5.4.1 光合作用课件-2022-2023学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

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分子与细胞第4节 光合作用和能量转化第1课时第五章 细胞的能量供应和利用学习目标1. 说出叶绿体中色素的种类和作用2.说出叶绿体色素的提取和分离的原理及方法3. 说明叶绿体的结构与功能相适应4.说出光合作用的光反应和暗反应的过程 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。问题探讨1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？问题探讨 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。2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？问题探讨 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。捕获光能的色素和结构在玉米地里，有时可以看到叶片中不含绿色色素的白化苗。这样的白化苗，待种子中储存的营养成分耗尽就会死亡。可见，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？实验：绿叶中色素的提取和分离1.绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。实验原理：2.由于色素存在于细胞内，需要先破碎细胞才能释放出色素。（一）色素的提取实验：绿叶中色素的提取和分离新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）。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,药匙,量筒(10mL),天平等。无水乙醇(也可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替)，层析液(由20份在60~90℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成)，二氧化硅和碳酸钙。材料用具：实验：绿叶中色素的提取和分离剪碎1.选材：选取新鲜菠菜叶5克，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。实验：绿叶中色素的提取和分离实验步骤：为什么选取新鲜绿色的叶片作为实验材料？ 新鲜绿色的叶片中色素含量高，实验效果明显。2.向研钵中放入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5~10ml无水乙醇加试剂SiO2：有助于研磨充分CaCO3：防止色素（叶绿素）被破坏无水乙醇：溶解色素实验：绿叶中色素的提取和分离研磨研磨过程中要充分、迅速实验：绿叶中色素的提取和分离保证色素充分释放且挥发量少。过滤3.将研磨液迅速倒入玻璃漏斗内（漏斗基部放一块儿单层尼龙布）进行过滤实验：绿叶中色素的提取和分离过滤时为什么选用单层尼龙布，而不选用滤纸？滤纸会吸附色素4.将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严实验：绿叶中色素的提取和分离防止乙醇挥发和色素氧化收集为什么用棉花塞紧试管口？实验：绿叶中色素的提取和分离实验结果：得到多种光合色素的混合液实验：绿叶中色素的提取和分离实验中异常现象的分析：①没有加二氧化硅，研磨不充分，色素未能充分提取出来；②称取的绿叶过少或加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小(1)色素提取液颜色过浅的原因可能是：①未加入碳酸钙或加入的量过少，色素分子部分被破坏；②叶片不新鲜，使用放置数天的叶片，叶绿素已降解；③在强光下进行，叶绿素见光分解。(2)色素提取液发黄的原因可能是：实验：绿叶中色素的提取和分离1.绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，但不同色素的溶解度不同。实验原理：（二）色素的分离2.溶解度高的色素随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢；这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸条上的扩散而分开。实验：绿叶中色素的提取和分离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。实验：绿叶中色素的提取和分离制备滤纸条实验：绿叶中色素的提取和分离思考：为什么要剪去两角？避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达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1~2次。实验：绿叶中色素的提取和分离画滤液细线实验：绿叶中色素的提取和分离使色素带不重叠、平整、不弯曲画线要求： 细、直、齐；而且要求含有较多的色素。待滤液干后，再重画一到两次。重复2—3次将适量层析液倒入小烧杯（试管）中，将滤纸条轻轻插入层析液中，随后用用培养皿盖住烧杯口（棉塞塞紧试管口）。实验：绿叶中色素的提取和分离分离色素纸层析法实验：绿叶中色素的提取和分离思考①为什么层析液不能浸没滤液细线？防止色素溶解在层析液中防止层析液挥发（层析液有毒易挥发）②为何要盖上培养皿？实验：绿叶中色素的提取和分离实验结果：橙黄色黄色黄绿色蓝绿色最少较多较少最多最高较高较低最低最快较快较慢最慢胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b实验：绿叶中色素的提取和分离结果分析：②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多③色素带扩散速度与其在层析液中的溶解度有关，扩散速度越快说明色素在层析液中的溶解度越高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实验：绿叶中色素的提取和分离实验中异常现象的分析：①画滤液细线时，细线没有做到细、齐、直，使色素带彼此重叠；②滤纸条一端两角剪的不对称。(1)色素带不整齐的原因可能是：①滤液细线触及层析液，色素全部溶解到层析液中；②忘记画滤液细线等。