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(共32张PPT)
第五章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转换（第1课时）
靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
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。
为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件
影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件也有外界条件，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
那么植物用于捕获光能的结构和物质是什么呢？
思考
植物工厂
问题探讨
探究一
捕获光能的色素和结构
可见：植物正常生长需要光能,而叶片中的色素可能与光能的捕获有关。
玉米白化苗的叶片不含绿色色素不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死去。
白化玉米植株（白色）
绿叶中有哪些色素呢？
正常玉米植株（绿色）
情境一
过渡
分析提取和分离绿叶中色素的实验
【任务1】
(1)提取原理
(2)实验用品及作用
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
无水乙醇：
溶解色素；
使研磨更加充分；
保护色素免于被破坏
碳酸钙：
二氧化硅：
单层尼龙布：
过滤
1.提取绿叶中的色素
漏斗基部放一块 ，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤
剪去主叶脉剪碎,放入研钵中,加少许 ，再加入5-10mL ，迅速、充分地研磨
称取5g ,剪碎,放入研钵中
绿叶
二氧化硅和碳酸钙
无水乙醇
单层尼龙布
棉塞
取材
研磨
过滤
收集
(3)实验步骤
试管收集滤液，及时用棉塞将试管口塞严，防止 ;
分析提取和分离绿叶中色素的实验
【任务1】
乙醇挥发和色素氧化
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。
(4)拓展分析
②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。
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。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。
分析提取和分离绿叶中色素的实验
【任务1】
(1)分离色素的方法：
层析液
培养皿
“纸层析法”
(2)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。
2.分离绿叶中的色素
分析提取和分离绿叶中色素的实验
【任务1】
滤液细线
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,防止色素溶解在层析液中
(3)实验步骤
“纸层析法”
制备滤纸条
制备滤纸条,剪去 ，使 ；
在距离剪角一端 处用铅笔画一条细的横线
画滤液细线
分离滤液色素
毛细吸管吸取少量滤液
将适量的层析液倒入试管中
沿铅笔线画出一条细线(细、齐、直)
待滤液干后，再画一两次(增加色素的含量 )
将滤纸条轻轻插入层析液中
用棉塞塞紧试管口
分析提取和分离绿叶中色素的实验
【任务1】
两角
扩散均匀
1cm
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。
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
分析提取和分离绿叶中色素的实验
【任务1】
3. 实验结果分析
白光
可见光
760nm
400nm
光谱
红外光
紫外光
阳光通过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱
红
橙
黄
绿
青
蓝
紫
光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760 nm。不同波长的光，颜色不同。
情境二
叶绿素
说明叶绿素主要吸收什么光？
白光
情境二
白光
类胡萝卜素
说明类胡萝卜素主要吸收什么光？
情境二
0
450
500
550
600
650
700
400
50
100
吸收光能的百分比
波长/nm
类胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
绿叶中色素的吸收光谱
情境二
色素带 色素 种类 色素 颜色 色素 含量 溶解度 扩散速度 吸收
光
胡萝卜素
叶黄素 叶绿素a
叶绿素b 橙黄色
最少
最高
最快
黄色
较少
较高
较快
蓝绿色
最多
较低
较慢
黄绿色
较多
最低
最慢
叶绿素由C、H、O、N、Mg构成
叶绿素
（含量约占3/4）
类胡萝卜素（含量约占1/4）
绿叶中光合素色的种类及吸收光谱
【任务2】
蓝紫光和红光
蓝紫光
结合色素的吸收光谱分析实际问题
学以致用
植物工厂
植物工厂里为什么不用发绿的光源？
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。
无色。因为太阳光由七色光组成，所以用无色薄膜，植物可以获得更多的光能。
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？
大棚蔬菜
结合色素的吸收光谱分析实际问题
学以致用
阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
蓝紫光和红光。在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。
1.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
A
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
