5.4 光合作用与能量转化（第1课时）课件(共28张PPT)-2023-2024学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

(共28张PPT)
光合作用与能量转化（第1课时）
第4节
第5章 细胞的能量供应和利用
新叶伸向和煦的阳光，蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。
他们为生存而获取能量，能量在细胞里流转激荡！
>>>2019人教版高中生物学必修1课件
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？
2、为什么要控制CO2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。CO2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。
光合作用
光合作用
是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径
捕获光能的色素和结构
叶片中的色素可能与光能的捕获有关
正常玉米植株（绿色） 和 白化玉米植株（白色，白化苗）
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
实验视频过大，无法上传，请自行添加，或联系作者。
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
1、色素提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。
新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）；干燥的定性滤纸、试管、棉塞、试管架、研钵、玻璃漏斗、尼龙布、毛细吸管、剪刀、药匙、量筒(10mL)、天平等；无水乙醇、层析液、二氧化硅和碳酸钙。【层析液：由20份在60-90℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮、1份苯混合而成。】
实验原理
2、色素分离：绿叶中的各种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。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
目的要求
1、进行绿叶中色素的提取和分离；2、探究绿叶中含有几种色素。
材料用具
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
方法步骤
制备滤纸条
提取绿叶中的色素
画滤纸细线
观察与记录
分离绿叶中的色素
交流讨论
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
1、提取绿叶中的色素：
① 称取5g绿叶（选择鲜嫩、色浓绿、无浆汁的叶片，如：菠菜叶、棉花叶、洋槐叶），剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。
② 放入少许二氧化硅(SiO2)和碳酸钙(CaCO3)，再加入5-10mL无水乙醇。
③ 迅速、充分地进行研磨。
SiO2有助于研磨得充分
CaCO3可防止研磨中色素被破坏
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
1、提取绿叶中的色素：
④ 将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。【漏斗基部放一块单层尼龙布】
⑤ 将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
2、制备滤纸条：
方法①：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。
将干燥的定性滤纸剪成滤纸条，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。
铅笔细线
1cm
3、画滤液细线：
滤液细线
方法②：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。
剪去两角，可以减小边缘效应，使色素在滤纸条上均匀扩散。
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
4、分离绿叶中的色素：
注意：
① 不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤纸上扩散。
② 无水乙醇易挥发，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时（层析液中含有有毒的挥发性物质）加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。因层析液中含有有毒性的挥发性物质，为减少吸入，分离色素时应在通风良好的条件下进行。实验结束后应尽快用肥皂将手洗干净。
滤液细线
层析液液面
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
5、观察与记录：
① 滤纸条上有几条色素带？它们是按照什么次序分布的？
② 滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？
滤纸条上有4条不同颜色的色素带。
从上到下依次为：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）和叶绿素b（黄绿色）
说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同；同时，由于4种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
叶绿素a色素带最宽，胡萝卜素色素带最窄。说明，绿叶中四种色素的含量不同，叶绿素a最多。
含量：叶绿素ａ＞叶绿素ｂ＞叶黄素＞胡萝卜素
颜色 色素 溶解度 扩散速度 宽度 含量
橙黄色 胡萝卜素 最高 最快 最窄 最少
黄色 叶黄素 较高 较快 较窄 较少
蓝绿色 叶绿素a 较低 较慢 最宽 最多
黄绿色 叶绿素b 最低 最慢 较宽 较多
5、观察与记录：
捕获光能的色素和结构
含量约占3/4
含量约占1/4
那么，这4种色素对光的吸收有什么差别呢？
捕获光能的色素和结构
光谱：阳光由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三菱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带。
三菱镜
光带
阳光
捕获光能的色素和结构
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
捕获光能的色素和结构
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
类胡萝卜素溶液
捕获光能的色素和结构
叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光；胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
这些吸收的光都可以用于光合作用。
植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
思考·讨论
绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线不能被光合色素吸收，因此无法运用到光合作用中制造有机物。[也因为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。]
叶绿体的结构适于进行光合作用
捕获光能的色素集中在
叶绿体
叶绿体的结构适于进行光合作用
分布
绿色的植物细胞，主要分布在叶肉细胞中。
形态结构
球形或椭球形（显微结构）。由双层膜包被，内有许多基粒。每个基粒由圆饼状的类囊体堆叠而成。基粒间充满了基质（亚显微结构）。
成分
色素（分布于类囊体膜上）、酶、少量DNA和RNA（基质中）、蛋白质、糖类等。
功能
是进行光合作用的主要场所，是“养料制造车间”和“能量转换站”。
外膜
内膜
类囊体
基粒
基质
叶绿体的亚显微结构模式图
叶绿体的电镜照片
叶绿体的结构适于进行光合作用
类囊体
基粒
吸收光能的4种色素就分布在类囊体的薄膜上。
叶绿体内有许多基粒，每个基粒都含有两个以上的类囊体，多的可达100个以上。
如此众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。
叶绿体除了吸收光能外，还有什么功能呢？
思考·讨论
思考·讨论：叶绿体的功能
现象：装片中需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。
现象：装片中需氧细菌分布在叶绿体所有受光的部位。
没有氧气的有光环境
没有氧气的黑暗环境
资料1: 恩格尔曼的实验
思考·讨论：叶绿体的功能
现象：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
蓝紫光
红光
实验结论：叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
资料1: 恩格尔曼的实验
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。
思考·讨论：叶绿体的功能
1、恩格尔曼第一个实验的结论是什么？
2、恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
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？
恩格尔曼第一个实验的结论是：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。
实验材料选择水绵和好氧细菌，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氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；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；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果，等等。
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。
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。
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，在内囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
叶绿体的结构适于进行光合作用
外膜
内膜
类囊体
基粒
基质
叶绿体的亚显微结构模式图
叶绿体的电镜照片
第5章 第4节
下节课继续学习
光合作用与能量转化（第2课时）
小试牛刀
1、下列对提取光合色素，进行纸层析分离的实验中各种现象的解释，正确的是（ ）
B
A. SiO2的作用是防止色素被破坏
B. 层析液的作用是使色素分离
C. CaCO3的作用是使研磨充分
D. 没有色素带呈现，原因可能为材料是黄化叶片
2、下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述，正确的是（ ）
A. 叶片充分研磨后应立即加入少许碳酸钙，防止色素被破坏
B. 画滤液细线时应迅速地重复画线，保证滤纸条上有足量的色素
C. 即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出4种光合色素
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而消失
C
3、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。下列与之有关的叙述中，正确的是（ ）
AC
A. 应向培养皿中倒入层析液
B. 应将滤液滴在b处，而不能滴在a处
C. 实验结果应是得到四个不同颜色的同心圆
D. 实验得到的若干个同心圆中，最大的一个圆呈黄色
答案解析：利用色素在层析液中的溶解度不同，进行色素的分离，故分离色素时应向培养皿中加入层析液，A正确；利用图示装置分离色素时，应将色素提取液滴在a处，b处连接层析液，这样层析液由棉线上升至a处将色素溶解，色素在滤纸上随层析液由圆心向四周扩散，实验结果将得到4个同心圆，从外向内分别是胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色），B错误，C正确；胡萝卜素在层析液中溶解度最大，扩散速度最快，则形成的圆最大，颜色是橙黄色，D错误。
小试牛刀