5.4 光合作用与能量转化（第1课时）课件(共31张PPT)

(共31张PPT)
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？
用人工光源可以避免由于自然环境中光照强度不足导致的减产。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、营养液成分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
讨论
5.4. 光合作用与能量转化
在植物工厂里，人工光源可以为植物的
生长源源不断地提供能量，在自然界，万物
生长靠太阳。太阳光能的输入、捕获和转化，
是生物圈得以维持运转的基础。
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”。
那么，植物捕获光能需要依靠的物质和结构是什么呢？
H2O
CO2
C6H12O6 O2
绿色植物能够捕获光能
植物的叶片多数是绿色的，说明其中
有绿色的色素。玉米中有时会出现白化苗。
白化苗由于不能进行光合作用，待种子中
贮存的养分耗尽就会死亡。
证明：
光合作用需要色素
绿叶中的色素可能与光能的捕获有关
绿叶中的色素究竟有哪些呢？都参与植物的光合作用吗？
玉米苗
正常玉米植株和白化玉米植株
一、捕获光能的色素
1.实验原理
（1）提取原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_______________中。
（2）分离原理:各种色素在___________中的__________不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上的_____________,反之则慢。纸层析法
无水乙醇
层析液
溶解度
扩散更快
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
（1）进行绿叶中色素的提取和分离
（2）探究绿叶中色素的种类
2.目的要求：
3.材料用具：
新鲜的绿叶（如菠菜叶）、
定性滤纸等、无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙等
方法步骤：
1、提取绿叶中的色素
（2）加入少许SiO2和CaCO3，
再加入10mL无水乙醇，研磨
（3）将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一块单层尼龙布）进行过滤。将滤
液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。
(防止乙醇挥发和色素氧化)
SiO2
有助于研磨充分
CaCO3
防止色素被破坏
无水乙醇
溶解色素
（1）称取5g菠菜叶，剪去主叶脉，
剪碎，放人研钵中。
剪碎
加乙醇
研磨
过滤
滤液
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
2.制备滤纸条
干燥的定性滤纸
避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线
将滤纸剪成能放入烧杯中的滤纸条
在滤纸条一端剪去两角
在距去角一端1 cm处用铅笔画一条细的横线
铅笔线
剪两角
3.画滤液细线
将滤液倒入培养皿，用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀画出一条细线。
等滤液干后再画一到两次。
为了积累更多的色素，使分离后的色素带更明显
★要求：细、直、齐 ；重复2—3次
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
4.分离绿叶中的色素
原理：溶解度高的色素随层析液在滤纸上_____________;反之，则慢。
将滤纸条有滤液细线的一端插入_____________。
思考：1、为何滤液细线不能触及层析液？
2、为何要盖上培养皿？
防止色素溶解在层析液中
防止层析液挥发，因其易挥发且有毒
扩散得快
层析液
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
5.实验结果
色素分离的其他方法:
结果分析：
①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有_____色素。
②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽(色素含量最多)的是________，色素带最窄(色素含量最少)的是________，叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽(含量稍多)。
③色素带扩散速度与______________________有关，扩散速度越快说明__________。溶解度最高的是__________。
④相邻两条色素带之间距离最远的是__________，最近的是______________。
四种
叶绿素a
胡萝卜素
色素在层析液中的溶解度
溶解度越高
胡萝卜素
胡萝卜素和叶黄素
叶绿素a和叶绿素b
（1）收集到的滤液中绿色过浅
①未加二氧化硅(石英砂)或研磨不充分，色素未充分提取出来。
②使用放置数天的绿叶或绿叶用量少，滤液中的色素(叶绿素)含量太少。
③一次加入大量的无水乙醇，导致提取液浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
（2）滤纸条看不见色素带
滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
（3）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。
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
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）
类胡萝卜素
叶绿素
（含量约占1/4）
（含量约占3/4）
【色素含量比较:】
【色素溶解度比较:】
叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素
胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b
一、捕获光能的色素
4种色素对光的吸收有什么差别吗？
太阳光的折射
阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时发生折射，不同波长的光会分散开，形成不同颜色（红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫）的光带,称为（可见）光谱。
