生物人教版（2019）必修1-5.4.1 光合作用与能量转化 ——捕获光能的色素和结构 课件(共45张PPT)

(共45张PPT)
第四节 光合作用与能量转化
——捕获光能的色素和结构
叶子概念车
叶子概念车是一款能够充分利用太阳能、风能以及空气中的二氧化碳从而产生电能驱动的新能源汽车。车顶的大叶子是一个光电转化器，能把太阳能转化为电能。
你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
1、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
2、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
用人工光源可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。
影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。
问题探讨
捕获光能的色素和结构
正常苗
白化苗
能进行光合作用制造有机养料。
不能进行光合作用，无法制造有机养料。
证明：光合作用需要色素 有色素才能将光能转化为化学能
玉米中有时会出现白化苗。白化苗由于不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
一、捕获光能的色素
一、捕获光能的色素
追根溯源，活细胞生命所需的能量最终是来自太阳的光能，而将光能转化为化学能要通过光合作用，进行光合作用的细胞，首先要捕获光能。
绿叶中有哪些色素呢？
　　　
一、捕获光能的色素
1、提取原理
2、分离原理
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。这样，几分钟后，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。（教材P98）
绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。
——纸层析法
二、绿叶中色素的提取和分离
（体积分数95%乙醇+无水碳酸钠）
一、原理
二、实验过程
1、提取绿叶中的色素
称取5g菠菜叶，剪碎，放入研钵中；加少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10mL无水乙醇，进行迅速、充分的研磨。将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
二、绿叶中色素的提取和分离
1、提取绿叶中的色素
用棉塞将试管口塞紧
（目的是防止乙醇挥发和色素氧化）
一块单层尼龙布
二、绿叶中色素的提取和分离
二、实验过程
色素均匀扩散，更好地分离
防止层析液在边缘扩散过快，使色素在滤纸上扩散均匀
笔墨中的色素会也能随层析液扩散，污染从绿叶中提取的色素
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
铅笔细线
二、绿叶中色素的提取和分离
二、实验过程
不能让滤液细线触及层析液：
防止色素溶解在层析液中，
导致实验失败观察不到色素带
防止层析液中的成分挥发(丙酮、苯等有毒)
二、绿叶中色素的提取和分离
二、实验过程
1cm
层析液
二、绿叶中色素的提取和分离
实验中的材料试剂及操作目的
过程 操作内容 操作目的
提 取 色 素 材料 叶片要新鲜、深绿 使滤液中色素含量高
试剂 二氧化硅 利于绿叶的充分研磨
碳酸钙 防止研磨过程中色素被破坏
无水乙醇 溶解色素
关键 步骤 研磨要迅速、充分 提取较多色素、防止溶剂挥发
盛滤液的试管口加棉塞 防止溶剂挥发
用单层尼龙纱布过滤而不用滤纸 防止色素吸附在滤纸上
分 离 色 素 试剂 层析液 分离色素
关键 步骤 滤纸条的一端剪去两角 防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐 使分离的色素带清晰
滤液细线不能触及层析液 防止色素溶解到层析液中
二、绿叶中色素的提取和分离
三、实验结果
上
下
（橙黄色）
（黄色）
（蓝绿色）
（黄绿色）
（主要吸收蓝紫光和红光）
（主要吸收蓝紫光）
类胡萝卜素
叶绿素
1、色素带的位置说明什么问题？
2、色素带的宽窄说明什么问题？
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
含量约占3/4
含量约占1/4
二、绿叶中色素的提取和分离
拓展实验
如果在圆形滤纸的中央点开始，对叶绿体的色素进行层析，会看到什么现象？
会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为____________________________________________；
胡萝卜素橙黄色、叶黄素黄色、叶绿素a蓝绿色、叶绿素b黄绿色
二、绿叶中色素的提取和分离
异常现象的分析
若色素提取液呈淡绿色的，其原因有
①选材不当，未选择新鲜绿叶或称取的新鲜绿叶量过少，色素含量少
②加入的无水乙醇过多，导致色素溶液浓度小
③未加碳酸钙或加入的过少，色素分子（主要是叶绿素）部分破坏
④研磨不充分或研磨速度太慢，乙醇挥发，色素未能充分提取出来
若色素带颜色较浅，其原因有
⑤划滤液细线的次数太少，滤纸条上的色素含量少
⑥层析时，部分滤液细线已触及层析液
同上4点
提取液
色素带
二、绿叶中色素的提取和分离
三、色素的吸收光谱
阳光是由不同波长的光组成组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。
分别让不同颜色的光照射色素溶液就可以得到色素溶液的吸收光谱。
绿叶中色素的作用：吸收光能
图：自然光通过三棱镜
图：自然光经过色素提取液后通过三棱镜
现象：光屏出现明显的色光带
现象：色光带变暗，
且蓝紫光和红光大部分被吸收
光合作用与能量转化(共80张PPT)
知识拓展
光是一种电磁波；
可见光的波长是400-760nm；
不同波长的光，颜色不同；
波长小于400nm的光是紫外光；
波长大于760nm的光是红外光；
一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光；
