师：今天我们一起来学习光合作用与能量转换。首先复习一下细胞的能量与利用相关内容。我们已经学习了细胞代谢的概念，什么是细胞代谢呢？细胞代谢指的是细胞内所有的化学反应。细胞中这些化学反应能在体内温和条件下高效进行，离不开什么的作用呢？对，离不开酶的催化作用。所有细胞的代谢过程都需要能量驱动，细胞中能量的直接供能者是谁？是ATP，因此ATP中的化学能直接驱动了细胞的代谢。

　　ATP中的化学能来自哪里呢？很好，来自有机物中的化学能，而有机物中的化学能追根究底，又来自于光能。在这个过程中，光能是如何转变为有机物中的化学能，有机物中的化学能又是如何转换成ATP中的化学能的呢？这里涉及两个生理过程，光合作用可以将光能转变成有机物中的化学能，呼吸作用则是将有机物中的化学能转换成ATP中的化学能，这两个生理过程的进行全都离不开酶的催化作用。

　　从这张概念图可以看到，所有生物的细胞代谢过程都需要能量参与，能量的最终来源是光能。太阳光能的输入、捕获和转化是生物圈得以维持运转的基础。人类虽不能直接利用光能，但可以通过一系列设备将光能转变为电能，比如利用太阳能发电系统设备捕获光能并转化为电能供人类使用。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径，植物捕获和转化光能需要什么样的物质和结构呢？它是如何将光能转变成有机物中的化学能呢？今天我们就来学习光合作用与能量转换的第一章节，捕获光能的色素和结构。

　　根据已有知识，高等植物的叶片是进行光合作用的主要器官，多数叶片是绿色的，说明其中含有绿色色素。在玉米田中偶尔可见不含绿色色素的幼苗，我们称之为白化苗。玉米的白化苗往往因不能光合作用而过早死亡，由此可说明叶片中的绿色色素可能和光能的捕获有关。那么绿叶中究竟有哪些色素呢？我们可以通过下面的实验来探究。

　　本次实验分为色素的提取和色素的分离两个过程。先来看色素提取的实验原理，绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可以用无水乙醇来提取绿叶中的色素。分离色素时，我们使用纸层析法，原理是各种色素都能溶解在层析液中，且溶解度不同，溶解度越大，色素扩散速度越快，溶解度越小，扩散速度越慢。接下来通过一个视频了解实验的基本操作过程和相关注意事项。

　　先看实验的第一个过程，色素的提取。

　　实验材料用具包括新鲜的菠菜叶、二氧化硅、碳酸钙、无水乙醇、层析液、药匙、干燥的定性滤纸、研钵、培养皿、尼龙布、铅笔、镊子、剪刀、量筒、烧杯、试管、棉塞、毛细吸管、铁架台、玻璃漏斗、天平称。取5克菠菜叶，剪去主叶脉，剪碎放入研钵中，向研钵中加入少许二氧化硅和碳酸钙，二氧化硅可以使叶片研磨得更充分，碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏，最后再加入5 - 10毫升无水乙醇，迅速充分地进行研磨。在漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗进行过滤，将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。

　　从刚才的视频中了解了色素提取的基本流程。实验一开始，由于色素存在于细胞中，要将色素提取出来，首先得破碎细胞释放色素，这里选用的方式是研磨。在研磨过程中要加入新鲜的菠菜叶、二氧化硅、碳酸钙以及无水乙醇。加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇的目的分别是什么呢？加入二氧化硅有助于充分研磨，那为什么要加入碳酸钙呢？其实细胞中存在一些酸性物质，比如液泡中就有，叶绿体中的色素容易被酸性物质破坏，研磨过程中，细胞结构被破坏，会导致色素与酸性物质接触，使得色素有可能被酸性物质破坏，这里的色素主要指叶绿素。因此碳酸钙的加入可以与酸性物质中和，起到保护叶绿素的作用。而加入无水乙醇是因为无水乙醇是提取剂，色素可以溶解在无水乙醇中。

　　这里需要同学们注意，在加入无水乙醇的过程中，最好少量多次加入。将所有物质加入研钵中充分研磨后，我们需要进行过滤。过滤时，平时我们用滤纸，但在这个实验中，漏斗基部放置的是单层尼龙布或者脱脂棉。过滤后就能获得绿色滤液，将滤液放在试管中保存，要用棉塞及时将试管口封严，目的是防止无水乙醇挥发。至此，色素的提取已经完成。获得的滤液中色素可能不止一种，接下来就需要通过纸层析的方法将色素相互分离开来，这就是实验的第二个步骤，色素的分离。继续看视频观察色素分离的过程。

　　将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条，再将滤纸条一端剪去两角，并在距这一端底部一厘米处用铅笔画一条细的横线。用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，待滤液干后再重画一到两次。将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，随后用棉塞紧试管口。在本实验中，也可用小烧杯代替试管，将滤纸条插到圆形滤纸片的中央固定，并将画有细线的一端朝下轻轻插入层析液中，然后用培养皿盖住烧杯。

　　进行色素分离时，首先要制备滤纸条。制备滤纸条前，先将定性滤纸干燥，然后剪成长条状，宽度不得超过试管直径。再将滤纸条一端剪去两个角，并在这一端底部一厘米处用铅笔画一条细横线。用毛细吸管吸取少量刚才过滤获得的绿色滤液，沿铅笔线均匀画出一条细线。注意，滤液干透后要重复上述步骤一到两次。这里有两个注意事项，一是画的绿叶细线要求细、直、齐；二是多次划线的目的是为了积累更多色素，使色素分离效果更明显。将画好滤液细线的滤纸条插入层析液中，注意这里使用的层析液是石油醚或丙酮等物质，与色素提取时使用的提取液无水乙醇不同。滤纸条插入层析液时，层析液不能没及滤纸条细线，目的是防止色素溶解在层析液中，导致滤纸条上无法获得色素分离。层析时，可以用试管，也可以用烧杯代替。但无论是用试管还是烧杯，层析过程中，试管要加塞，烧杯要加盖，目的都是防止层析液挥发，因为层析液有一定毒性。

　　再来看实验结果的分析。滤纸条上色素的扩散和最终分布情况显示，滤纸条上出现了四条色素带，从上到下分别为橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色，其中蓝绿色的色带最宽。由此得出实验结论：一是色素在滤纸条上的不同分布说明四种色素在层析液中的溶解度不同，位置越往上，对应的色素在层析液中的溶解度越高；二是色素带的宽窄代表四种色素在绿叶中含量的多少，蓝绿色色带最宽，说明绿叶中叶绿素a的含量最多。

　　从刚才的视频中看到，最后在滤纸条上出现了四条颜色不同的色素带，最上方是橙黄色的胡萝卜素，第二条是黄色的叶黄素，第三条是蓝绿色的叶绿素a，第四条是黄绿色的叶绿素b。色素带的分布说明了什么问题呢？此时扩散最快的是胡萝卜素，所以胡萝卜素在层析液中的溶解度最高。条带最宽的是叶绿素a，条带的宽窄代表色素的含量，说明叶绿素a在四种色素中的含量最高。绿叶中的色素可以分为两大类，胡萝卜素和叶黄素可统称为类胡萝卜素，叶绿素a和叶绿素b可统称为叶绿素。其中类胡萝卜素占1/4，叶绿素占3/4。