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(共37张PPT)
第5章 细胞的能量供应与应用
第4节 光合作用与能量转化
（第一课时）
设计意念：
叶子概念车——利用与植物叶子光合作用的相似原理，是一款能够充分利用太阳能、风能以及空气中的二氧化碳从而产生电能驱动的新能源汽车。车顶的大叶子是一部的光电转化器，能把太阳能转化为电能。
今天我们将学习光合作用与能量转化
叶子概念车
第4节
光合作用与能量转化
问题探讨P97
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。讨论以下问题。
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？
提示：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。
植物工厂
提示：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。
一、捕获光能的色素
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”。
第4节
捕获光能的色素
光合作用与能量转化
叶片是进行光合作用的主要器官。在玉米地里，大部分叶片都是绿色的，说明含有绿色的色素，有时可以看到不含绿色色素的白化苗。这样的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。
这说明：
叶片中的色素可能与光能的捕获有关。
绿叶中究竟有哪些色素呢？
第4节
实验-绿叶中色素的提取和分离
光合作用与能量转化
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，用无水乙醇提取色素。
提取原理
分离原理
绿叶中的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。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
进行绿叶中色素的提取和分离。
探究绿叶中含有几种色素。
01实验原理
02目的要求
第4节
实验-绿叶中色素的提取和分离
光合作用与能量转化
03方法步骤-色素的提取
【研磨过滤法】
剪碎
研磨
二氧化硅：研磨充分；
碳酸钙：保护色素；
无水乙醇：溶解色素
称重
过滤
单层尼龙布
第4节
实验-绿叶中色素的提取和分离
光合作用与能量转化
03方法步骤-色素的提取
【研磨过滤法】
将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。
第4节
实验-绿叶中色素的提取和分离
光合作用与能量转化
03方法步骤-色素的分离
【纸层析法】
制备滤纸条
一端减去两角，使扩散均匀
画滤液细线
细、直、匀(待干后再重画1-2次)
观察与记录
分离色素
滤纸条插入层析液中，不能让滤液细线触及层析液
第4节
实验-绿叶中色素的提取和分离
光合作用与能量转化
03方法步骤-色素的分离
制备滤纸条
一端减去两角，使扩散均匀
画滤液细线
细、直、匀(待干后再重画1-2次)
【讨论01】为什么画滤液细线要求细、直、匀，且待干后再重画1-2次？
提示：
①细、直、匀——防止色素带重叠而影响分离效果；
②待干后再重画1-2次——滤液细线积累更多的色素。
第4节
实验-绿叶中色素的提取和分离
光合作用与能量转化
03方法步骤-色素的分离
【纸层析法】
制备滤纸条
一端减去两角，使扩散均匀
画滤液细线
细、直、匀(待干后再重画1-2次)
分离色素
滤纸条插入层析液中，不能让滤液细线触及层析液
【讨论02】为什么不能让滤液细线触及层析液？
提示：
防止色素溶解于层析液中而无法分离。
第4节
实验-绿叶中色素的提取和分离
光合作用与能量转化
03方法步骤-色素的分离
【纸层析法】
【讨论03】滤纸条上有几条不同颜色的色素带？其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？
提示：
4条色素带；排序越上面，说明该色素在层析液的溶解度越高扩散速率越快。
色素带越宽，说明该色素含量越高。
第4节
实验-绿叶中色素的提取和分离
光合作用与能量转化
04实验结果分析
从上至下：胡黄ab
实验视频
实验归纳小结
(1)色素提取——研磨过滤法；色素分离——纸层析法。
(2)选取新鲜绿色的叶片，可使滤液中色素含量高；
(3)迅速研磨是为了防止乙醇挥发过多，充分研磨是使色素完全释放出来。
(4)滤液细线画得要细、匀、直。防止色素带重叠而影响分离效果干燥后再画下1-2次。
(5)滤液细线不要触及（或没入）层析液，使色素溶解，否则可能看不到色素带。
(6)提取色素时，收集到的滤液颜色过浅，可能有一下几种原因：①未加SiO2，研磨不充分。②未加CaCO3或加入过少，色素分子被破坏。③叶片放置时间长，滤液色素少。④一次加入无水乙醇过多，色素浓度低。
绿叶中色素提取与分离实验异常现象分析
课堂练习
1.采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是(　　)
A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B．研磨时加入氧化钙可以防止叶绿素被氧化破坏
C．研磨时添加二氧化硅有助于色素提取
D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散
B
课堂练习
2.在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，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
B
第4节
绿叶中色素的种类和功能
光合作用与能量转化
绿叶中色素的种类
绿叶中的色素
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）
第4节
绿叶中色素的种类和功能
光合作用与能量转化
【讨论】绿色的叶片到了秋季为什么变黄？
提示：
(1)光照是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
(2)温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性。低温时，叶绿素分子易被破坏，而类胡萝卜素分子较为稳定，使叶子变黄。
(3)叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。
叶绿素a:C55H72O5N4Mg
叶绿素b:C55H70O6N4Mg
第4节
绿叶中色素的种类和功能
光合作用与能量转化
绿叶中色素的功能
自然光通过三棱镜
现象：光屏出现明显的色光带
第4节
绿叶中色素的种类和功能
