原理：无水乙醇能溶解绿叶中的色素，利用无水乙醇提取色素。绿叶中的各种色素都能溶解于层析液中，但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。这样，各种色素会随层析液在滤纸上的扩散而分离开。2.实验目的：（1）进行绿叶中色素的提取和分离。（2）探究绿叶中含有几种色素。无水乙醇是有机溶剂，能溶解成分是有机物色素。也可以用丙酮来提取绿叶中的色素。3.实验程序：要点提炼裁取定性滤纸时，尽量注意双手不要接触纸面，以免手上的油脂或其他脏物污染滤纸。重复画的目的是积累较多的色素量。4.实验关键：①选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿、无浆汁的叶片，如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等。②画滤液细线时，应以细、直、颜色浓绿为标准。③层析时不要让滤液细线触及层析液。重点点拨：（1）剪碎叶片之前要先把叶片的叶柄和较粗的叶脉剪去，以防影响研磨。（2）无水乙醇易挥发，因此在研钵中加入10mL无水乙醇后，要迅速充分研磨。（3）研磨过程中加入二氧化硅是为了研磨充分，加入碳酸钙是为了防止研磨过程中色素被破坏。（4）过滤后的滤液收集到试管中要及时用棉塞塞严，这也是为了防止无水乙醇的挥发。（5）制备滤纸条时，在一端剪去两角的目的是为了防止色素随层析液在滤纸条两侧的扩散速度过快。（6）滤液细线要画得细而齐。为了达到这个标准，要求用的毛细吸管的管口要细要齐，画线时用力要均匀，速度要适中。

（7）将滤纸条插入试管内的层析液中时，不要让层析液没及滤液细线，防止色素被层析液漂散。特别注意：因层析液中含有易挥发的有毒物质，层析时要用棉塞把试管口塞紧，还要在通风条件下进行实验，实验结束后还要用肥皂将手洗净。实验结果聚焦：如下图说明：四种色素中，含量最多的是③叶绿素a，色素带最宽的也是③叶绿素a；含量最少（色素带最窄）的是①胡萝卜素；扩散速度最快的也是①胡萝卜素，扩散速度最慢的是④叶绿素b；相邻两条色素带之间距离最远的是①胡萝卜素和②叶黄素，最近的是③叶绿素a和④叶绿素b。全析提示如果不剪去两角，层析液在滤纸条两侧扩散快，中间扩散慢，结果色素带就呈向上弯曲的弧形，不利于分析比较。思维拓展色素带的宽窄和位置能说明绿叶中色素的含量多少和相对分子量大小。相对分子量大的在层析液中的溶解度就小，在滤纸条上扩散速度就慢。项目色素颜色吸收光谱定性滤纸上显现的色素层析图谱叶绿素叶绿素a蓝绿色蓝紫光红橙光位于中下层，呈蓝绿色叶绿素b黄绿色蓝紫光红橙光位于最下层，呈黄绿色类胡萝卜素胡萝卜素橙黄色蓝紫光位于最上层，呈橙黄色叶黄素黄色蓝紫光位于中上层，呈黄色思维拓展：叶绿素溶液在透射光下呈绿色，而在反射光下呈红色（叶绿素a为血红色，叶绿素b为棕红色），这种现象叫荧光现象。为什么有这种现象呢?因为光波是一种电磁波，各种电磁波的波长不同，对光合作用有效的可见光的波长在400~700nm之间。光同时又是运动着的粒子流，这些粒子叫光子。每个光子所具有的能量叫光量子或量子。量子的数值和光的波长成反比，所以长光波（如红光）的量子比短光波（如蓝紫光）的量子能量少。当叶绿素分子吸收量子后，就由稳定的、最低能量的基态提高到一个不稳定的、高能状态的激发态。由于激发态极不稳定，发射光波，消失能量，迅速由激发态降回到基态。这时发射的光波就称为荧光。荧光的寿命很短，10－8~10－9秒。因为叶绿素分子吸收的光能有一部分消耗于分子内部振动上，辐射出的能量就小，根据波长与光子能量成反比的规律，因此反射出的波长比入射光的波长要长一些。所以叶绿素溶液在入射光下呈绿色，而在反射光下呈红色。全析提示色素吸收的不同光（蓝紫光和红橙光）都可用于光合作用。按照光反应定律可知，每吸收一个量子则会使一个反应物分子激发。问题提示：（课本P99）要点提炼绿叶中的叶绿素a和b吸收红橙光和蓝紫光，类胡萝卜素吸收蓝紫光。二、叶绿体的结构1.显微结构：扁平的椭球形或球形2.亚显微结构：下图为叶绿体的亚显微结构模式图：在光原显微镜下看到的结构叫显微结构。在电子显微镜下看到的结构叫亚显微结构。要点点拨吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上。要点提示：①叶绿体是由德国植物学家萨克斯在1865年发现的。②叶绿体基粒的类囊体从2个到100个以上不等，极大扩展了受光面积。③叶绿体在细胞中不是静止不动的。在不同的光照条件下可以运动，改变椭球体的方向，这样既能接受较多的光照，又不至于被强光灼伤。思维拓展与光合作用有关的酶分布在类囊体膜上和基质中。三、叶绿体的功能叶绿体的形态和分布都有利于接受光照，完成光合作用。结构和功能相适应。思维拓展：①叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b不溶于水，但易溶解于酒精、丙酮、石油醚等有机溶剂中。叶绿素a（C55H72O5N4Mg）呈蓝绿色，叶绿素b（C55H70O6N4Mg）呈黄绿色，叶绿素吸收光的能力极强。如果把叶绿素溶液放在光源与分光镜之间，可以看到光谱中有些波长的光线被吸收了。因此在光谱上就出现了黑线或暗带，这种光谱叫吸收光谱。叶绿素吸收光谱的最强区有两个：一个是在波长为640~660纳米的红橙光部分，另一个在波长为430~450纳米的蓝紫光部分。对其他光吸收较少，其中对绿光吸收最少，由于叶绿素吸收绿光最少，所以叶绿素的溶液呈现绿色。我们看到的颜色是反射光，不反射的光大多被吸收，色素吸收的光能都能直接或间接地用于光合作用。叶绿体中的类胡萝卜素包括胡萝卜素（C40H56）和叶黄素（C40H56O2），两种在颜色上分别是橙黄色和黄色，其功能主要是吸收蓝紫光。除此之外，还有保护叶绿素，防止强烈光照伤害叶绿素的功能。②植物叶子呈现的颜色是叶子各种色素的综合表现。其中主要是绿色的叶绿素和黄色的类胡萝卜素之间的比例。一般来说，正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的分子比例约为3∶1，叶绿素a和叶绿素b也约为3∶1，叶黄素和胡萝卜素约为2∶1。因为叶绿素比黄色的类胡萝卜素多，所以正常的叶子都是呈绿色。秋