5.4光合作用与能量转化第1课时课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

5.4光合作用与能量转换 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？ 植物工厂 ①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。 ②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。 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，则是万物生长靠太阳。太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维 2 玉米中有时会出现白化苗，图中是白化苗和正常玉米苗的比较，白化苗由于不能进行光合作用，待种子中的营养成分消耗完后就会死亡，这说明光合作用离不开色素的作用。 绿叶中有哪些色素呢，如何提取呢？ 它们分别是什么颜色呢？ 各种色素在绿叶中的含量相同吗？ 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 2.分离色素原理：纸层析法 在层析液中溶解度大的色素在滤纸条上扩散得快，反之溶解度小，扩散速度慢 1.提取原理：光合色素均可溶于无水乙醇、乙醚和丙酮等溶剂（溶解度不同），不溶于水，因此，可以用这些溶剂提取叶绿素。 1.实验原理 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 2、实验步骤 ①提取色素 研磨：称取5 g新鲜绿叶，剪去主叶脉剪碎叶片，放入研钵中，加少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10 mL无水乙醇，迅速、充分研磨。 SiO2: CaCO3： 10ml无水乙醇： 使研磨充分 防止色素被破坏 溶解色素 ①菠菜叶放置24-36小时的原因？ 防止水分过多影响提取效果。 ②研磨时应注意什么？原因为何？ 迅速且充分。保证色素释放的更加充分且挥发量少。 实验注意 ③为什么研磨时要迅速？ 叶绿素不稳定，易被破坏，因此研磨要迅速、充分，以保证提取较多的色素。 2、实验步骤 ②过滤 将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（基部放置单层尼龙布），获取绿色滤液，及时用棉塞将试管口封严。 单层尼龙布： 封严： 防止层析液在滤纸条边缘扩散过快，使层析液在滤纸条上扩散均匀。 过滤叶脉及二氧化硅等 防止乙醇挥发和色素氧化 2、实验步骤 ③画滤液细线 用毛细吸管（我们使用的是盖玻片）吸取少量滤液，沿铅笔线均匀划出一条细线。 细、齐、直： 要求：细、齐、直。 待滤液干后，重复1-2次。 重复1-2次: 防止色素带重叠 积累更多色素，使色素分离效果更明显。 ①层析液的成分及注意事项？ 层析液由苯、丙酮、石油醚按一定比例混合而成。 使用时应注意盖好盖子并避免洒出。层析过程应在通风处进行，结束时应用肥皂将手洗干净。 ②滤液细线的划线原则？ 细、直、齐。 ③分离后的色素有几种？有何差异？ 叶绿体色素的提取与分离 实验注意 ④为什么盛放滤液的试管管口加棉塞？ 防止乙醇挥发和色素氧化 ⑤分析滤纸条上色素带宽窄不同的原因? 不同种类的色素在绿叶中的含量不同，含量多的色素带宽，反之色素带窄。 2、实验步骤 ④分离色素 将滤纸条有滤液细线的一端朝下，略微倾斜靠着烧杯内壁，轻轻插入层析液，用培养皿盖盖上烧杯。 要求：不能让滤液细线触及层析液 溶解度大，扩散速度快 溶解度小，扩散速度慢 防止色素溶解在层析液中 胡 爷 爱 币 记忆： 从上到下 橙黄蓝黄 提示：绿叶中色素含量--叶绿素（3/4）；类胡萝卜素（1/4）（色素带宽度与色素含量的关系，还需要进一步讨论） 叶绿素 （含量约占3/4） 类胡萝卜素（含量约占1/4） ▲ 滤纸上色带的排列顺序如何？宽窄如何？说明什么？ 实验过程总结 假设同学甲在进行色素提取实验时，一次加入大量无水乙醇； 同学乙在进行层析时，不小心将滤液细线浸没于层析液之下。请问两位同学的操作是否会影响到实验结果？ 同学甲的操作会导致提取到的色素浓度过低；同学乙的操作会导致滤纸条上的色素更多的溶解于层析液中。 实验注意 A.收集到的滤液绿色过浅的原因分析 ➊未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。 ➋使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。 ➌一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。 ➍未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。 B.滤纸条色素带重叠： 经干燥处理，滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。 C.滤纸条看不到色素带 ➊忘记画滤液细线、用清水代替乙醇进行提取。 ➋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。 D.滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带： 忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。 绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析 1.