(2)滤纸条上不出现色素带的原因可能是：实验：绿叶中色素的提取和分离实验中异常现象的分析：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。(3)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：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。(4)滤纸条色素带重叠：实验：绿叶中色素的提取和分离如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置。应将滤液滴在a处还是b处？实验：绿叶中色素的提取和分离四个同心圆的色素带，从外往里依次为：实验结果应会出现四个不同颜色的同心圆，最外层应是什么颜色？胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b捕获光能的色素现象：色光带变暗，且蓝紫光和红光大部分被吸收1.色素的吸收光谱捕获光能的色素光是一种电磁波；可见光的波长是400-760nm；不同波长的光，颜色不同；波长小于400nm的光是紫外光；波长大于760nm的光是红外光；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光.绿叶中色素的作用：吸收可见光1.色素的吸收光谱捕获光能的色素 实验结果表明：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，这4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。绿叶中色素几乎不吸收绿光，绿光反射入眼，人们看到的是绿色。绿色光源发绿色光，这种波长的光几乎不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用制造有机物。1.色素的吸收光谱捕获光能的色素植物工厂的补充光源的LED灯都是做成全红、全蓝、红蓝组合三种形式。旁栏思考：植物工厂为什么不用发绿光的光源？绿色光源发绿色光，这种波长的光几乎不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用制造有机物。1.色素的吸收光谱捕获光能的色素正常韭菜韭黄（1）光照光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺光条件下影响叶绿素形成而使叶子发黄的现象，称为黄化现象。2.影响光合色素合成的因素捕获光能的色素正常韭菜韭黄叶绿素是光合色素中重要的一类色素，绿色植物只在光下才能合成叶绿素。韭黄是在黑暗的条件下培育出来的，因为植物此时不能合成叶绿素，只能长成黄化苗，而黄化苗的薄壁细胞比较多，吃起来较嫩，口感比韭菜好一些。2.影响光合色素合成的因素捕获光能的色素（2）矿质元素：氮、镁：叶绿素的组分； 铁、铜、锰、锌：叶绿素酶促合成的辅因子。2.影响光合色素合成的因素捕获光能的色素（3）温度最适温度是20~30℃，最低温度约为2~4℃，最高温度为40℃左右。温度过高或过低均降低合成速率，加速叶绿素降解。秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白等现象，都与低温抑制叶绿素形成有关。2.影响光合色素合成的因素捕获光能的色素分析：为什么植物春夏叶子翠绿?而深秋则叶片金黄呢？ 叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，只显示出叶绿素的绿色。低温破坏叶绿素，使类胡萝卜素的颜色显示出来。降温时，植物体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素。叶绿体的结构适于进行光合作用 科学家在19世纪早期就从植物细胞中分离出叶绿素，但当时并不清楚色素在植物细胞中的分布情况。后来，科学家才弄清楚，叶绿素并非遍布整个植物细胞，而是集中在一个更小的结构里，即叶绿体内。叶绿体的结构适于进行光合作用叶绿体的结构适于进行光合作用(1)结构①_______②_____③_____：由______堆叠而成(2)功能：进行____________的场所。双层膜基质基粒类囊体光合作用(3)物质基础:在叶绿体内部的类囊体薄膜上，分布着许多吸收光能的_________。在__________上和___________中，还有许多进行光合作用所的酶。色素分子类囊体膜叶绿体基质叶绿体的结构适于进行光合作用（1）恩格尔曼的第一个实验黑暗中，用极细光束照射水绵完全暴露在光下需氧细菌只集中分布在叶绿体被光束照射到的部位需氧细菌分布在叶绿体所有受光的部位①实验过程及现象②实验结论叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，吸收光能，释放氧气。叶绿体的结构适于进行光合作用叶绿体的结构适于进行光合作用②好氧细菌可确定释放氧气多的部位1.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？①实验材料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⑤临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果，等等。④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③没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰叶绿体的结构适于进行光合作用（2）恩格尔曼的第二个实验②实验现象大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。③实验结论叶绿体主要吸收红光和蓝紫光，用与光合作用，放出氧气。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，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。2.在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？叶绿体的结构适于进行光合作用 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。4.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？