《捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)》素材

《捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)》素材［教材優(yōu)化全析］葡萄糖是細(xì)胞生命活動所需的主要能源物質(zhì)，常被形容為“生命的燃料”，淀粉是植物細(xì)胞內(nèi)的儲能物質(zhì)，糖元是人和動物細(xì)胞內(nèi)的儲能物質(zhì)，脂肪是生物細(xì)胞內(nèi)良好的儲能物質(zhì)。不論是糖類還是脂肪等有機(jī)物都是含有能量的物質(zhì)，這些能源都可以提供給生命活動利用。但是這些能源的最終來源是太陽光能。太陽光能通過綠色植物的光合作用轉(zhuǎn)化成了有機(jī)物中儲存的化學(xué)能。綠色植物要進(jìn)行光合作用，首先要捕獲光能。一、捕獲光能的色素實驗——綠葉中色素的提取和分離。全析提示注意生物細(xì)胞內(nèi)的各種儲能物質(zhì)有哪些。1.實驗原理：無水乙醇能溶解綠葉中的色素，利用無水乙醇提取色素。綠葉中的各種色素都能溶解于層析液中，但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(kuò)散得快，反之則慢。這樣，各種色素會隨層析液在濾紙上的擴(kuò)散而分離開。2.實驗?zāi)康模海?）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。無水乙醇是有機(jī)溶劑，能溶解成分是有機(jī)物色素。也可以用丙酮來提取綠葉中的色素。3.實驗程序：要點提煉裁取定性濾紙時，盡量注意雙手不要接觸紙面，以免手上的油脂或其他臟物污染濾紙。重復(fù)畫的目的是積累較多的色素量。4.實驗關(guān)鍵：①選材時應(yīng)注意選擇鮮嫩、色濃綠、無漿汁的葉片，如菠菜葉、棉花葉、洋槐葉等。②畫濾液細(xì)線時，應(yīng)以細(xì)、直、顏色濃綠為標(biāo)準(zhǔn)。③層析時不要讓濾液細(xì)線觸及層析液。重點點撥：（1）剪碎葉片之前要先把葉片的葉柄和較粗的葉脈剪去，以防影響研磨。（2）無水乙醇易揮發(fā)，因此在研缽中加入10mL無水乙醇后，要迅速充分研磨。（3）研磨過程中加入二氧化硅是為了研磨充分，加入碳酸鈣是為了防止研磨過程中色素被破壞。（4）過濾后的濾液收集到試管中要及時用棉塞塞嚴(yán)，這也是為了防止無水乙醇的揮發(fā)。（5）制備濾紙條時，在一端剪去兩角的目的是為了防止色素隨層析液在濾紙條兩側(cè)的擴(kuò)散速度過快。（6）濾液細(xì)線要畫得細(xì)而齊。為了達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)，要求用的毛細(xì)吸管的管口要細(xì)要齊，畫線時用力要均勻，速度要適中。

（7）將濾紙條插入試管內(nèi)的層析液中時，不要讓層析液沒及濾液細(xì)線，防止色素被層析液漂散。特別注意：因?qū)游鲆褐泻幸讚]發(fā)的有毒物質(zhì)，層析時要用棉塞把試管口塞緊，還要在通風(fēng)條件下進(jìn)行實驗，實驗結(jié)束后還要用肥皂將手洗凈。實驗結(jié)果聚焦：如下圖說明：四種色素中，含量最多的是③葉綠素a，色素帶最寬的也是③葉綠素a；含量最少（色素帶最窄）的是①胡蘿卜素；擴(kuò)散速度最快的也是①胡蘿卜素，擴(kuò)散速度最慢的是④葉綠素b；相鄰兩條色素帶之間距離最遠(yuǎn)的是①胡蘿卜素和②葉黃素，最近的是③葉綠素a和④葉綠素b。全析提示如果不剪去兩角，層析液在濾紙條兩側(cè)擴(kuò)散快，中間擴(kuò)散慢，結(jié)果色素帶就呈向上彎曲的弧形，不利于分析比較。思維拓展色素帶的寬窄和位置能說明綠葉中色素的含量多少和相對分子量大小。相對分子量大的在層析液中的溶解度就小，在濾紙條上擴(kuò)散速度就慢。項目色素顏色吸收光譜定性濾紙上顯現(xiàn)的色素層析圖譜葉綠素葉綠素a藍(lán)綠色藍(lán)紫光紅橙光位于中下層，呈藍(lán)綠色葉綠素b黃綠色藍(lán)紫光紅橙光位于最下層，呈黃綠色類胡蘿卜素胡蘿卜素橙黃色藍(lán)紫光位于最上層，呈橙黃色葉黃素黃色藍(lán)紫光位于中上層，呈黃色思維拓展：葉綠素溶液在透射光下呈綠色，而在反射光下呈紅色（葉綠素a為血紅色，葉綠素b為棕紅色），這種現(xiàn)象叫熒光現(xiàn)象。