5.4.1 光合作用的原理和应用 第1课时 捕获光能的色素和结构 课件(共30张PPT)

(共30张PPT)
5.4 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
学习目标
1.说出叶绿体中色素的种类和作用
2.说出叶绿体色素的提取和分离的原理及方法
3.说明叶绿体的结构与功能相适应
4.说出光合作用的光反应和暗反应的过程
本周作业
1.完成
《一遍过》《同步作业》到5.3“细胞呼吸的原理和应用”
《固学案》到5.3“细胞呼吸的原理和应用”
周四晚自习前课代表安排小组长统一检查（批注ABC等级日期）周五反馈检查结果
下周晚自习：复查《一遍过》；抽查联考试卷
2.预习
5.1“细胞呼吸的原理和应用”
预习要求：教材有圈点；尝试完成”练习与应用“有把握的用钢笔完成，没把握的答案用铅笔写。
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
讨论
在植物工厂里，人工光源可以为植物的
生长源源不断地提供能量，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
植物的叶片多数是绿色的，说明其中有绿色的色素。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。
证明：
光合作用需要色素
绿叶中的色素可能与光能的捕获有关
绿叶中的色素究竟有哪些呢？都参与植物的光合作用吗？
正常玉米植株和白化玉米植株
一.捕获光能的色素
植物细胞中的色素分为脂溶性色素（如叶绿素等）和水溶性色素
（如花青素），前者参与光合作用，后者不参与。
注：
探究 实践
（1）提取：色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中
（2）分离：—纸层析法。 绿叶中的色素都能溶解在层析液
中。不同色素在层析液中的溶解度不同：溶解度高的随
层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。
（1）进行绿叶中色素的提取和分离
（2）探究绿叶中色素的种类
实验原理：
目的要求：
材料用具：
新鲜的绿叶（如菠菜叶）、
定性滤纸等、无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙等
（体积分数95%乙醇+无水碳酸钠）
二.绿叶中色素的提取和分离
由20份石油醚（60~90℃下分馏出）、2份丙酮、1份苯混合而成
方法步骤：
(一)提取绿叶中的色素
(防止乙醇挥发和色素氧化)
剪碎
加SiO2CaCO3乙醇
研磨
过滤
滤液
二.实验:绿叶中色素的提取和分离
SiO2：有助于研磨充分
CaCO3：防止色素（叶绿素）被破坏
无水乙醇：溶解色素
保证色素充分释放且挥发量少。
为什么要剪去两角？
2、制备滤纸条
方法步骤：
避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），
使其同步到达细线
1cm
铅笔线
剪去两角
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1cm处用铅笔
画一条细的横线。
干燥的定性滤纸
二.绿叶中色素的提取和分离
(二)分离绿叶中的色素
要求：细、直、齐；
而且要求含有较多的色素。
方法步骤：
3、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（也可将滤液倒入培
养皿，再用盖玻片蘸取滤
液，在横线处按压出均匀
的细线）。待滤液干后，
再重画一到两次。
(使色素带不重叠、平整、不弯曲)
（待滤液干后，再重画一到两次。重复2—3次）
二.绿叶中色素的提取和分离
(二)分离绿叶中的色素
思考
①为什么层析液不能浸没滤液细线？
②为何要盖上培养皿？
防止色素溶解在层析液中
防止层析液挥发（层析液有毒易挥发）
方法步骤：
4、分离色素
将适量层析液倒入
小烧杯（试管）中，将滤纸条轻轻插入层析液中，随后用用培养皿盖住烧
杯口（棉塞塞紧试
管口）。
二.绿叶中色素的提取和分离
(二)分离绿叶中的色素
纸层析法
层析液
培养皿
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
实验结果：
（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：
二.绿叶中色素的提取和分离
最少
较少
较多
最多
最快
较快
较慢
最慢
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:
1.如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置。应将滤液滴在a处还是b处？实验结果应会出现四个不同颜色的同心圆，最外层应是什么颜色？
实验改进与思考
胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b
二.绿叶中色素的提取和分离
方法方法改进：
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）
实验异常结果分析
3、收集的滤液绿色过浅的原因分析
未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
4、滤纸条色素带重叠：
没等干后再划线、滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致。
菠菜叶不新鲜，滤液色素(叶绿素)太少。
一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低
未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
二.绿叶中色素的提取和分离
1、滤纸条无色素带：
2、滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：
忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
忘记画滤液细线。
滤液细线接触到层析液，色素溶解到层析液中。
与生活的联系
为什么有些植物叶片在不同时期颜色不同呢？
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。
二.绿叶中色素的提取和分离
归纳：---色素与叶片的颜色
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
学科交叉
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.
