(共41张PPT)
第4节 光合作用与能量转化(第1课时)
第5章 细胞的能量供应和利用
？
问题探讨
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？
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。
？
问题探讨
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。
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。
2. 为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
玉米(白化苗)
玉米(正常苗)
白化苗由于不能形成叶绿素，无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
这说明光合作用需要色素去捕获光能。
白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料
正常幼苗能进行光合作用制造有机养料
探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高的色素随层析液在滤纸上的扩散速度就越快，反之则慢。
1.原理：
①提取色素的原理
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
②分离色素的原理
①无水乙醇
*可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替
②层析液
*成分: 20份__________________________、 2份_____和1份___混合而成；
在60-90℃下分馏出来的石油醚
丙酮
苯
③二氧化硅:
*有助于研磨得充分
④碳酸钙:
*防止研磨中色素(主要保护叶绿素)被破坏
*作用：溶解色素、提取色素
2.试 剂
*作用：分离色素
探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
①5g新鲜绿叶
→剪碎置研钵中
3.方法步骤：
②加入少许二氧化硅和碳酸钙，再放入10ml无水乙醇
色素多
研磨更充分
防止色素被破坏
提取色素
(1)提取绿叶中的色素：
①研磨
★要求：要迅速、充分
防止溶剂挥发，充分溶解色素
②过滤：获取色素滤液
★注意用棉塞将试管口塞严
防止溶剂挥发和色素分子被氧化
单层尼龙布：
滤纸、纱布会吸收色素
探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
①制备滤纸条：
干燥的定性滤纸
(2)色素的分离（纸层析法）
1cm
铅笔线
要剪去两角
防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快而使形成的色素带不整齐
②画滤液细线
用毛细吸管，吸取少量滤液，沿着铅笔线均匀地画
滤液细线的划线原则？
★要求：细、直、齐？
使各色素扩散的起点相同，分离出的色素带平整不重叠。
滤液细线干燥后再画一两次的原因是什么？
使滤液细线含有较多的色素
③分离色素：
层析液
培养皿
（防止层析液挥发，因其易挥发且有毒）
将滤纸条有滤液细线的一端插入层析液。
防止色素溶解于层析液中而无法分离
注意：不能让滤液细线触及层析液？
为何要盖上培养皿？
分离绿叶中的色素效果(视频)
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
4.观察与记录
（黄绿色）
（橙黄色）
（黄 色）
（蓝绿色)
溶解度最大
含量最多
思考：4种色素含量最多的是哪种色素？溶解度最大的是哪种色素？
*色素的宽窄可以表示色素的含量！！
溶解度从大到小依次是：
胡、黄、a、b
含量从大到小依次是：
a、b、黄、胡
绿叶中四种光合素色的比较
色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
最少
最高
最快
黄色
较少
较高
较快
蓝绿色
最多
较低
较慢
黄绿色
较多
最低
最慢
叶绿素由C、H、O、N、Mg构成
胡
黄
a
b
功能：吸收、传递、转化光能
色素的分类和功能
思考1: 收集到的滤液绿色过浅的原因
(1)未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
(2)使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
(3)一次加入大量的无水乙醇。
(4)未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(正确做法: 分次加入少量无水乙醇提取色素)
思考2: 滤纸条色素带重叠的原因
没经干燥处理,滤液细线不能达到细、直、匀的要求,使色素扩散不一致造成的。
思考3: 滤纸条看不到色素带
思考4: 滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带
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。
忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
【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；叶黄素 黄；叶绿素a 蓝绿；叶绿素b 黄绿
注意事项
1.因无水乙醇和层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。
2.在研磨时要加少许二氧化硅，目的是为了研磨充分，有利于色素的提取；加少许碳酸钙的目的是为了防止研磨过程中，叶绿体中的色素受到破坏。
3.制备滤纸条时，要剪去两角，可以减小边缘效应，使色素在滤纸上扩散均匀，便于观察实验结果
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？
a处
橙黄色
2.用纸层析法分离叶片的光合色素， （能/不能)得到各种色素具体含量为多少，理由是
。
不能
利用纸层析法只能在滤纸条上观察到色素的种类和相对含量，不能定量分析
层析液