可见光波长范围为400~760nm
一、捕获光能的色素
吸收光谱上，在红光区和蓝紫光区有两个明显的吸收带（黑带），
说明这两个区域色素吸收的光多，其它区域吸收的较少
一、捕获光能的色素
叶绿素溶液
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
类胡萝卜素
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
一、捕获光能的色素
400
500
600
700
波长/nm
叶
绿
素
a
叶
绿
素
b
类胡萝卜素
吸收光能的百分比
叶绿素主要吸收
类胡萝卜素主要吸收
树叶为什么是绿色？
红光和蓝紫光
蓝紫光
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。
分析：为什么植物春夏叶子翠绿 而深秋则叶片金黄呢？
由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡罗卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色。
低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来。
当温度低于7 ℃时，树叶中会生成花青素(存在于液泡，不用于光合作用)。
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？
拓展应用 教材P101
绿藻：反射绿光
红藻：反射红光
褐藻：反射黄光
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，吸收蓝紫光和绿光较多的
红藻分布于海水的深层。
1．影响叶绿素合成的因素
(1)光照：光是叶绿素合成的必要条件。
(2)温度：低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。
(3)镁等无机盐：镁是构成叶绿素的重要成分，缺镁叶片变黄。
2．不同颜色温室大棚的光合效率
(1)在农业生产中，温室大棚应使用无色透明的塑料薄膜或玻璃，因为它们能让所有的光都透过，效果最好。
(2)若为大棚内植物补充光照，应选择补充红光或蓝紫光，因为相同强度的红光或蓝紫光，比白光的光合作用强度要高。
(3)叶绿素对绿光吸收最少，因此使用绿色塑料薄膜或玻璃的温室大棚光合效率最低。
(1)结构
外表：①_______
内部
②_____
③______：由_________堆叠而成
↓决定
(2)功能：进行____________的场所。
双层膜
基质
基粒
类囊体
光合作用
(3)物质基础
在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的_________。
在_____________上和______________中，还有许多进行光合作用所必需的酶。
色素分子
类囊体膜
叶绿体基质
叶绿体基质
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
思考·讨论： 恩格尔曼的实验一
极细的光束
黑暗中——集中于叶绿体被光束照射的部位
光下——分布于叶绿体所有受光部位
水绵
需氧细菌
氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。
讨论：
1、恩格尔曼第一个实验的结论是什么？
(1)、选材：（1）水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。
（2）需氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位。
(2)、设计：黑暗无空气的设计，排除了氧气和光的干扰。
(4)、进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是
光照引起的。
(3)、极细的光束照射：叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当
于一组对比实验。
2、恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
三棱镜
照射水绵
需氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域
思考·讨论： 恩格尔曼的实验二
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？
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，适于需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。
1、在做“绿叶中色素的提取和分离”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（　　）
A.①②③④ B.②④①③ C.④②③① D.③②①④
甲 乙 丙 丁
无水乙醇 － ＋ ＋ ＋
水 ＋ － － －
CaCO3 ＋ ＋ － ＋
SiO2 ＋ ＋ ＋ －
B
练习·巩固
2、如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法不正确的是（　　）
A.叶绿体中甲、乙、丙、丁四种色素都分布在类囊体薄膜上
B.衰老叶片中甲、乙两种色素的含量显著减少
C.甲、乙、丙、丁四种色素均可溶于有机溶剂
D.丙、丁两种色素主要吸收红光和蓝紫光
D
练习·巩固
3、关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是（ ）
A.研磨时加入适量二氧化硅，有助于提高过滤液的色素浓度
B.可用干燥定性滤纸置于玻璃漏斗基部进行过滤，收集滤液
C.可用盖玻片蘸取滤液，沿铅笔细线按压出均匀的色素细线
D.层析后出现的色素带，其位置、颜色和宽窄蕴含不同信息
B
练习·巩固
4、某兴趣小组选择了新鲜菠菜的“绿叶”“嫩黄叶”,做绿叶中色素的提取和分离实验。色素层析结果如图,下面叙述正确的是（ ）
A.提取色素的原理是色素在层析液中溶解度不同
B.如果以“绿叶”为实验材料，实验中没加碳酸钙也可能出现和“嫩黄叶”相似的结果
C.如果将两组实验提取的色素放置在阳光和三棱镜之间，则吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域
D.甲为“嫩黄叶”乙为新鲜菠菜的“绿叶”
B
练习·巩固
5、关于高等植物细胞内的色素的叙述中，错误的是( )
A.绿叶中叶绿素是类胡萝卜素的3倍，所以叶呈绿色
B.所有植物细胞内都含有四种色素
C.细胞内的叶绿体中的色素吸收光能用于光合作用
D.有的植物细胞的液泡内也含有一定量的色素
B
练习·巩固