1、色素的吸收光谱
三.捕获光能的色素
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
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
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。
绿叶中色素几乎不吸收绿光，绿光反射入眼，人们看到的是绿色。
1、色素的吸收光谱
三.捕获光能的色素
植物工厂的LED灯都是做成全红、全蓝、红蓝组合三种形式。
旁栏思考：植物工厂为什么不用发绿光的光源？
绿色光源发绿色光，这种波长的光几乎不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用制造有机物。
正常韭菜
韭黄
叶绿素是光合色素中重要的一类色素，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。
2、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。
三.捕获光能的色素
色素名称 元素组成
β-胡萝卜素 C、H
叶黄素 C、H、O
叶绿素a C、H、O、N、Mg
叶绿素b C、H、O、N、Mg
(2)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。
三.捕获光能的色素
2、影响色素合成的因素
(3)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。
三.捕获光能的色素
2、影响色素合成的因素
显微镜下的叶绿体
三.捕获光能的色素
（1）电子显微镜下，叶绿体由双层膜包被，内含许多基粒【由类囊体（组成基粒的囊状结构称之为类囊体）堆叠而成】，基粒和基粒之间充满基质。
（2）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，提供了酶的附着位点。
1g菠菜叶片中的类囊体总面积竟有60m2左右。
（3）吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上。
(一) 叶绿体的结构（P100）
四.叶绿体的结构适于进行光合作用
色素
酶
类囊体
叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？
（二）叶绿体的功能
资料1：1881年，[德]恩格尔曼的实验1：把载有水绵和需氧细菌的临
时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发
现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，
细菌则分布在叶绿体所有受光部位。
没有空气黑暗
极细光束
完全光照
注：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，细菌为需氧菌，可以运动。
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。
思考 讨论
四.叶绿体的结构适于进行光合作用
1、选材:
①水绵具有细长螺旋带状叶绿体，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：
①排除干扰方法：黑暗无空气环境，排除了光和氧气的干扰。
②实验对照设计：a.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。b.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观测指标设计：通过好氧细菌分布情况，检测判断释放O2部位及强弱。
2、恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
四.叶绿体的结构适于进行光合作用
没有空气黑暗
极细光束
恩格尔曼的实验2: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。
（二） 叶绿体的功能
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？
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，叶绿体释放O2多，适于好氧细菌在此区域分布。
资料2：叶绿体基质中含有多种进行光合作用所必需的酶。
4、综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气，并且能够吸收特定波长的光。
四.叶绿体的结构适于进行光合作用
光合作用的场所是叶绿体
叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气
恩格尔曼的实验
其他实验证据（如有机物的合成部位在叶绿体）
不能说明
说明
说明
1954年科学家才确认光合作用全过程均发生在叶绿体
（二） 叶绿体的功能
四.叶绿体的结构适于进行光合作用
总结:在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，在类囊体薄膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。这是叶绿体能进行光合作用的结构基础。
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中色素
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
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）叶绿体只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。 （ ）
（2）叶绿体类囊体上有巨大膜面积，利于吸收光能。 （ ）
（3）植物绿叶之所以呈绿色，因为叶片中叶绿体吸收了绿光。 （ ）
A
5.4.1 捕获光能的色素和结构
练习与应用（P101）
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？
反射绿光，吸
收红、蓝紫光
红藻
绿藻
褐藻
反射红光，吸
收蓝紫光较多
波长长
波长短，能到达深海区域
反射红黄光，吸收蓝紫光绿光
波长适中
5.4.1 捕获光能的色素和结构
练习与应用（P101）
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。
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。
5.4.1 捕获光能的色素和结构
补充资料：---藻类中色素种类及光在海水中的分布
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 。
练一练
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
5.4.1 捕获光能的色素和结构