三、色素的吸收光谱
实验结果表明：叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，这4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。
色素与叶片的颜色
正常 绿色 正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色
叶色 变黄 寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，显示出类胡萝卜素的颜色，叶子变黄
叶色 变红 秋天降温时，植物体为适应寒冷，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈现红色
三、色素的吸收光谱
小结：色素与吸收光谱
1.色素吸收用于光合作用的光都是可见光，吸收蓝紫光最多，红光次之，绿光最少。
2.叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
3.白光是一种复合光，比任何单一种颜色光的光合作用的效果都要好。
4.光能不能储存，要通过光合作用固定下来，转化成化学能储存在有机物中。
5.吸收光能的色素包括叶绿素、类胡萝卜素、藻蓝素等，液泡中的花青素与光合作用无关。
6.叶绿素不稳定，在低温下易被破坏，故秋天叶片会变黄。
三、色素的吸收光谱
1、（2003江苏33）分别在A、B、C三个研钵中加2克剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色（或褐色）、几乎无色。
处理 A B C
SiO2（少量） + + +
CaCO3（少量） － + +
95%乙醇（10毫升） + － +
蒸馏水（10毫升） － + －
注：“+”表示加；“－”表示不加。试回答：
（1）A处理得到的溶液颜色是 ，原因是 。（2）B处理得到的溶液颜色是 ，原因是 。（3）C处理得到的溶液颜色是 ，原因是 。
练习
黄绿色
部分叶绿素受到破坏
几乎无色
叶绿素不溶于水
深绿色
大量叶绿素溶于乙醇中
2、（2012上海17）图6表示叶绿体色素提取分离实验中纸层析的结果，据图判断用作实验材料的叶片颜色为
3、（2013新课标卷）关于叶绿素的叙述，错误的是
A．叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B．被叶绿素吸收的光可用于光合作用
C．叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D．植物呈现绿色使由于叶绿素能有效地吸收绿光
A．红色 B．黄色 C．绿色 D．紫色
练习
B
D
4、（2013江苏5） 关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是 A. 使用定性滤纸过滤研磨液 B. 将干燥处理过的定性滤纸条用于层析 C. 在划出一条滤液细线后紧接着重复划线2-3 次 D. 研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素
B
练习
5、（2014海南6）下列关于生长在同一植株上绿色叶片和黄色叶片的叙述，错误的是 A．两种叶片都能吸收蓝紫光 B．两种叶片均含有类胡萝素 C．两种叶片的叶绿体中都含有叶绿素a D．黄绿色叶片在光反应中不会产生ATP
C
练习
6、（上海卷.21）从新鲜的菠菜叶片提取叶绿体色素，发现提取液明显偏黄绿色，最可能的原因是 A．加入的石英砂太多　 B．没有加入碳酸钙 C．用脱脂棉过滤不彻底 D．一次加入过多无水乙醇
B
7、（2016江苏卷）17．下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述，正确的是 A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3，防止酸破坏叶绿素 B. 即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出4种光合作用色素 C.为获得10ml提取液，研磨时一次性加入10mL乙醇研磨效果最好 D. 层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会很快随溶液挥发消失
B
练习
8、（2017天津5）叶绿体中的色素为脂溶性，液泡中紫红色的花青苷为水溶性。以月季成熟的紫红色叶片为材料，下列实验无法达到目的的是 A．用无水乙醇提取叶绿体中的色素 B．用水做层析液观察花青苷的色素带 C．用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水 D．用光学显微镜观察表皮细胞染色体的形态和数目
D
练习
9、在圆形滤纸的中央滴上叶绿体的色素滤液进行色素分离，要看到近似同心环状的四个色素圈，排列在最外圈的一个呈
A. 蓝绿色 B. 黄绿色 C. 黄色 D. 橙黄色
D
叶绿素b
叶绿素a
叶黄素
胡萝卜素
练习
光照
温度
矿质元素
水
氧气
遗传因素
四、影响色素合成的因素
叶绿素a
血红蛋白
四、影响色素合成的因素
叶绿素a：蓝绿色
COOCH3
C32H30ON4Mg
COOC20H39
叶绿素b：黄绿色
COOCH3
C32H28O2N4Mg
COOC20H39
胡萝卜素：橙黄色
不饱和碳氢化合物：C40H56
叶黄素：黄色
胡萝卜素衍生的醇类：C40H56O2
四、影响色素合成的因素
1. 光照
光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺光条件下影响叶绿素形成而使叶子发黄的现象，称为黄化现象。
正常韭菜
韭黄
四、影响色素合成的因素
2. 温度
最适温度是20~30℃，最低温度约为2~4℃，最高温度为40℃左右。
温度过高或过低均降低合成速率，加速叶绿素降解。
秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白等现象，都与低温抑制叶绿素形成有关。
4.水（了解）
