【生物】光合作用与能量转化(第2课时) 2023-2024学年高一生物上册同步教学课件(人教版2019必修1).pptx
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1、 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本节聚焦1.植物靠哪些色素捕获光能?2.叶绿体的结构有哪些适于进行光合作用的特点?3.光合作用是怎样进行的?4.光合作用过程中物质变化与能量转化有什么关系?5.光合作用原理在生产中有哪些应用?植物工厂在人工精密控制植物工厂在人工精密控制光照光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件等条件下,生产蔬菜和其他植物。有的植物工程完全依靠下,生产蔬菜和其他植物。有的植物工程完全依靠LEDLED灯等人工光源,灯等人工光源,其中常见的是其中常见的是红色、蓝色、白色的光源红色、蓝色、白色的光源。问题探讨植物
2、工厂在人工精密控制植物工厂在人工精密控制光照光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件等条件下,生产蔬菜和其他植物。有的植物工程完全依靠下,生产蔬菜和其他植物。有的植物工程完全依靠LEDLED灯等人工光源,灯等人工光源,其中常见的是其中常见的是红色、蓝色、白色的光源红色、蓝色、白色的光源。问题探讨 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。一、捕获光能的色素思考:“白化苗”能持续正常地生长吗?白化苗不含绿色色素,不能进行光合作用,不能正常生长,待种子中储存的养分耗尽就会死去。一、捕获光能的色素 实验:绿叶实验:绿叶中色素的中色素的提取提取和和分离
3、分离阅读课本阅读课本9898页相关内容,页相关内容,回答下列问题:回答下列问题:1.1.提取绿叶中色素的原理是什么?提取绿叶中色素的原理是什么?2.2.绿叶中的色素不只有一种,分离绿叶中色素的原理是什么?绿叶中的色素不只有一种,分离绿叶中色素的原理是什么?3.3.提取色素要注意什么?提取色素要注意什么?一、捕获光能的色素分离的原理:分离的原理:不同色素不同色素在层析液中的溶解度不同在层析液中的溶解度不同,溶解度越高,在滤纸上的扩散速,溶解度越高,在滤纸上的扩散速度越快,反之则慢,色素就会随层析液在滤纸上的扩散而分离开。度越快,反之则慢,色素就会随层析液在滤纸上的扩散而分离开。新鲜菠菜叶新鲜菠菜
4、叶1.1.实验材料:实验材料:提取的原理:提取的原理:色素能够溶于有机溶剂无水乙醇中,因此可选用色素能够溶于有机溶剂无水乙醇中,因此可选用无水乙醇无水乙醇提取色素。提取色素。2.2.实验原理:实验原理:一、捕获光能的色素3.3.实验步骤:实验步骤:1.1.色素提取时所用试剂及作用?色素提取时所用试剂及作用?无水乙醇:无水乙醇:二氧化硅:二氧化硅:碳酸钙:碳酸钙:2.2.研磨时应注意什么?原因为何?研磨时应注意什么?原因为何?迅速且充分。保证色素释放得迅速且充分。保证色素释放得更加充分且挥发量少。更加充分且挥发量少。提取绿叶中的色素提取绿叶中的色素溶解色素;溶解色素;使研磨更加充分;使研磨更加充
5、分;防止色素被破坏防止色素被破坏制备滤纸条制备滤纸条铅笔线铅笔线剪去两角剪去两角画滤液细线画滤液细线滤液细线滤液细线画滤液细线的原则是细、直、齐。画滤液细线的原则是细、直、齐。待滤液干后,再重画一到两次可以增加滤液待滤液干后,再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。细线中色素的含量。纸层析法纸层析法不同色素在层析液中的不同色素在层析液中的溶解度溶解度不同。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。溶解度低的色素,在滤纸上随层析液的扩散速度慢。分离绿叶中的色素分离绿叶中的色素1.1.分离色素
6、的方法?分离色素的方法?2.2.分离色素的原理?分离色素的原理?插滤纸条插滤纸条层析液层析液培养皿培养皿3.3.为何不能让滤液细线触及层析液?为何不能让滤液细线触及层析液?防止防止滤液细线中滤液细线中色素溶解在层析液中色素溶解在层析液中一、捕获光能的色素结果一、捕获光能的色素(黄色)(黄色)(蓝绿色)(蓝绿色)(黄绿色)(黄绿色)(橙黄色橙黄色)问问1 1:色素带宽窄反映什么?:色素带宽窄反映什么?含量含量 叶绿素叶绿素a a最多最多问问2 2:哪种色素溶解度最大?:哪种色素溶解度最大?胡萝卜素胡萝卜素上下绿绿叶叶中中的的色色素素类胡萝卜素类胡萝卜素(占占1/4)1/4)叶绿素叶绿素(占占3/
