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(共41張PPT)
第4節(jié) 光合作用與能量轉(zhuǎn)化(第1課時)
第5章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用
？
問題探討
你參觀或聽說過植物工廠嗎？植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分等條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍(lán)色和白色的光源。
1. 靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？
用人工光源可以避免由于自然環(huán)境中光照強度不足導(dǎo)致光合作用強度低而造成的減產(chǎn)。同時，人工光源的強度和不同色光是可以調(diào)控的，可以根據(jù)植物生長的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使蔬菜產(chǎn)量達(dá)到最大。
？
問題探討
你參觀或聽說過植物工廠嗎？植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分等條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍(lán)色和白色的光源。
二氧化碳濃度、營養(yǎng)液和溫度是影響植物生長的重要外部條件，因此要進(jìn)行控制，以便讓植物達(dá)到最佳的生長狀態(tài)。
2. 為什么要控制二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件？
玉米(白化苗)
玉米(正常苗)
白化苗由于不能形成葉綠素，無法進(jìn)行光合作用，待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會死亡。
這說明光合作用需要色素去捕獲光能。
白化苗不能進(jìn)行光合作用，無法制造有機(jī)養(yǎng)料
正常幼苗能進(jìn)行光合作用制造有機(jī)養(yǎng)料
探究·實踐 綠葉中色素的提取和分離
不同的色素在層析液中的溶解度不同，溶解度越高的色素隨層析液在濾紙上的擴(kuò)散速度就越快，反之則慢。
1.原理：
①提取色素的原理
綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中。
②分離色素的原理
①無水乙醇
*可用體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇加入適量無水碳酸鈉來代替
②層析液
*成分: 20份__________________________、 2份_____和1份___混合而成；
在60-90℃下分餾出來的石油醚
丙酮
苯
③二氧化硅:
*有助于研磨得充分
④碳酸鈣:
*防止研磨中色素(主要保護(hù)葉綠素)被破壞
*作用：溶解色素、提取色素
2.試 劑
*作用：分離色素
探究·實踐 綠葉中色素的提取和分離
①5g新鮮綠葉
→剪碎置研缽中
3.方法步驟：
②加入少許二氧化硅和碳酸鈣，再放入10ml無水乙醇
色素多
研磨更充分
防止色素被破壞
提取色素
(1)提取綠葉中的色素：
①研磨
★要求：要迅速、充分
防止溶劑揮發(fā)，充分溶解色素
②過濾：獲取色素濾液
★注意用棉塞將試管口塞嚴(yán)
防止溶劑揮發(fā)和色素分子被氧化
單層尼龍布：
濾紙、紗布會吸收色素
探究·實踐 綠葉中色素的提取和分離
①制備濾紙條：
干燥的定性濾紙
(2)色素的分離（紙層析法）
1cm
鉛筆線
要剪去兩角
防止層析液在濾紙條的邊緣擴(kuò)散過快而使形成的色素帶不整齊
②畫濾液細(xì)線
用毛細(xì)吸管，吸取少量濾液，沿著鉛筆線均勻地畫
濾液細(xì)線的劃線原則？
★要求：細(xì)、直、齊？
使各色素擴(kuò)散的起點相同，分離出的色素帶平整不重疊。
濾液細(xì)線干燥后再畫一兩次的原因是什么？
使濾液細(xì)線含有較多的色素
③分離色素：
層析液
培養(yǎng)皿
（防止層析液揮發(fā)，因其易揮發(fā)且有毒）
將濾紙條有濾液細(xì)線的一端插入層析液。
防止色素溶解于層析液中而無法分離
注意：不能讓濾液細(xì)線觸及層析液？
為何要蓋上培養(yǎng)皿？
分離綠葉中的色素效果(視頻)
胡蘿卜素
葉黃素
葉綠素a
葉綠素b
4.觀察與記錄
（黃綠色）
（橙黃色）
（黃 色）
（藍(lán)綠色)
溶解度最大
含量最多
思考：4種色素含量最多的是哪種色素？溶解度最大的是哪種色素？
*色素的寬窄可以表示色素的含量！！
溶解度從大到小依次是：
胡、黃、a、b
含量從大到小依次是：
a、b、黃、胡
綠葉中四種光合素色的比較
色素種類 色素顏色 色素含量 溶解度 擴(kuò)散速度
胡蘿卜素
葉黃素
葉綠素a
葉綠素b
橙黃色
最少
最高
最快
黃色
較少
較高
較快
藍(lán)綠色
最多
較低
較慢
黃綠色
較多
最低
最慢
葉綠素由C、H、O、N、Mg構(gòu)成
胡
黃
a
b
功能：吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能
色素的分類和功能
思考1: 收集到的濾液綠色過淺的原因
(1)未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
