5.4光合作用与能量转化（第1课时）课件(共39张PPT1份视频)-2023-2024学年上学期高一生物人教版（2019）必修一

(共39张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化
1.简述绿叶中色素的种类及功能，说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量。(生命观念）
2.科学设计提取和分离色素的实验步骤，注意每个操作步骤的规范性。（科学探究）
3.叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积，与光合作用的功能相适应及在生产生活的运用。（社会责任）
？
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？
用人工光源生产蔬菜，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。
玉米（白化苗）
玉米（正常苗）
消耗完种子中储存的养分就会死去
白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料。
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。绿叶中有哪些色素呢？
目的：探究绿叶中含有几种色素？
有的植物叶片不是绿色的
有的植物在不同时期，叶片的颜色不同呢
绿叶中色素的提取和分离
实验
合作探究：
请同学们阅读教材P98-99<探究实践>，完成以下问题：
提取色素用什么？原理是什么？
分离色素用什么？原理是什么？
材料用具？实验步骤？
提取色素时加入的几种材料的作用？
分离色素的注意事项？
绿叶中色素的提取和分离
实验
（1）提取原理
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
实验原理
1
分离色素的方法：
纸层析法
绿叶中的色素能溶解在层析液中；
不同色素在层析液中的溶解度不同。
溶解度高的色素，随层析液在滤纸条上扩散速度快；
反之则慢。
（2）分离原理
层析液
培养皿
滤纸条
绿叶中色素的提取和分离
实验
试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，毛细吸管，剪刀，药匙，量筒(10mL)，天平等。
实验材料
2
绿叶中色素的提取和分离
实验
试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，毛细吸管，剪刀，药匙，量筒(10mL)，天平等。
实验材料
2
层析液
碳酸钙
二氧化硅
无水乙醇
防止色素被破坏，尤其是叶绿素
有助于研磨充分
溶解色素
分离色素
绿叶
二氧化硅和碳酸钙
无水乙醇
单层尼龙布
棉塞
实验步骤
3
提取绿叶中的色素
防止无水乙醇挥发和色素氧化褪色
减少无水乙醇挥发,保证提取更多色素
色素会吸附在滤纸上，导致收集的滤液中色素含量低
实验步骤
3
制备滤纸条
铅笔线
画滤液细线
要求：细 齐 直
干燥后重复1—2次
滤液细线
防止层析液沿滤纸边缘扩散过快，使分离出的色素带整齐。
使分离出的色素带整齐不重叠。
剪两角原因？
积累更多的色素
使分离出的色素带清晰分明。
实验步骤
3
分离绿叶中的色素
层析液
培养皿
滤液线
★要求：滤液线不能触及层析液
防止色素溶解在层析液中，无法分离
（防止层析液挥发，因其易挥发且有毒）
实验步骤
3
观察与记录
思考
1.滤纸条上有几条色素带？次序？
2.色素带的分布情况说明了什么？
3.色素带宽窄如何？说明了什么
（橙黄色）
（黄色）
（蓝绿色）
（黄绿色）
归纳：绿叶中的色素
色素种类
色素含量
扩散速度
溶解度
类胡萝卜素
含量约1/4
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素
含量约3/4
叶绿素a
叶绿素b
最少
较少
最多
较多
最快
较快
较慢
最慢
最大
较大
较小
最小
绿叶中色素的种类
色素的功能：
吸收、传递、转化光能
实验结果异常分析
（1）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。
（2）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，使色素扩散不一致造成的。
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。
实验结果异常分析
（3）滤纸条看不到色素带
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。
（4）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”。
拓展延伸
色素分离的其他方法:
●在滤纸的中央滴一滴色素提取液
●再滴一滴层析液
●由外向内依次是什么颜色？分别是什么色素？
色素随层析液扩散，会得到近似同心环的4个色素圈。
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。
可见光的波长是400-760nm。波长不同，颜色不同。
一般情况下，光合作用利用的都是可见光。
4种色素对光的吸收有什么差别吗？
紫外光
红外光
阳光通过三棱镜
阳光经过色素提取液后通过三棱镜
现象：光带变暗，
且蓝紫光和红光更明显
光谱
如何探究某种色素对不同颜色光的吸收情况？
绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。
叶绿素：主要吸收 ；
类胡萝卜素：主要吸收 。
蓝紫光和红光
蓝紫光
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
1.为什么大多植物的叶片是绿色的？
与生活的联系
正常叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以正常叶片总是呈现绿色。
3.枫叶为什么是红色的？
秋天温度降低，叶绿素分子在低温下易被破坏，而类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色，叶片变黄。
2.为什么许多植物到了秋天叶子会变黄？
秋天时，低温和植物体内积累的可溶性糖有利于液泡中花青素的形成，花青素在酸性的叶肉细胞中变成红色，而叶绿素逐渐降解，叶片呈现红色。
旁栏思考p99
植物工厂为什么不用发绿光的光源？
