5.4.1光合作用与能量转化课件(38张PPT)2022-2023学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

(共38张PPT)
光合作用与能量转化
5.4
一 捕获光能的色素和结构
在自然界，万物生长靠太阳。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。
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。因此，有人称光合作用是“地球上最重要的化学反应”。
那么，植物捕获光能需要依靠的物质和结构是什么呢？
H2O
CO2
C6H12O6 O2
绿色植物能够捕获光能
一、捕获光能的色素和结构
白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料。待种子中储存的营养成分耗尽就会死亡。
叶片作为高等植物进行光合作用的主要器官，通常都是绿色的，说明其中有绿色的色素。
可见，叶片中的色素与光能的捕获有关。
（一）捕获光能的色素
（1）提取绿叶中的色素
叶绿体中的色素属于脂溶性色素，不溶于水，易溶于有机溶剂中，
可用 来提取
实验原理
无水乙醇等有机溶剂
1.破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放
提取色素要注意什么？
2.保证色素的结构和活性不被破坏
3.使色素溶解在试剂里
（一）捕获光能的色素
色素提取时所用试剂及作用？
研磨时要注意什么？为何？
过滤时可以使用纱布代替单层尼龙布吗？
将滤液收集到试管中后，为什么要用棉塞将试管口塞严？
任务1：观看色素分离实验视频后，阅读教材P98的探究·实践，回答相关问题。
（一）捕获光能的色素
（1）提取绿叶中的色素
（一）捕获光能的色素
实验步骤
称
磨
滤
剪
加
称取5g绿叶
剪去主叶脉，剪碎
二氧化硅→
碳酸钙→
无水乙醇→
迅速、充分地研磨
将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一块单层尼龙布）
防止乙醇挥发，使色素充分溶解
不能用纱布或滤纸，因为它们易吸附色素
集
滤液收集到试管，棉塞将试管口塞严
防止乙醇挥发和色素被氧化破坏
有助于研磨充分
防止研磨中色素被破坏
溶解色素
（一）捕获光能的色素
（1）提取绿叶中的色素
实验原理
（2）分离绿叶中的色素
分离色素的方法：
纸层析法
各种色素在___________中的__________不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上的_____________,反之则慢。
层析液
溶解度
扩散更快
（一）捕获光能的色素
层析液的成分以及注意事项
滤液细线的划线原则？
层析液能否没过滤液细线？
分离后的色素有几种？有何差异
任务2： 观看色素分离实验视频后，阅读教材P98-99的探究·实践，回答相关问题。
（一）捕获光能的色素
（2）分离绿叶中的色素
（一）捕获光能的色素
实验步骤
制
画
析
制备滤纸条
画滤液细线
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
分离绿叶中的色素
将干燥的定性滤纸条一端剪去两角，并在距这一端底部1㎝处用铅笔画一条细的横线
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
用棉塞塞紧试管口
避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应）
细、直、齐
增加滤液细线中的色素含量
不能让滤液细线触及层析液
防止层析液挥发
（一）捕获光能的色素
（2）分离绿叶中的色素
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
（橙黄色）
（黄色）
（蓝绿色）
（黄绿色）
（含量约占3/4）
（含量约占1/4）
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？
3、色素带的间距最宽和最窄的分别是？
思考：
最少
较少
较多
最多
最快
较快
较慢
最慢
口诀
色素种类：
胡黄ab
色素含量：
ab黄胡
实验结果
（一）捕获光能的色素
（2）分离绿叶中的色素
（一）捕获光能的色素
定性滤纸
培养皿
灯芯棉
四个同心圆的色素带，从外往里依次为：
思考:
胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b
（2）分离绿叶中的色素
假设同学甲在进行色素提取实验时，一次加入大量无水乙醇；
同学乙在进行层析时不小心将滤液细线浸没于层析液之下。
请问两位同学的操作是否会影响实验结果？
实验操作的误差分析
同学甲的操作会导致提取的色素浓度过低，使色素提取液和色素带颜色较浅；
同学乙的操作会导致绿叶纸条上的色素更多的溶解于层析液中，如果时间较短，色素带颜色较浅；若时间较长，则可能无色素带出现。
（一）捕获光能的色素
1.某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时，进行了以下操作：①将5 g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中，加入无水乙醇后直接进行研磨；②将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1 cm处用圆珠笔画一条横线；
③为增强实验效果，将滤液细线画粗些；
④将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，让滤液细线浸入层析液中。
该同学的操作有误的是
A.① B.①② C.①②③ D.①②③④
D
练习巩固
练习巩固
2.在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为
试剂 甲 乙 丙 丁
无水乙醇 － ＋ ＋ ＋
CaCO3 ＋ ＋ － ＋
SiO2 ＋ ＋ ＋ －
A.①②③④ B.②④①③ C.④②③① D.③②①④
B
3.甲、乙、丙、丁四位同学，在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，而得到了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是(　　)
C
A．甲可能误用蒸馏水作提取液
B．乙可能是研磨时加入无水乙醇过多
C．丙可能是正确操作得到的理想结果
D．丁可能是因为研磨时未加入CaCO3
练习巩固
春夏：由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡萝卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色。
秋天：由于秋季低温使叶绿素被大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来，叶片变黄。
正常 绿色 正常叶片叶绿素和类胡萝卜素比例约为3∶1，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
与生活的联系：为什么植物春夏叶子翠绿 而深秋则叶片金黄呢？而有的叶片为什么呈红色 ？
正常韭菜
韭黄
绿色植物只在光下才能合成叶绿素。韭黄是在黑暗的条件下培育出来的，因为植物此时不能合成叶绿素，只能长成黄化苗，而黄化苗的薄壁细胞比较多，吃起来较嫩，口感比韭菜好一些。
3、影响叶绿素合成的因素
(1)光照
光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺少光照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。
(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。
(3)矿质元素： 氮、镁：叶绿素的组分
绿叶中光合色素的种类
叶绿素
（含量约占3/4）
类胡萝卜素（含量约占1/4）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
（一）捕获光能的色素
光合色素功能：吸收、
传递（四种色素）、
转化光能（只有少数特殊状态的叶绿素a）
光是一种电磁波，分为可见光与不可见光。可见光波长为400-760nm。不同波长的光，颜色不同。一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。
（一）捕获光能的色素
3. 光合色素的吸收光谱
吸收光谱
（一）捕获光能的色素
3. 光合色素的吸收光谱
绿叶中色素的作用：吸收可见光
现象：色光带变暗，
且蓝紫光和红光大部分被吸收
（一）捕获光能的色素
3. 光合色素的吸收光谱