植物缺水会抑制叶绿素的生物合成，且与蛋白质合成受阻有关。严重缺水时，叶绿素的合成减慢，降解加速，所以干旱时叶片呈黄褐色。
3. 矿质元素：氮、镁：叶绿素的组分；
铁、铜、锰、锌：叶绿素酶促合成的辅因子。
四、影响色素合成的因素
海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？
思维拓展 思考·讨论 教材P101
绿藻：反射绿光
红藻：反射红光
褐藻：反射红黄光
藻类中色素种类及光在海水中的分布
藻类 色素种类 含量最多的色素 水层及主要存在的光
绿藻
褐藻
红藻
存在红光和蓝紫光
存在绿光和蓝紫光
叶绿素a、叶绿素b、
胡萝卜素、叶黄素
叶绿素
主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光
叶绿素a、叶绿素c、
胡萝卜素、6种叶黄素
某种叶黄素
主要吸收绿光蓝紫光，
反射红黄光
叶绿素a、叶绿素d、
胡萝卜素、叶黄素、
藻红素、藻蓝素
藻红素
主要吸收蓝紫光,
反射红光
存在蓝紫光
浅水层
中水层
深水层
水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，
因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于海水中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。
１、1817年法国科学家首次从植物中分离出叶绿素。
２、1865年德国植物学家萨克斯发现
——叶绿素集中在叶绿体结构中
捕获光能的色素存在于哪里？
绿叶
叶绿体
类囊体
外膜
内膜
基粒
叶绿体由双层膜包被，内部有基许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称之为类囊体。
吸收光能的4种色素就分布在内囊体的薄膜上，基粒与基粒之间充满了基质。
每个基粒都含有两个以上的类囊体，多的可达100个以上，叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体，极大的扩展了受光面积，提供了酶附着位点。
基质
叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？
五、叶绿体的结构
叶绿体
五、叶绿体的结构
资料1：1881年，[德]恩格尔曼的实验1
注：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，细菌为需氧菌，可以运动。
黑暗，细光束照射。
细菌集中在光束照射的叶绿体部位。
均匀光照射。
细菌分布在叶绿体所有的受光部位上。
六、叶绿体的功能
1、恩格尔曼第一个实验的结论是什么？
氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
六、叶绿体的功能
1、选材：（1）水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。
（2）好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位。
2、设计：黑暗无空气的设计，排除了氧气和光的干扰。
4、进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。
3、极细的光束照射：叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处？
六、叶绿体的功能
资料2：叶绿体基质中含有多种进行光合作用所必需的酶。
用三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
恩格尔曼第二个的实验
3、在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。
4、综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
六、叶绿体的功能
小结：捕获光能的结构——叶绿体
1.分布：
主要在叶肉细胞，少数分布在幼嫩的茎、果实中。
2.形态：
呈扁平的椭球形或球形
可根据光照强弱来改变自己的状态
外界光照较强，叶绿体以侧面接收光照
外界光照较弱，叶绿体以正面接收光照
保证接收到充分的光照，
又可避免被强光灼伤。
3.结构：
叶绿体
外膜
内膜
基粒:由两个以上的类囊体组成
含有色素和与光反应有关的酶
基质：含多种与暗反应有关的酶，是暗反应的场所。
透明
有利于光照的透过
扩展了膜的受光的面积，扩大色素和酶的附着位点，是光反应的场所。
叶绿体含有色素和光合作用必需的酶，是光合作用的基础。
1、下列关于叶绿体的描述，正确的是
A．叶绿体中的类胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光
B．光学显微镜可以观察到类囊体
C．叶绿体外表的双层膜上具有叶绿素和酶
D．基粒由类囊体堆叠而成
2、（2008宁夏2）为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是
A. 光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
B. 光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
C. 黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
D. 黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
练习
D
B
光合作用与能量转化
绿叶中色素的提取和分离
叶绿体的结构适于进行光合作用
实验原理
实验过程
实验结论
无水乙醇，层析液
叶绿素
类胡萝卜素
红光
蓝紫光
蓝紫光
色素
叶黄素
胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
（蓝绿色）
（黄绿色）
（橙黄色）
（黄色）
含量约占3/4
含量约占1/4
形态:
结构:
功能: 叶绿体是进行光合作用的场所。
知识总结：
谢谢观看！