光合作用与能量转化
绿叶中色素的功能
加色素提取液通过三棱镜
现象：蓝紫光和红光的色光带变暗
绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。
第4节
绿叶中色素的种类和功能
光合作用与能量转化
绿叶中色素的功能
提示：
(1)色素吸收的是可见光（波长400-760nm）。
(2)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。
绿叶中叶绿素的含量多，且对绿光吸收量最少，绿光被反射出来，所以呈绿色。
对绿光吸收量最少，植物工厂不用绿色光源。
第4节
绿叶中色素的种类和功能
光合作用与能量转化
绿叶中色素的功能
叶绿体中的色素具有
吸收光能
传递光能
转化光能
二、叶绿体的结构适于光合作用
叶绿素集中在更小的结构
【叶绿体】
第4节
叶绿体的形态和结构
光合作用与能量转化
叶绿体的形态
一般呈扁平的椭球形或球形；
叶绿体的结构
(光学显微镜能观察到，呈绿色)
基粒-由类囊体堆叠而成，在类囊体薄膜上有光合作用有关的酶和色素。叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体，及大地扩展了受光面积。
基质-光合作用有关的酶。
第4节
叶绿体的功能
光合作用与能量转化
恩格尔曼实验一
(1)把载有水绵和好氧细菌临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细的光束照射水绵。现象：通过光学显微镜观察发现，好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中；
(2)把载有水绵和好氧细菌临时装片完全暴露在光下。
现象：通过光学显微镜观察发现，好氧细菌则分布在叶绿体所有受光部位的周围。
第4节
叶绿体的功能
光合作用与能量转化
恩格尔曼实验一
提示：
①水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察。
②好氧细菌因需氧而集中在水绵产生氧气部位，故可通过观察好氧细菌的分布判断水绵光合作用的部位。
【讨论01】恩吉尔曼第一个实验恩在选材上有何巧妙之处？
第4节
叶绿体的功能
光合作用与能量转化
恩格尔曼实验一
提示：
①没有空气的黑暗环境，排除了氧气和光的干扰；
②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，形成对照实验。
③先是部分被照光（光束照射），后是完全暴光，部分被照光还是全部被照光，形成对照实验。
【讨论02】恩吉尔曼第一个实验恩在实验设计上有何巧妙之处？
第4节
叶绿体的功能
光合作用与能量转化
恩格尔曼实验一
提示：
氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
【讨论03】恩吉尔曼第一个实验能得出什么结论？
第4节
叶绿体的功能
光合作用与能量转化
恩格尔曼实验二
提示：
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，叶绿体会释放氧气多，适于好氧细菌在此区域分布。
【讨论04】该实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域，为什么？
在证明光合作用放氧部分是叶绿体后，紧接着又做了第二个实验：他用三棱镜的光照射水绵临时装片，惊奇地发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝光区域。
第4节
拓展练习—实验设计
光合作用与能量转化
恩格尔曼实验-变式设计
提示：
(1)将一束白光用三棱镜进行分光处理，准备两组；
(2)将经过饥饿处理的水绵与好氧菌制成临时装片，准备两组；
(3)甲组：将黑纸片插于经三棱镜分光处理后的光线与临时装片之间，先让红光从小孔照射到临时装片上，显微镜下目测好氧菌分布的数量；乙组：用同样的方法进行实验，只是将红光改成蓝紫光。
预期实验结果及结论：(1)若好氧菌数量甲组>乙组，则红光更利于光合作用；(2)若好氧菌数量甲组<乙组，则蓝紫光更利于光合作用；(3)若好氧菌数量甲组=乙组，则红光与蓝紫光对光合作用影响相同。
红光、蓝紫光哪种对水绵的光合作用更有利？请参照上述恩格尔曼的材料用具、实验方法，并借助可遮光的带一小孔的黑色纸片，设计实验以确定更利于水绵光合作用的光。请简要写出：
①实验思路；
②预期实验结果及结论即可（要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组）。
第4节
叶绿体的结构适于光合作用
光合作用与能量转化
说明：
在叶绿体巨内部巨大的膜表面（类囊体膜）上，分布着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。这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
练习与应用P101
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)叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。（ ）
(2)叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能。（ ）
(3)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。（ ）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种色素
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
一、概念检测
A
×
√
×
二、拓展应用
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？
【提示】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，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。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深的地方。
2.与传统的生产方式相比，植物工厂生产蔬菜等食物有哪些优势？又面临哪些困难？你对植物工厂的发展前景持什么观点？请搜集资料，结合自己的思考写一篇综述性短文。
【提示】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。综述性短文只要证据确凿、逻辑清晰、言之有理,就可以的。

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