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。
树叶为什么是绿色？
叶绿素含量多，而叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。
教材隐性知识：源于必修1 P99“图5－12”、“旁栏思考”及P101“拓展应用”
(1)从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向长波方面，且吸收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a (填“宽”或“窄”)。
(2)研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测：在适当遮光的条件下叶片(比如同一植物底层叶片)中叶绿素a/b_____，弱光下的吸收能力 ，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。
(3)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
宽
降低
增强
提示：这种波长的光不能被光合色素吸收，因此不能用于光合作用中合成有机物。
(1)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光(　　)
(2)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光(　　)
×
×
(3)没有叶绿体的生物无法进行光合作用(　　)
(4)植物细胞都含有叶绿体(　　)
(5)在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡
中(　　)
×
×
×
4.判断正误，并说明原因：
练习巩固
3．如图1所示为某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验的流程，请分析回答下列问题：
(1)提取色素时为了研磨充分应加入__________，纸层析法分离色素的原理是
________________________________________________________________________________。
(2)纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示，其中共有的色素带
的颜色是____________，据此能得出的结论是_______________________。
SiO2
色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散的快，反之则慢
橙黄色、黄色
叶绿素的形成需要光
(3)将刚制备的等量的韭菜和韭黄的色素滤液放在阳光与三棱镜之间，“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在______(填“蓝紫”或“红”)光区域。将制得的韭菜色素滤液放在强光下曝光1～2 h，再重复上述实验，其结果与韭黄色素滤液的实验结果基本一致，其原因是__________________________。
(4)一分子叶绿素中含有一个Mg2＋(可被H＋、Cu2＋等置换)。将韭菜色素滤液用质量分数为5%的HCl溶液处理一段时间后，其颜色与研磨过程中未加入________时的颜色相似。
红
叶绿素不稳定，在强光下易分解
CaCO3
练习巩固
(1)结构
外表：①_______
内部
②_____
③______：由_________堆叠而成
↓决定
(2)功能：进行____________的场所。
双层膜
基质
基粒
类囊体
光合作用
叶绿体基质
扩大膜面积
（二） 叶绿体的结构适于进行光合作用
叶绿体内众多的基粒和类囊体，极大扩展了受光面积。
1g菠菜叶片中的类囊体总面积竟有60m2左右。
思考·讨论： 恩格尔曼的实验一
极细的光束
黑暗中——集中于叶绿体被光束照射的部位
光下——分布于叶绿体所有受光部位
水绵
需氧细菌
1、结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。
水绵
思考·讨论： 恩格尔曼的实验一
2.（1）为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。好氧细菌可确定释放O2的部位。
（2）为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。
（3）为什么用极细的光束照射？
叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
思考·讨论： 恩格尔曼的实验二
结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光
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？
提示：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。
资料：
又结合其他实验证据，科学家们证明了：在叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。
叶绿体是光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有很多进行光合作用所必需的酶。
（二）叶绿体的结构适于进行光合作用
这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
一、概念检测
1．基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。
（1）叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。 （ ）
（2）叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能。 （ ）
（3）植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。（ ）
2.下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是 （ ）
A．所有植物细胞中都含有 4 种色素
B．有些植物细胞的液泡中也含有色素
C．叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能
D．植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类
练习与应用
×
A
√
×
二、拓展应用
1.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？
练习与应用
不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光。
绿藻
褐藻
红藻
红藻反射出了红光
绿藻反射出绿光
褐藻反射出黄色的光
吸收红、蓝紫光
吸收蓝紫光绿光
吸收蓝紫光较多
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。
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。
问题探讨（教材P97）
植
物
工
厂
旁栏思考题(P99)
植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
这种波长的光不易被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中制造有机物。
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、营养液成分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（教材P97）
讨论
二、拓展应用
2.与传统的生产方式相比，植物工厂生产蔬菜等食物有哪些优势？又面临哪些困难？你对植物工厂的发展前景持什么观点？请搜集资料，结合自己的思考写一篇综述性短文。
练习与应用
与传统生产方式相 ,植物工生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期、 长环境、上市时间等,但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种 同蔬菜的生理特性等问题。
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。
补充资料：---藻类中色素种类及光在海水中的分布