5.4光合作用与能量转化第1课时课件高一上学期生物人教版必修1

第4节

光合作用与能量转化一、捕获光能的色素和结构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。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

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”。白化苗正常苗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。正常幼苗进行光合作用，制造有机养料。事实：推论:光能的捕获与叶片颜色有关分析，提出假设：光能的捕获需要绿叶所含的色素1绿叶中色素的提取和分离1.如何提取？2.如何分离？绿叶中色素的提取和分离提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中分离：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【实验原理】【实验目的】1.进行绿叶中色素的提取和分离2.研究绿叶中含有几种色素纸层析法材料用具新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药勺，量筒(10mL)，天平。①称取5g的绿叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。②放入少许二氧化硅和碳酸钙，再放入5--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，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。【实验步骤】防止挥发和色素分子被氧化1.提取绿叶中的色素2.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)绿叶不新鲜(2)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来(3)未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏(4)加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小1.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.制备滤纸条将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条，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。3．画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线（也可将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线）。待滤液干后，再重画一到两次。积累更多的色素使分离色素带更明显细、直、齐1cm①制备滤纸条②画滤液细线滤液细线（细、齐、直）（待滤液干后重复画1~2次）③分离色素层析液（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分离色素【实验结果】溶解度含量高低叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素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）色素名称元素组成分子质量α-胡萝卜素C、H536.8叶黄素C、H、O568叶绿素aC、H、O、N、Mg892叶绿素bC、H、O、N、Mg906内外叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素3.滤纸条上的色素带颜色过浅或较窄，分析可能的原因有哪些？(1)提取的色素少；(2)滤液细线只画一次(3)滤液细线触及层析液4.滤纸条上看不到色素带，分析可能的原因有哪些？5.滤纸条上叶绿素的两条色素带较窄，分析可能的原因有哪些？6.滤纸条上的色素带重叠，分析可能的原因有哪些？(1)滤纸条未干燥；(2)滤纸条未剪去两角(3)滤液细线未达到细、直、齐光是一种电磁波，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。一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。叶绿素溶液类胡萝卜素溶液叶绿素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功能：吸收、传递和转化光能问题探讨：为什么常见的是红色、蓝色和白色的光源？植物利用光能的效率更高。植物工厂里为什么不用发绿光的光源？

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，因此无法用于光合作用中制造有机物。冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？应选无色的大棚塑料薄膜。因为太阳光由七色光组成，所以用无色的大棚塑料薄膜，植物可以获得更多的光能。2叶绿体的结构适于进行光合作用外膜内膜基质类囊体基粒叶绿体的结构吸收光能的4种色素分布在类囊体的薄膜上，基粒与基粒之间充满了基质。叶绿体内众多的基粒和类囊体，极大扩展了受光面积。在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用的酶叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？资料11881年，德国科学家恩格尔曼（T.Engelmann,1843—1909）做了这样的实验：把载有水绵（叶绿体呈螺旋带状分布）和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。恩格尔曼的第一个实验1.实验材料为什么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，用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。3.在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？

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。4.为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。2.为何要在没有空气的黑暗环境？

排除了氧气和光的干扰。德国科学家恩格尔曼的第二个实验好氧细菌水绵好氧细菌大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域又结合其他的实验证据，科学家们得出叶绿体是光合作用的场所这一结论恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。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中色素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1.基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确（1）叶绿体只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作

（

）（2）叶绿体类囊体上有巨大膜面积，利于吸收光能。

（

）（3）植物绿叶之所以呈绿色，因为叶片中叶绿体吸收了绿光。（

）A

概念检测1．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？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，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。拓展应用水对红、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褐藻分布于海水中层，吸收蓝