高中生物学 人教版（2019）必修一课件 5.4.1捕获光能的色素和结构(共26张PPT1个视频)

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太阳能是几乎所有生命系统中能量的最终源头，而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
5.4 光合作用与能量转换
一 捕获光能的色素和结构
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？
捕获光能的色素
资料查阅、文献检索
植物叶片的颜色取决于细胞中的色素种类和含量。
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），两类色素的提取方法不同。
查阅文献，选择合适的方法分别提取植物细胞中的脂溶性色素和水溶性色素。
花青素提取及含量测定请自行查阅资料，有兴趣可课下实践。
实验原理
提取：
绿叶中的色素都能溶解于有机溶剂无水乙醇中。
分离：
分离方法：纸层析法
方法步骤：见教材 P98-99
绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，但不同的色素溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，绿叶中的色素就随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
探究·实践
绿叶中色素的提取和分离
1
2
3
4
①称取5g的绿叶，剪碎，
放入研钵中。
②放入少许二氧化硅和碳酸钙，
再放入10mL无水乙醇，
迅速、充分地研磨
二氧化硅有助于研磨得充分，
碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
防止无水乙醇挥发
叶绿体能够被充分破坏，
使得色素能充分被释放出来
③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗
中进行过滤。
④收集滤液,封口。
用单层尼龙布过滤，过滤叶脉及二氧化硅等并且不吸附色素。
盛放滤液的试管用橡胶塞塞紧，防止无水乙醇的挥发。
I.提取绿叶中的色素
Ⅱ.绿叶中色素的分离
①制备滤纸条
干燥的定性滤纸
1cm
铅笔线
为什么要剪去两角？
避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线
②画滤液细线
★注意：细而齐、重复2—3次，待滤液干后，再画一两次。
（为了积累更多的色素使分离色素带更明显）
③分离色素
为何滤液细线不能触及层析液？
防止色素溶解在层析液中
为何要盖上培养皿？
防止层析液挥发，因其易挥发且有毒
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约1/4）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
绿叶中的色素
Ⅲ.结果分析
色素为什么显现不同的颜色？
阳光是由不同波长的光组成组合成的复合光，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。
Ⅳ.色素的吸收光谱
光谱
三棱镜
叶绿素溶液
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
类胡萝卜素溶液
吸收光的范围：可见光的波长是400～760 nm，一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光
可见色素的功能是：
吸收光能、传递光能 （所有色素）、转化光能（少数叶绿素a）
特别注意：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。
色素对绿光吸收最少
与生活的联系
1、为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？
由于叶绿素的含量高，显示出叶绿素的绿色
由于叶绿素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来
使用白色的大棚可以提高光合作用强度。因为叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光。不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响。由于叶绿素对绿光吸收最少，所以不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源。
2、大棚种植蔬菜时，为什么选择白色或无色的塑料薄膜最好？不同颜色的光照对植物的光合作用会有什么影响？为什么不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源？
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。
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。
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的控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分条件下，生产蔬菜和其他植物。有的蔬菜工厂完全依赖LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色光源。
叶绿体的结构适于进行光合作用
绿叶
叶绿体
类囊体
外膜
内膜
基粒
叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称之为类囊体。
吸收光能的4种色素就分布在类囊体的薄膜上，基粒与基粒之间充满了基质。
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。
基质
叶绿体的结构适于进行光合作用
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叶绿体除了吸收光能以外，还有什么功能吗？
水绵和需氧型细菌放在没有空气的小室内
实验1
叶绿体的结构适于进行光合作用
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，叶绿体是进行光合作用的场所
实验一：
讨论：
1.恩格尔曼在选材实验设计上有什么巧妙之处？
①实验材料的选择妙：水绵，不仅具有细而长的带状叶绿体，而且呈螺旋带状分布在细胞中，便于观察
②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境排出了环境中氧气和光的干扰
③观测指标的设计妙：通过需养细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出释放氧气的部位
④实验对照的设计妙：用极细的光束点投射，叶绿体上分为获得光照部位和无光照部位，相当于一组对照实验，进行黑暗条件下局部光照和完全暴露在光下的对照实验，明确实验结果是由光照引起的。
4.综上所述，你认为叶绿体有什么功能？
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，在此波长的光照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧型细菌在此区域的分布
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
用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧型细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
2.在第2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？
实验二：
类囊体薄膜上分布着色素
类囊体薄膜和叶绿体基质中分布光合作用所需要的酶
叶绿体的结构和功能相适应
小结
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
绿藻
褐藻
红藻
不同波长的光穿透深度
不同藻类的吸收光谱
拓展
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？
1．(2023·乙卷)植物叶片的色素对植物的生长发育有重要作用。下列关于叶绿体中色素的叙述,错误的是(　　)
A. 氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B．叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中的类囊体薄膜上
C．用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D．叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢
D
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