5.4光合作用与能量转化第一课时课件-2024-2025学年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5章细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用与能量转化—— 捕获光能的色素和结构 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。 白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料。 正常幼苗能进行光合作用制造有机养料。 植物捕获光能依靠特定的物质和结构： 叶片中的色素 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,是生物圈得以维持运转的基础。光合作用( photosynthesis)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”。 绿叶中色素的提取和分离 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。 提取色素 研磨 过滤 收集滤液 绿叶剪碎 二氧化硅：充分研磨 碳酸钙：保护叶绿素 无水乙醇：溶解色素 迅速充分：防止乙醇挥发充分溶解色素 加棉塞：防止乙醇挥发和色素氧化 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 绿叶中色素的提取和分离 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 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。 制备滤纸条 一端剪去两角 使扩散均匀 提取色素 研磨 过滤 收集滤液 绿叶剪碎 二氧化硅：充分研磨 碳酸钙：保护叶绿素 无水乙醇：溶解色素 迅速充分：防止乙醇挥发充分溶解色素 加棉塞：防止乙醇挥发和色素氧化 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。 使层析液在滤纸条上扩散得快。 避免边缘效应，使层析液同步到达细线 画滤液细线 细、齐、直 滤液细线干燥后再画一两次 使分离的色素带平整不重叠 使分离的色素清晰分明 为了积累更多的色素，使分离后的色素带更明显 制备滤纸条 一端剪去两角 使扩散均匀 提取色素 画滤液细线 细、齐、直 滤液细线干燥后再画一两次 使分离的色素带平整不重叠 使分离的色素清晰分明 制备滤纸条 一端剪去两角 使扩散均匀 提取色素 色素分离 滤纸条插入层析液中，层析液不能没及滤液细线 防止色素溶于层析液 层析液 培养皿 防止色素溶解在层析液中，无法分离 层析液为有毒性的挥发性物质 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 色素分布：叶绿体的内囊体薄膜上 功能：吸收、传递、转换光能 实验结果 ①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。 ②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明色素含量越多。 ③色素带的扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越大，胡萝卜素溶解度最大。 1.某同学得到叶绿体色素溶液后，取一圆形滤纸，在滤纸中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，色素随层析液扩散得到如图结果，则1、2、3、4四条色素带依次表示 A.胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b B.叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素b C.叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素 D.叶绿素b、叶绿素a、胡萝卜素、叶黄素 A 实验结果 （1）收集到的滤液绿色过浅的原因 ①未加入（石英砂）二氧化硅，研磨不充分。 ②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素（叶绿素）含量太少。 ③一次性加入大量的无水乙醇（正确做法分次少量加入）。 （2）滤纸条色素带重叠：滤纸条的滤液细线接触到层析液。 ①忘记画滤液细线。 ②层析液没及滤液细线，色素全部溶解到层析液中。 ④未加入碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。 （3）滤纸条上看不见色素带 实验失败分析 2.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 光照 温度 必需元素 色素与叶片的颜色 正常绿色 叶色变黄 叶色变红 影响叶绿素合成的主要因素，一般植物在黑暗条件中不能合成叶绿素，因而叶面变黄。 温度可以影响叶绿素合成相关酶的活性，进而影响叶绿素的合成。 叶绿素中含有N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶子变黄。 正常叶片中叶绿素和类胡萝卜素的比例为3:1，且对绿光吸收较少，所以正常叶片总是呈绿色。 寒冷时，叶绿素分子容易被破坏，类胡萝卜素比较稳定，叶片呈现出类胡萝卜素的颜色，叶子变黄。 秋天时，低温和植物体内积累的可溶性糖有利于花青素的形成，花青素在酸性的叶肉细胞中变成红色，叶绿素逐渐被降解。 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。 光谱 三棱镜 色素的吸收光谱 叶绿素：吸收蓝紫光和红光 类胡萝卜素：吸收蓝紫光 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。 不同颜色温室大棚的光合效率 (1)无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚光合效率最高。 (2)若需补光(单色光)，则同一光照强度下，补蓝紫光、红光效果好。 (3)叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。 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？ 光的波长越长，所含能量越少，穿透能力越弱，红光的穿透能力最弱，蓝紫光穿透能力最强，浅层水体的藻类主要吸收红光和蓝紫光，吸收绿光很少，深层水体的藻类主要吸收蓝紫光，吸收的红光很少 叶绿体的结构和功能 类囊体薄膜上 类囊体 外膜 内膜 基粒 类囊体薄膜上分布着色素 类囊体薄膜上分布光合作用所需要的酶 叶绿体由膜包被，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种色素就分布在内囊体的薄膜上，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。 叶绿体的结构和功能 恩格尔曼的实验 将水绵和需氧型细菌放在没有空气的小室内 极细的光束 放置光下 氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所 实验结论： 叶绿体的结构和功能 恩格尔曼的实验 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。 叶绿体主要利用红光和蓝紫光释放氧气 实验结论： 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.排出干扰的方法妙：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。 恩格尔曼在选材实验设计上有什么巧妙之处？ 3.1880年美国生物学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，观察细菌的聚集情况(如下图)。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的思路是(　　) A．细菌对不同的光反应不一样，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强 B．需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强 C．需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强 D．需氧细菌大量消耗O2，使水绵光合作用增强，则该种光有利于光合作用 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—— 捕获光能的色素和结构 甲 乙 丙 丁 无水乙醇 － ＋ ＋ ＋ 水 ＋ － － － CaCO3 ＋ ＋ － ＋ SiO2 ＋ ＋ ＋ － $$