下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述，正确的是(　　) A．应该在研磨叶片后立即加入CaCO3，防止酸破坏叶绿素 B．即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出4种光合作用色素 C．为获得10 mL提取液，研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好 D．层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失 B 　 2.如图是某同学用无水乙醇分别提取正常光照和强光照下某种植物等量叶片中的光合色素，然后用层析液进行纸层析得到的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列相关叙述正确的是( ) A.实验研磨操作中若加入的二氧化硅或碳酸钙过 　少，都会导致色素条带颜色变深 B.实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，实验 　效果更好 C.色素分离过程中如果滤液细线触及层析液， 　会缩短四条色素带间的距离 D.与正常光照下相比，该植物强光照下叶片会发黄 D　 ▌研磨绿叶时要加入碳酸钙，其目的是( ) A. 使各种色素溶解在丙酮中 B. 使研磨充分 C. 防止色素分子被破坏 D. 加速研磨 ▌纸层析法分离叶绿体色素时,滤纸上最下端的色素名称和颜色分别是 ( ) A. 橙黄色的胡萝卜素 B. 黄色的叶黄素 C. 蓝绿素的叶绿素a D. 黄绿色的叶绿素b D C ￭ 实战演练 ▌在圆形滤纸的中央，滴上叶绿体的色素滤液进行色素分离，会看到近似同心的四圈色素环，排在最外圈的色素是 ( ) A. 橙黄色的胡萝卜素 B. 黄色的叶黄素 C. 蓝绿素的叶绿素a D. 黄绿色的叶绿素b A 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。 太阳光 太阳光是由多种波长的光混合而成 四种光合色素对光的吸收有什么差别呢？ 连续光谱 连续光谱中有部分变黑 色素的颜色是由其反射的光所决定 A.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 B.叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同 C.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光 吸收光谱 学科交叉：叶绿体中的色素只吸收 ， 而对红外光和紫外光等不吸收。 可见光 学科交叉：叶绿体中的色素只吸收可见光， P99， 而对红外光和紫外光等不吸收。 21 1.植物工厂里为什么不用发绿光的光源？应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？ 2.为什么许多植物到了秋天叶子就变黄了? 这些捕获光能的色素位于什么地方呢？ ￭ 色素的吸收光谱与分布 这种波长的光几乎不能被光合色素吸收，因此不能用于光合作用中合成有机物。 无色透明的塑料薄膜。蓝紫光和红光 寒冷时叶绿素易破坏，而类胡卜素较稳定。 大棚内照明灯在功率相同的情况下，最好选； 22 正常绿色 叶色变黄 叶色变红 植物色素 知识拓展 寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色而变黄 正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色 秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色 23 ▌下图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。根据此图并结合所学知识分析，以下说法中正确的是 ①在晚间用大约 550 nm 波长的绿光照射行道树，目的是通过植物光合作用以增加夜间空气中的氧气浓度 ②在通过纸层析法分离出来的色素带上，胡萝卜素的条带在最上面 ③土壤中缺乏镁时，对 420~470nm 波长的光的利用率显著减少 B. ①③ A. ①② C. ②③ D. ①②③ D ￭ 实战演练 事实是否与我们推测的一样呢？继续沿着科学家的足迹来研究。 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和酶就分布在类囊体的薄膜上。 而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。 基质中有与光合作用有关的酶，少量DNA、RNA，核糖体 捕捉光能的色素在细胞中的哪个部位？ 恩格尔曼（实验一） 水绵+好氧细菌 黑暗 无空气 极细光束照射 完全暴露光下 好氧细菌集中在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 ￭ 叶绿体的功能 1.恩格尔曼第一个实验说明什么？ 叶绿体能吸收光能放氧。 试验的巧妙之处： ①水绵叶绿体大且呈带状,方便处理观察 ②好氧细菌可确定释放氧气部位； ③没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的影响 ④极细光线使叶绿体分为有光无光对比实验 ⑤装片曝光再次验证试验 无氧 光照处理 ￭ 叶绿体的功能 2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？ 3.大量好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，说明什么？ 