绿色光源发出绿光，绿叶中的色素对绿光的吸收很少，不利于植物光合作用制造有机物。
色素的提取
色素的分离
（纸层析法）
原理
过程
易溶于有机溶剂
无水乙醇
取材→研磨→过滤→收集
不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的扩散速度快
制备滤纸条→画滤液细线→分离色素
快
慢
多
类胡萝卜素
叶绿素
含量约占1/4
含量约占3/4
绿叶中的色素
(光合色素)
少
1.写出图中的①②③所代表的结构：
①________________________
②________________________
③________________________
合作探究
阅读教材P100中间三段内容，完成以下问题:
活动1：叶绿体的结构
叶绿体内膜、外膜
叶绿体基质
叶绿体基粒
类囊体
外膜
内膜
基质
(含有与光合作用有关的酶)
(类囊体薄膜上有色素和与光合作用有关的酶)
基粒
2.叶绿体是如何增大生物膜面积的
提示:叶绿体含有众多的基粒和类囊体，极大地扩展了生物膜面积。
3.进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中
提示:进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的基粒的类囊体薄膜上或者叶绿体基质中。
类囊体
基粒
合作探究
结合教材P100“思考·讨论”的内容讨论下列问题:
活动2：叶绿体的功能
1.叶绿体的哪些结构适于进行光合作用？并说明原因？
2.光合作用一定发生在叶绿体内吗？请举例。
3.恩格尔曼实验一
（1）实验结论是什么？
（2）实验材料为什么选择水绵和好氧细菌？
（3）为何要除去小室中原有的空气？
（4）在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？
（5）为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
4.恩格尔曼实验二结论是什么？
5.综合恩格尔曼两个实验和资料2，请总结叶绿体具有什么功能？
（1）叶绿体的形态(光镜下)
一般呈扁平的椭球形或球形
（2）叶绿体的结构(电镜下)
（3）叶绿体的功能
进行光合作用的场所
内膜
DNA
基质
核糖体
类囊体
外膜
基粒
1.叶绿体结构与功能相适应：
叶绿体适于进行光合作用的结构特点？
(1)光合作用的酶分布在基粒的类囊体薄膜上和基质中；
(2)众多的基粒和类囊体，极大得扩展了受光面积，扩大色素和酶的附着位点。
极 细 光 束
均匀光照
水绵
好氧细菌
极细光束照射
完全曝光
黑暗 无空气
好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位
好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位
结论：
叶绿体光合作用释放氧气。
2.恩格尔曼实验一：
极 细 光 束
均匀光照
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
没有空气的黑暗环境排出了氧气和光的干扰。
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。
实验材料为什么选择水绵和好氧细菌？
为何要除去小室中原有的空气？
在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？
2.恩格尔曼实验一：
3.恩格尔曼实验二：
三棱镜
结论：
综合上述两个实验可以得出：
照射水绵
好氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域
叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出氧气。
叶绿体主要吸收红光和蓝紫光
1.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
水绵的叶绿体呈螺旋或带状，便于观察；
用好氧细菌可确定释放氧气的部位；
没有空气的黑暗环境可排除氧气和光的干扰；
用极细的光束点状投射叶绿体，有光和无光部位形成对照试验。
2.大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长的照射下，叶绿体会释放氧气，因此好氧细菌在此区域聚集。
极 细 光 束
均匀光照
叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出氧气。
资料2 :在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。
叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
3.恩格尔曼实验二：
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。
在类囊体膜上和叶绿体基质中，有许多进行光合作用所必需的酶。
色素分子和酶是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
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
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
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？
有关，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所形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。
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，吸收绿光和蓝紫光较多的红藻分布于海水深的地方。
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？
与传统生产方式相比，植物工厂生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期、生长环境、上市时间等，但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种不同蔬菜的生理特性等问题。