捕获光能的色素
类胡萝卜素
叶绿素
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
(占1/4)
(占3/4)
（橙黄色）
（黄色）
（蓝绿色）
（黄绿色）
1.叶绿体中的色素：
最窄
最宽
最远
最近
一. 捕获光能的色素和结构
不同色素对光的吸收差异
太阳光
太阳光是由多种波长的光混合而成
四种光合色素对光的吸收有什么差别呢？
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。
一. 捕获光能的色素和结构
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)
不同色素对光的吸收差异
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
叶绿素a和叶绿素b主要吸收 ；
胡萝卜素和叶黄素主要吸收 。
蓝紫光和红光
蓝紫光
不同色素对光的吸收差异
【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；
总结：捕获光能的色素
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
胡萝卜素
叶黄素
蓝绿色
黄绿色
橙黄色
黄 色
占3/4
主要吸收蓝紫光和红光
主要吸收蓝紫光
占1/4
捕获光能的色素
【检测】如图表示新鲜菠菜叶中四种色素的相对含量及在滤纸条上的分离的情况，以下说法正确的是( )
B
A.四种色素都溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大
B.水稻在收获时节，叶片中色素量的变化为(甲＋乙)<(丙＋丁)
C.水稻在开花时节，叶片中色素含量是(甲+乙)＜(丙+丁)
D.菠菜发黄的原因是色素甲、乙的含量增加
E.提取色素时加入CaCO3是为了防止色素挥发
F.丙、丁两种色素主要吸收蓝紫光和红光
G.四种色素中，甲和乙主要吸收红光
【与生活的联系】
选无色透明的塑料薄膜，为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，即让植物吸收更多的光能；
大棚内照明灯在功率相同的情况下，最好选蓝紫光和红光；
2. 叶片呈现绿色的原因是什么？
绿叶中的色素对绿光吸收最少，绿光反射进入眼睛的量最多，所以叶片看起来是绿色的；
1. 根据色素对不同波长的光的吸收的特点，想一想温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？
3. 银杏的叶秋季为什么变黄了？
秋季，叶片的叶绿素分子在低温下被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。
4. 秋天枫叶变红色的原因是什么？
秋天叶绿体内的色素主要类胡萝卜素，呈橙黄色和黄色；液泡内的色素主要是花青素，在酸性条件下呈红色；
知识拓展
影响叶绿素合成的因素：
（1）光照：光照是影响叶绿素合成的主要因素，植物在黑暗一般不能合成叶绿素，因而叶片发黄；
（2）温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成；另外，低温时叶绿素分子易被破坏，因为秋天叶片变黄；
（3）矿质元素：叶绿素中含有N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成；
叶片中的叶肉细胞
绿叶
叶肉细胞
亚显微结构模式图
叶绿体亚显微
结构模式图
捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部位？
叶绿体结构模式图
外膜
内膜
基粒
基质
每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成。这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上。
而每个基粒都含有两个以上的类囊体，多者可达100个以上。叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，极大地扩大了受光面积。
基质中有与光合作用有关的酶，少量DNA、RNA，核糖体
一. 捕获光能的色素和结构
2.叶绿体是光合作用的场所
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。
1880年恩格尔曼的实验
隔绝空气
黑暗，用极细光束照射
完全暴露在光下
水绵和好氧细菌的装片
有关叶绿体的功能的实验：
（1）恩格尔曼第一实验的结论是什么？
氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行
光合作用的场所，光合作用需要光照。
（2）恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
水绵：
叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。
好氧细菌：
确定释放氧气多的部位。
无空气黑暗环境：
排除氧气和光的干扰。
极细光束：
叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，
相当于一组对照实验。
暴露于光下：
验证实验结果。
（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。
光合作用的场所只能是叶绿体吗？
蓝藻、光合细菌等没有叶绿体也能进行光合作用。
1.西兰花被誉为“蔬菜皇冠”。大棚种植西兰花能够让我们在寒冷的冬季也能享受其美味。为了增加其产量，大棚内照明灯的颜色和大棚的塑料薄膜颜色选择最好的组合为
A.蓝紫光或红光、无色透明 B.蓝紫光或红光、黄色透明
C.白光、黄色透明 D.白光、无色透明
√
解析 大棚内的照明灯的颜色：由于照明灯的功率是一定的，所以在相同的功率下，用蓝紫光或红光的灯泡，植物利用光能的效率最高；大棚的塑料薄膜颜色：由于太阳光是一定的，所以用无色透明的塑料薄膜，植物获得各种颜色的光就越多，植物生长越好。
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
√