课堂检测
2.某人做叶绿体中色素分离实验时，使用的是圆形滤纸，装置如下图。实验结束时在圆形滤纸上形成四个同心色素圆环，则最内圈所呈颜色为( )
A.橙黄色
B.黄色
C.蓝绿色
D.黄绿色
D
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
课堂检测
(1)收集的滤液绿色过浅的原因分析
未加二氧化硅，研磨不充分
菠菜叶不新鲜，滤液色素(叶绿素)太少。
加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小
未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
光合色素的提取与分离实验结果异常情况总结
选取的叶片是嫩黄叶或者老叶
未加CaCO3，导致叶绿素被破坏。
色素提取液放置时间过长，导致叶绿素分解
(2)叶绿素a叶绿素b色素带较浅或者没有的原因
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
光合色素的提取与分离实验结果异常情况总结
忘记画滤液细线。
没等干后再划线、滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。
提取液使用蒸馏水，而不是无水乙醇
滤液细线接触层析液，色素溶解到层析液中
(3)滤纸条看不到色素带
(4)滤纸条色素带重叠
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
光合色素的提取与分离实验结果异常情况总结
探究二
光合色素的种类
如果把水稻、苹果等被子植物的叶肉细胞放在光学显微镜下观察，可以看到叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形。不过，叶绿体内更精细的结构，就必须用电子显微镜观察才能看清楚。
情境三
【任务3】
②
①
③
④
(1)写出图中的①②③④所代表的结构：
①______________________
②______________________
③____________________
④____________________
(2)叶绿体是如何增大生物膜面积的，优点
叶绿体含有众多的基粒和类囊体,极大地扩展了生物膜面积。
(3)进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中
类囊体薄膜上或者叶绿体基质中。
叶绿体内膜、外膜
叶绿体基质
叶绿体基粒
类囊体薄膜
分析叶绿体的结构适于进行光合作用
1. 叶绿体的结构
水绵是一种多细胞植物，也是常见的真核生物，1881年，德国科学家恩格尔曼用水绵和好氧细菌做了这样的实验:
螺旋带状叶绿体
细胞核
好氧细菌
情境四
恩格尔曼的实验一：
氧气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
(1)实验的自变量和因变量是什么？
自变量：
因变量：
叶绿体是否光照
（观测指标：好氧细菌的分布）
完全光照
叶绿体光照部位是否产生氧气
黑暗，无空气
极细光束照射
好氧细菌
2. 叶绿体的功能
【任务3】
分析叶绿体的结构适于进行光合作用
(2)实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点：水绵的叶绿体呈___________分布，便于观察；用需氧细菌可确定 的部位。
(3)为何要除去小室中原有的空气？
螺旋带状
释放氧气多
可排除空气中氧气的干扰。
(4)在黑暗中用极细的光束照射水绵有何巧妙之处？
使叶绿体形成有光和无光部位,相当于一组对比实验。
(5)为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
和黑暗条件下用极细的光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。
【任务3】
分析叶绿体的结构适于进行光合作用
这是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，叶绿体会释放较多氧气，适于需氧细菌在此区域分布。
(1)为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？
恩格尔曼的实验二
(2)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。
恩格尔曼的实验（二）
为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？
三棱镜
好氧细菌
【任务3】
分析叶绿体的结构适于进行光合作用
1.下列有关叶绿体的叙述，正确的是（ ）
A.叶绿体具有双层膜结构，光合色素分布在内膜上
B.叶绿体中只有叶绿素可吸收光能用于光合作用
C.叶绿体内众多的基粒，极大地扩展了受光面积
D.植物叶片多呈现绿色是由于叶片中的叶绿体吸收了较多绿光
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
课堂检测
C
2.德国科学家恩格尔曼曾用需氧细菌、水绵做了两个实验,发现叶绿体的功能以及光合作用的吸收光谱,实验内容如图所示。下列分析错误的是（ ）
A.实验一黑暗组水绵叶绿体的不同部位可以相互对照
B.实验一中的两组实验均是在无空气的小室内进行的
C.实验一说明叶绿体通过光合作用向细胞外释放氧气
D.实验二说明叶绿体不能吸收波长为550～600 nm的光
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
课堂检测
D
（蓝绿色）
叶绿素a
（黄绿色）
叶绿素b
（橙黄色）
胡萝卜素
叶 黄 素
（黄 色）
叶绿素
（约占3/4，主要吸收红光和蓝紫光）
类胡萝卜素
（约占1/4，主要吸收蓝紫光）
绿叶中的色素
叶绿体
双层膜
基质中有许多由囊状结构堆叠而成的基粒
光合色素分布在类囊体薄膜上，光合作用的酶分布在类囊体薄膜和基质
叶绿体是捕获光能、进行光合作用的场所。
结构
功能
构建网络

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