7、4)3/4)胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素(橙黄色)(橙黄色)(黄色)(黄色)叶绿素叶绿素a a叶绿素叶绿素b b(蓝绿色)(蓝绿色)(黄绿色)(黄绿色)色素的作用:吸收、传递、转化光能色素的作用:吸收、传递、转化光能一、捕获光能的色素C、H、O、N、MgC、HC、H、O注意:注意:少数特殊状态的叶绿素少数特殊状态的叶绿素a a才能转化光能才能转化光能其他色素只能吸收、传递光能其他色素只能吸收、传递光能提出问题:提出问题:这这4 4种色素对光的吸收有什么差别?种色素对光的吸收有什么差别?实验探究:实验探究:阳光阳光(白光白光)在穿过三棱镜时,不同波长的光会分散开,在穿过三棱镜时,不同波长的光会分
8、散开,形成不同颜色的光带,称为光谱。形成不同颜色的光带,称为光谱。一、捕获光能的色素一、捕获光能的色素对照组对照组实验组实验组一、捕获光能的色素问问2 2:叶绿素主要吸收哪种光?:叶绿素主要吸收哪种光?问问1 1:蓝紫光的波长?红光的波长?:蓝紫光的波长?红光的波长?450nm 650nm450nm 650nm蓝紫光蓝紫光和和红光红光问问3 3:类胡萝卜素主要吸收哪种光?:类胡萝卜素主要吸收哪种光?蓝紫光蓝紫光 可见光可见光 一、捕获光能的色素1.1.用这种方法有什么好处?不同颜色的用这种方法有什么好处?不同颜色的 光照对植物的光合作用会有影响吗?光照对植物的光合作用会有影响吗?温室或大棚种植
9、蔬菜时,照射温室或大棚种植蔬菜时,照射红色红色、蓝光蓝光、白色白色的人工光源的人工光源。提高光合作用强度,提高光合作用强度,色素吸收最多的是蓝紫光和红光。色素吸收最多的是蓝紫光和红光。2.2.为什么不使用发绿色光的灯管作补充为什么不使用发绿色光的灯管作补充 光源?光源?色素对绿光吸收最少,不能用绿光做光源色素对绿光吸收最少,不能用绿光做光源温室大棚的薄膜是什么颜色?温室大棚的薄膜是什么颜色?白色透明白色透明、蓝紫光照射下生长:脂肪和蛋白质含量会增加蓝紫光照射下生长:脂肪和蛋白质含量会增加红光照射下生长:糖类会增加红光照射下生长:糖类会增加2323 现象现象 原因原因正常正常绿色绿色叶色叶色变黄
10、变黄叶色叶色变红变红正常绿叶的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为正常绿叶的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3 3:1 1,对绿光吸收最少,所以正常叶片总呈绿色对绿光吸收最少,所以正常叶片总呈绿色秋天时,低温和植物体内积累的可溶性糖有利于秋天时,低温和植物体内积累的可溶性糖有利于花青素花青素的形成,的形成,花青素花青素在酸性的叶肉细胞中变成在酸性的叶肉细胞中变成红色红色储存在液储存在液泡,而泡,而叶绿素因寒冷逐渐降解叶绿素因寒冷逐渐降解,叶子呈红色,如红枫、,叶子呈红色,如红枫、红叶李。红叶李。寒冷时,叶绿素分子易被破坏,类胡萝卜素较稳定,寒冷时,叶绿素分子易被破坏,类胡萝卜素较稳定,叶片显示出类胡萝卜素
11、的颜色,叶片变黄叶片显示出类胡萝卜素的颜色,叶片变黄拓展1:色素与叶片的不同颜色花花青青素素,是是自自然然界界一一类类广广泛泛存存在在于于植植物物液液泡泡中中的的色色素素。水水果果、花花卉卉中中的的主主要要呈呈色色物物质质大大部部分分与与之之有有关关。在在植植物物细细胞胞液液泡泡不不同同pHpH条条件下,花青素使花瓣、果实等呈现五彩缤纷的颜色。件下,花青素使花瓣、果实等呈现五彩缤纷的颜色。拓展2拓展3:影响叶绿素合成的因素(1)(1)光照:光照:光是影响叶绿素合成的主要因素光是影响叶绿素合成的主要因素,一般在黑暗中植物不能合成,一般在黑暗中植物不能合成叶绿素,因而叶片发黄。叶绿素,因而叶片发黄
12、。(2)(2)温度:温度:温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,进而影响叶绿素的温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,进而影响叶绿素的合成。合成。低温时,叶绿素分子易被破坏低温时,叶绿素分子易被破坏而使叶片变黄。而使叶片变黄。(3)(3)矿质元素:矿质元素:叶绿素中含叶绿素中含N N、MgMg等元素等元素,缺乏,缺乏N N、MgMg将导致叶绿素无法合成,将导致叶绿素无法合成,叶片变黄。另外,叶片变黄。另外,FeFe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分,是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分,缺缺FeFe也将导致叶绿素合成受阻,叶片变黄。也将导致叶绿素合成受阻,叶片变黄。二、叶绿体的结构适于进行光合作