恩格尔曼（实验二） 结论：叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 光的波长（nm） 说明光合作用主要吸收的是红光和蓝紫光，在此波长段光照射下，叶绿体会放出氧气，适于好氧菌在此分布。 4. 你觉得叶绿体有什么功能？ 叶绿体吸收光能并释放氧气，是光合作用场所，并能吸收特定波长的光。 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 28 小积累 知识拓展 叶绿素不稳定，易分解 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，植物在黑暗中叶呈黄色。 (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。 海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻、红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象是如何造成的？ 思考·讨论 藻类 含量最多的色素 水层及主要存在的光 绿藻 叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光 浅水层：存在红光和蓝紫光。 褐藻 某种叶黄素 主要吸收绿光和蓝紫光，反射红黄光 中水层：存在绿光、蓝紫光 红藻 藻红素 主要吸收蓝紫光, 反射红光 深水层：存在蓝紫光 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褐藻分布于海水中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。 1.秋天爬山虎的叶子逐渐变红，在显微镜下观察这样的叶片横切，可以看到栅栏组织细胞整体呈观均匀红色，加入稀碱液处理5分钟，可见有些细胞变蓝了，使细胞呈现红色的是：( ) A．液泡中的花青素  B．叶绿体  C．无法判断  D．细胞壁中的色素  A (2012年浙江卷，30题，节选)植物停止供水一段时间后，叶片变黄，原因是： 叶绿素合成变化或停止或叶绿素分解，类胡萝卜的颜色显露出来 ▌叶绿体是绿色植物进行光合作用的主要场所，下列关于叶绿体结构的叙述，正确的是（ ） A．观察叶绿体常选用菠菜叶的上表皮 B．叶绿体具有双层膜，即外膜和内膜，其中内膜上附着有众多的与光合作用有关的酶 C．叶绿体的形态和分布不会发生改变 D．叶绿体的类囊体增大了膜面积，有利于光合作用的进行 D 事实是否与我们推测的一样呢？继续沿着科学家的足迹来研究。 ▌叶绿体是光合作用的主要场所，下列关于叶绿体的叙述，正确的（ ） A．在光学显微镜下，可以观察到叶绿体的类囊体 B．吸收光能的四种色素分布在基质中 C．光合色素捕获的光是属于可见光 D．没有叶绿体的细胞就不能进行光合作用 C ￭ 实战演练 事实是否与我们推测的一样呢？继续沿着科学家的足迹来研究。 海蛞蝓—进行光合作用的小动物 叶绿体的功能 光合色素功能：吸收、传递（四种色素）、转化光能（只有少数特殊状态的叶绿素a） 叶绿素a:C55H72O5N4Mg 叶绿素b:C55H70O6N4Mg 胡萝卜素：C40H56 叶黄素：C40H56O2 叶绿体是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，分布了许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中还有许多进行光合作用所必需的酶。 36 3．如图1所示为某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验的流程，请分析回答下列问题： (1)提取色素时为了研磨充分应加入__________，纸层析法分离色素的原理是 ________________________________________________________________________________。 (2)纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示，其中共有的色素带 的颜色是____________，据此能得出的结论是_______________________。 SiO2 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条上扩散的快，反之则慢 橙黄色、黄色 叶绿素的形成需要光 (3)将刚制备的等量的韭菜和韭黄的色素滤液放在阳光与三棱镜之间，“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在______(填“蓝紫”或“红”)光区域。将制得的韭菜色素滤液放在强光下曝光1～2 h，再重复上述实验，其结果与韭黄色素滤液的实验结果基本一致，其原因是__________________________。 (4)一分子叶绿素中含有一个Mg2＋(可被H＋、Cu2＋等置换)。将韭菜色素滤液用质量分数为5%的HCl溶液处理一段时间后，其颜色与研磨过程中未加入________时的颜色相似。 红 叶绿素不稳定，在强光下易分解 CaCO3 植物色素 比较项目 光合色素 细胞液色素 存在部位 叶绿体 液泡 溶解性 脂溶性 水溶性 代表种类 类胡萝卜素和叶绿素 花青素 颜色 橙黄、黄、绿 红、蓝、紫 颜色变化 不随pH改变变化颜色 随pH改变变化颜色 红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。 胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。 知识拓展 $$