為什么有這種現(xiàn)象呢?因為光波是一種電磁波，各種電磁波的波長不同，對光合作用有效的可見光的波長在400~700nm之間。光同時又是運動著的粒子流，這些粒子叫光子。每個光子所具有的能量叫光量子或量子。量子的數(shù)值和光的波長成反比，所以長光波（如紅光）的量子比短光波（如藍(lán)紫光）的量子能量少。當(dāng)葉綠素分子吸收量子后，就由穩(wěn)定的、最低能量的基態(tài)提高到一個不穩(wěn)定的、高能狀態(tài)的激發(fā)態(tài)。由于激發(fā)態(tài)極不穩(wěn)定，發(fā)射光波，消失能量，迅速由激發(fā)態(tài)降回到基態(tài)。這時發(fā)射的光波就稱為熒光。熒光的壽命很短，10－8~10－9秒。因為葉綠素分子吸收的光能有一部分消耗于分子內(nèi)部振動上，輻射出的能量就小，根據(jù)波長與光子能量成反比的規(guī)律，因此反射出的波長比入射光的波長要長一些。所以葉綠素溶液在入射光下呈綠色，而在反射光下呈紅色。全析提示色素吸收的不同光（藍(lán)紫光和紅橙光）都可用于光合作用。按照光反應(yīng)定律可知，每吸收一個量子則會使一個反應(yīng)物分子激發(fā)。問題提示：（課本P99）要點提煉綠葉中的葉綠素a和b吸收紅橙光和藍(lán)紫光，類胡蘿卜素吸收藍(lán)紫光。二、葉綠體的結(jié)構(gòu)1.顯微結(jié)構(gòu)：扁平的橢球形或球形2.亞顯微結(jié)構(gòu)：下圖為葉綠體的亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖：在光原顯微鏡下看到的結(jié)構(gòu)叫顯微結(jié)構(gòu)。在電子顯微鏡下看到的結(jié)構(gòu)叫亞顯微結(jié)構(gòu)。要點點撥吸收光能的四種色素就分布在類囊體的薄膜上。要點提示：①葉綠體是由德國植物學(xué)家薩克斯在1865年發(fā)現(xiàn)的。②葉綠體基粒的類囊體從2個到100個以上不等，極大擴(kuò)展了受光面積。③葉綠體在細(xì)胞中不是靜止不動的。在不同的光照條件下可以運動，改變橢球體的方向，這樣既能接受較多的光照，又不至于被強(qiáng)光灼傷。思維拓展與光合作用有關(guān)的酶分布在類囊體膜上和基質(zhì)中。三、葉綠體的功能葉綠體的形態(tài)和分布都有利于接受光照，完成光合作用。結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)。思維拓展：①葉綠體中的葉綠素a和葉綠素b不溶于水，但易溶解于酒精、丙酮、石油醚等有機(jī)溶劑中。葉綠素a（C55H72O5N4Mg）呈藍(lán)綠色，葉綠素b（C55H70O6N4Mg）呈黃綠色，葉綠素吸收光的能力極強(qiáng)。如果把葉綠素溶液放在光源與分光鏡之間，可以看到光譜中有些波長的光線被吸收了。因此在光譜上就出現(xiàn)了黑線或暗帶，這種光譜叫吸收光譜。葉綠素吸收光譜的最強(qiáng)區(qū)有兩個：一個是在波長為640~660納米的紅橙光部分，另一個在波長為430~450納米的藍(lán)紫光部分。對其他光吸收較少，其中對綠光吸收最少，由于葉綠素吸收綠光最少，所以葉綠素的溶液呈現(xiàn)綠色。我們看到的顏色是反射光，不反射的光大多被吸收，色素吸收的光能都能直接或間接地用于光合作用。葉綠體中的類胡蘿卜素包括胡蘿卜素（C40H56）和葉黃素（C40H56O2），兩種在顏色上分別是橙黃色和黃色，其功能主要是吸收藍(lán)紫光。除此之外，還有保護(hù)葉綠素，防止強(qiáng)烈光照傷害葉綠素的功能。②植物葉子呈現(xiàn)的顏色是葉子各種色素的綜合表現(xiàn)。其中主要是綠色的葉綠素和黃色的類胡蘿卜素之間的比例。一般來說，正常葉子的葉綠素和類胡蘿卜素的分子比例約為3∶1，葉綠素a和葉綠素b也約為3∶1，葉黃素和胡蘿卜素約為2∶1。因為葉綠素比黃色的類胡蘿卜素多，所以正常的葉子都是呈綠色。秋