生物人教版(2019)必修1 5.4光合作用与能量转化(共27张PPT)

(共27张PPT)
【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因自然光照不足引起的光合作用
强度低而减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可调
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。
2、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条 件
CO 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。
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
场所
从1771年至20世纪
40年代揭示出光合 发现光合作用 作用过程
过程
色素、酶、H O、D NA、重 要 RNA、ATP、ADP、Pi等物质
光照、CO 、温度、水
和矿质元素等
条件有光、无
光均可
ATP 、[H]
ADP 、Pi
双层膜、基质、基粒
影响
因素
光反应
暗反应
叶绿体
光照
结构
条件
植物捕获光能依靠特定的物质和结构：叶片中的色素
一、实验～绿叶中色素的提取和分离
1、实验原理：
(1)提取：
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 无水乙醇中
(2)分离：
各种色素在 层析液 中的溶解度 不 同。
(溶解度 高 的色素随层析液在滤纸上扩散 得 快 ；反之则慢。)
2、方法步骤：
(1)提取绿叶中的色素
①称取5g绿叶，剪碎，放入研钵中。
问：为什么要选新鲜、浓绿的叶片
能否用已经变黄的叶片作实验材料
②加入少许SiO 、CaCO , 再加入5～10mL无水乙醇，进
行迅速、充分的研磨。
SiO :使研磨更充分；
CaCO : 防止色素(叶绿素)被破坏 ;
无水乙醇：溶解色素；
③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗
单层尼龙布)进行过滤，将收
及时用棉塞将试管口塞严。
(2)制备滤纸条：
①一端剪去两角。
原因：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画基线。
(3)画滤液细线：
①细、直、匀。原因： 防止色素带之间 重叠_。
②重复画1-2次。原因：增加色素的量，使分离出的 色素带_清晰 。
(4)分离色素： 滤液细线不能触及层析液。
原因： 防止色素_溶解于层析液中。
层析液
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)
★正常结果及分析：
滤纸条上有几条色素带
溶解度大小排序
含量多少排序
类胡萝卜素
(含量约1/4)
叶绿素
(含量约3/4)
(5)结果分析：
绿叶中色素的种类
★异常结果及分析： (大本P100)
①只有胡萝卜素和叶黄素的原因有哪些
②无色素带的原因有哪些
③色素带颜色过浅或偏窄的原因有哪些
拓展：色素带重叠的原因有哪些
①
(2020江苏卷)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取 和分离”实验，下列叙述错误的是( )
A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B.研磨时加入Ca0 可以防止叶绿素被氧化破坏
C.研磨时添加石英砂有助于色素提取
醇提取液。下列叙述正确的是( )
A. 研磨时加入CaCO 过量会破坏叶绿素
B. 层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C. 在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作 D. 实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b
(2019江苏卷)如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果， 样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙
波菜
蓝藻
三、色素的作用
类胡萝卜素
50 叶绿素 b
叶绿素 a
0 400 450 500 550 600 650 700 波长/nm
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
三 、色素的作用
吸收光能的百分比
100
不吸收 红光
1、为什么植物叶片呈现绿色
①叶绿素的含量多于类胡萝卜素，而使类胡萝卜素的颜色 被掩盖，只显示出叶绿素的绿色。②对植物而言，除了部 分橙光、黄光和大部分绿光被反射外，其他的光基本上都 被叶绿素分子等所吸收了，所以植物的叶片呈现绿色。
2、植物工厂为什么不用绿色光源
叶绿体中的色素几乎不吸收绿光。
3、大棚种植蔬菜时，选择什么颜色的
塑料薄膜最好 白色或无色
4、深秋的叶片颜色为什么会变黄 此时红光和蓝紫光哪 一种更有利于植物进行光合作用
秋季气温降低，大量叶绿素受到破坏，而显示出类胡萝卜
素的颜色。而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
(是影响叶绿素合成的主要条件， 一般植物在
黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
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。
叶绿素中含N 、Mg 等必需元素，缺乏 N、Mg
将导致叶绿素无法合成，叶变黄。
光照
温度
必需
元素
影响叶绿素合成的因素有哪些 (大本P101)
判对错：(2017全国1卷)B.类胡萝卜素在红光区吸 收的光能可用于光合作用。
(2019浙江卷)在“光合色素的提取与分离” 活动中，提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分 离后，滤纸条自上而下两条带中的色素合称 为类胡萝卜素 。分析叶绿素a的吸收光谱可 知，其主要吸收可见光中的红光和蓝紫 光。 环境条件会影响叶绿素的生物合成，如秋天 叶片变黄的现象主要与 低温 抑制叶绿素的 合成有关。
四、叶绿体的结构和功能
四、叶绿体的结构和功能
1、叶绿体的结构 ★叶绿体是如何扩展受光面积的
在④类囊体薄膜上分布有光合作用所需的光合色素 和酶， 在⑤吐绿体基质中也分布有光合作用所需的_酶_。
四、叶绿体的结构和功能
2、叶绿体的功能
讨论：
①恩格尔曼第一个实验的结
论是什么
氧气是叶绿体 _释放的。
叶绿体是绿色植物进行 光合作用 的场所。
②恩格尔曼第一个实验在选材、实验设计上有什么巧妙
之处
水绵的叶绿体大且呈螺旋式带状，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。
用极细的光速照射，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。
临时装片完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
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。
④综合资料1、2,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，且能够吸收特定波长的光。
③在恩格尔曼第二个实验中， 大量的需氧细菌聚集在红光 和蓝紫光区域，为什么
水绵的叶绿体中的色素主要 吸收红光和蓝紫光，用于光 合作用，释放氧气。
450500550600 6507 00
波 长(nm)
这款“—叶子概念车”的动力原理是什么 它为什么不使用汽油呢
请总结光合作用的概念和总反应式(教材P102)
5.4.2 光合作用的原理和应用
甲醛
(2)1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，且甲醛
不能通过光合作用转化成糖。
一 、光合作用的原理
1、探索光合作用原理的部分实验
(1)19世纪末
(有H O,无CO )
a. 绿叶 b. 叶绿体滤液 c. 叶绿体滤液
(叶绿体有气泡产生) (叶绿体无气泡产生)
结论：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气。
①希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合 作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水
答：不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件 下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体
中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
(3)1937年，希尔：
研磨过滤
高铁盐 →低铁盐
遮光
(有H O,无CO )
a. 绿叶 b. 叶绿体滤液 c. 叶绿体滤液
(叶绿体有气泡产生) (叶绿体无气泡产生)
结论：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气。
②希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化 学反应
答：希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮
液中有H 0, 没有合成糖的另一种必需原料CO , 因此，该
实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关，暗示着希尔 反应是相对独立的反应阶段。
(3)1937年，希尔：
研磨过滤
高铁盐 →低铁盐
遮光
①该实验用了什么科学方法 此方法有什么好处
同位素示踪法
②该实验的自变量是什么 其他变量怎么处理
自变量：同位素氧原子的标记位置不同
③该实验能得出什么结论
光合作用释放的氧气中 的氧元素全部来自于H O。
CO → 18O C 8O O
光照射下的
小球藻悬液
H O
(4)1941年，鲁宾和卡门：
H 80
(5)1954年，阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。
(6)1957年，发现这一过程总是与水的光解相伴随。
问：尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
合 理 即 可 。 例 如 ：
H O O +NADPH+ 能量
ADP+Pi+ A TP
十绿体
光照
一、光合作用的原理
2、光合作用过程：
光反应
基粒
叶绿体基质
暗反应
类囊体
太阳能
(CH O)
CO
H O