5.4光合作用与能量转化【知识精研+能力提升】高一上学期生物人教版（2019）必修1

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植物工厂问题探讨

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，生产蔬莱和其他植物。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。

光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。对于高等植物来说，叶片是进行光合作用的主要器官。正常幼苗进行光合作用，制造有机养料。白化苗无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。光能的捕获与叶片色素有关白化苗正常苗捕获光能的色素和结构第一课时探究·实践绿叶中色素的提取与分离1提取绿叶中的色素提取原理实验用品绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中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思考·讨论1.研磨时应注意什么？原因是什么？研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。*观看提取绿叶中的色素的实验操作视频3.过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？不能用滤纸替代。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。4.某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？(1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来；(2)称取绿叶过少或加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小；(3)未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏。2.已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏，试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？色素提取时，研磨叶片会导致液泡中的有机酸释放，破坏叶绿素，碳酸钙可以中和酸性物质，保护叶绿素。2分离绿叶中的色素分离色素的方法：层析液（石油醚、丙酮、苯）培养皿“纸层析法”分离色素的原理：不同色素在层析液中的溶解度不同。溶解度高的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；溶解度低的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。利用待分离物质中不同组分的某些理化性质的差异而建立起来的一种分离技术。实验注意事项：剪掉两角：防止两边滤液扩散速度太快，使色素带扩散均匀。滤液细线：细、齐、直。待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。盖住：因层析液易挥发，有一定毒性。层析液不能浸没滤液细线，如果滤液细线触及层析液，那么滤纸条上的色素会溶于层析液中。①制备滤纸条②画滤液细线滤液细线（待滤液干后重复画1~2次）③分离色素层析液（盖住）层析液不能浸没滤液细线分离色素实验步骤实验步骤胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b实验结果

滤纸条上的色素带分布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。色素分离滤纸条上色素的分布情况说明了什么？绿叶中光合色素的种类叶绿素（含量约占3/4）类胡萝卜素（含量约占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）写出各种光合色素的含量排序。色素含量：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素

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。不同波长的光，颜色不同。3光合色素的吸收光谱叶绿素溶液叶绿素a、b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学科交叉：叶绿体中的色素只吸收

，

P99，

而对红外光和紫外光等不吸收。可见光3光合色素的吸收光谱叶绿素溶液

不同波长的光具有明显不同的生物学效应，包括对植物的形态结构与化学组成、光合作用和器官生长发育等方面的不同影响。植物工厂的LED灯都是做成全红、全蓝、红蓝组合三种形式。*花青素，是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物质大部分与之有关。在植物细胞液泡不同pH条件下，花青素使花瓣、叶片等呈现五彩缤纷的颜色。在春夏季节，叶子中叶绿素含量高于类胡萝卜素，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以呈绿色。在秋季，叶绿素被破坏，类胡萝卜素完好，叶子呈现出来类胡萝卜素的颜色，所以呈现黄色。二、叶绿体的结构适于进行光合作用1g菠菜叶片中的类囊体总面积竟有60m2左右。叶绿体结构模式图外膜内膜基粒基质每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成。这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上。每个基粒都含有两个以上的类囊体，多者可达100个以上。叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，极大地扩大了受光面积。二、叶绿体的结构适于进行光合作用1.分布主要分布在绿色植物的叶肉细胞2.形态一般呈扁平的椭球形或球形3.结构外膜内膜基粒由两个以上的类囊体组成，含色素和酶基质含多种光合作用所必需的酶，含有少量的DNA和RNA。二、叶绿体的结构适于进行光合作用水绵黑藻4.恩格尔曼实验1.恩格尔曼的实验说明了什么问题？2.恩格尔曼实验的巧妙之处？选材好:水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。设计妙: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，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组对照实验。光的条件下，叶绿体进行光合作用，产生氧气。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。3.为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？光三棱镜临时装片好氧细菌水绵好氧细菌4.综合上述分析，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。练习与应用一、概念检测1.（1）╳(2)√(3)╳A并非所有植物细胞中均含有色素，它主要分布在绿色植物的叶肉细胞中。

二、拓展应用1.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,即红藻反射出红光,绿藻反射出绿光,褐藻反射出黄光。水层对光波中的红、橙部分的吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收,即到达深水层的光线是相对富含短波长的光,所以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中较深的地方。

2.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。综述性短文要求资料新颖、证据确凿、