(2)使用放置數(shù)天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)太少。
(3)一次加入大量的無水乙醇。
(4)未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。
(正確做法: 分次加入少量無水乙醇提取色素)
思考2: 濾紙條色素帶重疊的原因
沒經(jīng)干燥處理,濾液細(xì)線不能達(dá)到細(xì)、直、勻的要求,使色素擴(kuò)散不一致造成的。
思考3: 濾紙條看不到色素帶
思考4: 濾紙條只呈現(xiàn)胡蘿卜素、葉黃素色素帶
忘記畫濾液細(xì)線。
濾液細(xì)線接觸到層析液，色素溶解到層析液中。
忘記加碳酸鈣導(dǎo)致葉綠素被破壞或所用葉片為“黃葉”。
【拓展實驗】
如果在圓形濾紙的中央點開始，對葉綠體的色素進(jìn)行層析，會看到什么現(xiàn)象？
會出現(xiàn)四個同心圓的色素帶，從外往里依次為____________________ ___________________ 。
胡蘿卜素 橙黃；葉黃素 黃；葉綠素a 藍(lán)綠；葉綠素b 黃綠
注意事項
1.因無水乙醇和層析液都是易揮發(fā)且有一定毒性的有機(jī)溶劑，所以研磨要快，收集的濾液要用棉塞塞住，層析時要加蓋，盡量減少有機(jī)溶劑的揮發(fā)。
2.在研磨時要加少許二氧化硅，目的是為了研磨充分，有利于色素的提取；加少許碳酸鈣的目的是為了防止研磨過程中，葉綠體中的色素受到破壞。
3.制備濾紙條時，要剪去兩角，可以減小邊緣效應(yīng)，使色素在濾紙上擴(kuò)散均勻，便于觀察實驗結(jié)果
1．如圖表示某同學(xué)做“綠葉中色素的提取和分離”實驗的改進(jìn)裝置。應(yīng)將濾液滴在a處還是b處？實驗結(jié)果應(yīng)會出現(xiàn)四個不同顏色的同心圓，最外層應(yīng)是什么顏色？
a處
橙黃色
2.用紙層析法分離葉片的光合色素， （能/不能)得到各種色素具體含量為多少，理由是
。
不能
利用紙層析法只能在濾紙條上觀察到色素的種類和相對含量，不能定量分析
層析液
捕獲光能的色素
類胡蘿卜素
葉綠素
胡蘿卜素
葉黃素
葉綠素a
葉綠素b
(占1/4)
(占3/4)
（橙黃色）
（黃色）
（藍(lán)綠色）
（黃綠色）
1.葉綠體中的色素：
最窄
最寬
最遠(yuǎn)
最近
一. 捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)
不同色素對光的吸收差異
太陽光
太陽光是由多種波長的光混合而成
四種光合色素對光的吸收有什么差別呢？
在穿過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。
一. 捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)
圖：自然光通過三棱鏡
圖：自然光經(jīng)過色素提取液后通過三棱鏡
現(xiàn)象：光屏出現(xiàn)明顯的色光帶
現(xiàn)象：色光帶變暗，
且藍(lán)紫光和紅光大部分被吸收
光合作用與能量轉(zhuǎn)化(共80張PPT)
不同色素對光的吸收差異
葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜
葉綠素a和葉綠素b主要吸收 ；
胡蘿卜素和葉黃素主要吸收 。
藍(lán)紫光和紅光
藍(lán)紫光
不同色素對光的吸收差異
【知識拓展】
光是一種電磁波；
可見光的波長是400-760nm；
不同波長的光，顏色不同；
波長小于400nm的光是紫外光；
波長大于760nm的光是紅外光；
一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光；
總結(jié)：捕獲光能的色素
葉綠素
類胡蘿卜素
葉綠素a
葉綠素b
胡蘿卜素
葉黃素
藍(lán)綠色
黃綠色
橙黃色
黃 色
占3/4
主要吸收藍(lán)紫光和紅光
主要吸收藍(lán)紫光
占1/4
捕獲光能的色素
【檢測】如圖表示新鮮菠菜葉中四種色素的相對含量及在濾紙條上的分離的情況，以下說法正確的是( )
B
A.四種色素都溶解在層析液中，乙色素的溶解度最大
B.水稻在收獲時節(jié)，葉片中色素量的變化為(甲＋乙)<(丙＋丁)
C.水稻在開花時節(jié)，葉片中色素含量是(甲+乙)＜(丙+丁)
D.菠菜發(fā)黃的原因是色素甲、乙的含量增加
E.提取色素時加入CaCO3是為了防止色素?fù)]發(fā)
F.丙、丁兩種色素主要吸收藍(lán)紫光和紅光
G.四種色素中，甲和乙主要吸收紅光
【與生活的聯(lián)系】
選無色透明的塑料薄膜，為了讓各種波長的太陽光都穿過塑料薄膜，即讓植物吸收更多的光能；
大棚內(nèi)照明燈在功率相同的情況下，最好選藍(lán)紫光和紅光；
2. 葉片呈現(xiàn)綠色的原因是什么？
綠葉中的色素對綠光吸收最少，綠光反射進(jìn)入眼睛的量最多，所以葉片看起來是綠色的；
1. 根據(jù)色素對不同波長的光的吸收的特點，想一想溫室或大棚種植蔬菜時，應(yīng)選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜或補充光源？
3. 銀杏的葉秋季為什么變黃了？
秋季，葉片的葉綠素分子在低溫下被破壞，而類胡蘿卜素較穩(wěn)定，所以顯出類胡蘿卜素的顏色。
4. 秋天楓葉變紅色的原因是什么？
秋天葉綠體內(nèi)的色素主要類胡蘿卜素，呈橙黃色和黃色；液泡內(nèi)的色素主要是花青素，在酸性條件下呈紅色；
知識拓展
影響葉綠素合成的因素：
（1）光照：光照是影響葉綠素合成的主要因素，植物在黑暗一般不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃；
（2）溫度：溫度可影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，進(jìn)而影響葉綠素的合成；另外，低溫時葉綠素分子易被破壞，因為秋天葉片變黃；
（3）礦質(zhì)元素：葉綠素中含有N、Mg等礦質(zhì)元素，若缺乏將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成；
葉片中的葉肉細(xì)胞
綠葉
葉肉細(xì)胞
亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖
葉綠體亞顯微
結(jié)構(gòu)模式圖
捕捉光能的色素存在于細(xì)胞中的什么部位？
葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖
外膜
內(nèi)膜
基粒
基質(zhì)
每個基粒都由一個個圓餅狀的囊狀結(jié)構(gòu)堆疊而成。這些囊狀結(jié)構(gòu)稱為類囊體。吸收光能的四種色素就分布在類囊體的薄膜上。
而每個基粒都含有兩個以上的類囊體，多者可達(dá)100個以上。葉綠體內(nèi)有如此多的基粒和類囊體，極大地擴(kuò)大了受光面積。
基質(zhì)中有與光合作用有關(guān)的酶，少量DNA、RNA，核糖體
一. 捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)
2.葉綠體是光合作用的場所
小結(jié)：捕獲光能的結(jié)構(gòu)——葉綠體
1.分布：
主要在葉肉細(xì)胞，少數(shù)分布在幼嫩的莖、果實中。
2.形態(tài)：
呈扁平的橢球形或球形
可根據(jù)光照強弱來改變自己的狀態(tài)
外界光照較強，葉綠體以側(cè)面接收光照
外界光照較弱，葉綠體以正面接收光照
保證接收到充分的光照，
又可避免被強光灼傷。
3.結(jié)構(gòu)：
葉綠體
外膜
內(nèi)膜
基粒:由兩個以上的類囊體組成
含有色素和與光反應(yīng)有關(guān)的酶
基質(zhì)：含多種與暗反應(yīng)有關(guān)的酶，是暗反應(yīng)的場所。
透明
有利于光照的透過
擴(kuò)展了膜的受光的面積，擴(kuò)大色素和酶的附著位點，是光反應(yīng)的場所。
葉綠體含有色素和光合作用必需的酶，是光合作用的基礎(chǔ)。
1880年恩格爾曼的實驗
隔絕空氣
黑暗，用極細(xì)光束照射
完全暴露在光下
水綿和好氧細(xì)菌的裝片
有關(guān)葉綠體的功能的實驗：
（1）恩格爾曼第一實驗的結(jié)論是什么？
氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行
光合作用的場所，光合作用需要光照。
（2）恩格爾曼在選材、實驗設(shè)計上有什么巧妙之處？
水綿：
葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察。
好氧細(xì)菌：
確定釋放氧氣多的部位。
無空氣黑暗環(huán)境：
排除氧氣和光的干擾。
極細(xì)光束：
葉綠體上可分為光照多和光照少的部位，
相當(dāng)于一組對照實驗。
暴露于光下：
驗證實驗結(jié)果。
（3）在第二個實驗中，大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和
藍(lán)紫光區(qū)域，為什么？
因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，
在此波長光照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于好氧細(xì)菌
在此區(qū)域分布。
（4）綜合上述資料，你認(rèn)為葉綠體具有什么功能？
葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。
光合作用的場所只能是葉綠體嗎？
藍(lán)藻、光合細(xì)菌等沒有葉綠體也能進(jìn)行光合作用。
1.西蘭花被譽為“蔬菜皇冠”。大棚種植西蘭花能夠讓我們在寒冷的冬季也能享受其美味。為了增加其產(chǎn)量，大棚內(nèi)照明燈的顏色和大棚的塑料薄膜顏色選擇最好的組合為
A.藍(lán)紫光或紅光、無色透明 B.藍(lán)紫光或紅光、黃色透明
C.白光、黃色透明 D.白光、無色透明
√
解析　大棚內(nèi)的照明燈的顏色：由于照明燈的功率是一定的，所以在相同的功率下，用藍(lán)紫光或紅光的燈泡，植物利用光能的效率最高；大棚的塑料薄膜顏色：由于太陽光是一定的，所以用無色透明的塑料薄膜，植物獲得各種顏色的光就越多，植物生長越好。
2.在做提取和分離葉綠體中的光合色素實驗時，甲、乙、丙、丁四位同學(xué)對相關(guān)試劑的使用情況如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他們所得的實驗結(jié)果依次應(yīng)為 (　　)
試劑 甲 乙 丙 丁
無水乙醇 － ＋ ＋ ＋
CaCO3 ＋ ＋ － ＋
SiO2 ＋ ＋ ＋ －
A.①②③④ B.②④①③ C.④②③① D.③②①④
√

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