13、用成熟植物细胞不能分裂成熟植物细胞不能分裂 二、叶绿体的结构适于进行光合作用外膜外膜叶绿体基质叶绿体基质基粒基粒酶、酶、DNADNA、RNARNA、核糖体、核糖体内膜内膜酶、酶、色素色素光合色素只位于类囊体的薄膜上光合色素只位于类囊体的薄膜上二、叶绿体的结构适于进行光合作用曝光曝光隔绝空气;隔绝空气;黑暗黑暗恩格尔曼将载有恩格尔曼将载有水绵水绵(叶绿(叶绿体呈螺旋带状分布)和体呈螺旋带状分布)和需氧需氧细菌细菌的临时装片放在的临时装片放在没有空没有空气气的小室内,在的小室内,在黑暗黑暗中用极中用极细的光束照射水绵,发现细细的光束照射水绵,发现细菌只向叶绿体被光束照射的菌只向叶绿体被光束照射的部
14、位集中;如果把装置部位集中;如果把装置放在放在光下光下,细菌则分布在叶绿体,细菌则分布在叶绿体所有受光部位。所有受光部位。恩格尔曼实验恩格尔曼实验1 1叶绿体能吸收光能进行光合作用制造氧气。叶绿体能吸收光能进行光合作用制造氧气。水绵水绵:单细胞真核生物单细胞真核生物需氧细菌:显示氧气的释放位置需氧细菌:显示氧气的释放位置二、叶绿体的结构适于进行光合作用结论:色素主要吸收蓝紫光和红光用于光合作用,制造氧气。结论:色素主要吸收蓝紫光和红光用于光合作用,制造氧气。恩格尔曼实验恩格尔曼实验2 2用透过三棱镜的光照射水绵临用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,发现大量的需氧细菌时装片,发现大量的需氧细菌聚集
15、在红光和蓝紫光区域。聚集在红光和蓝紫光区域。三、光合作用的原理1.1.光合作用的定义光合作用的定义 光合作用是指光合作用是指绿色植物绿色植物通过通过 ,利用,利用 ,把,把 和和 转化成储存能量的转化成储存能量的 ,并且释,并且释放出放出 的过程。的过程。叶绿体叶绿体光能光能二氧化碳二氧化碳有机物有机物氧气氧气水水 CO CO2 2+H+H2 2O O (CH(CH2 2O)O)+O+O2 2叶绿体叶绿体光能光能 总反应式总反应式:实质:实质:合成有机物,储存能量合成有机物,储存能量三、光合作用的原理思考思考讨论讨论 探究光合作用原理的部分实验探究光合作用原理的部分实验资料资料1:1:1919
16、世纪末,科学界普遍认为,在光合作用中,世纪末,科学界普遍认为,在光合作用中,COCO2 2分子的分子的C C和和O O被分开,被分开,O O2 2被被释放,释放,C C与与H H2 2O O结合成甲醛,然后甲醛分子缩合成糖。结合成甲醛,然后甲醛分子缩合成糖。19281928年,科学家年,科学家发现甲醛对植物有毒害作用,而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。发现甲醛对植物有毒害作用,而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。CO2O2 释放C+H2O甲醛多个缩合糖(CH2O)思考思考讨论讨论 探究光合作用原理的部分实验探究光合作用原理的部分实验资料资料2:2:希尔实验希尔实验2+2+叶绿体2 2:希尔的实验
17、是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应?:希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应?能,因为悬浮液中没有能,因为悬浮液中没有COCO2 2,糖类合成时需要,糖类合成时需要COCO2 2中的碳元素。中的碳元素。氧气产生和糖类合成不是同一个化学反应,而是分阶段进行的。氧气产生和糖类合成不是同一个化学反应,而是分阶段进行的。1 1:希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水?:希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水?不能说明,反应体系中可以还存在其他氧元素供体,该实验没有排除不能说明,反应体系中可以还存在其他氧元素供体,该实验没有排除叶
18、绿体滤液中其它物质的干扰,也并没有直接观察到氧元素的转移。叶绿体滤液中其它物质的干扰,也并没有直接观察到氧元素的转移。思考思考讨论讨论 探究光合作用原理的部分实验探究光合作用原理的部分实验资料资料3 3鲁宾和卡门的实验鲁宾和卡门的实验3 3:分析:分析鲁宾和卡门做的实验,可得鲁宾和卡门做的实验,可得 出什么结论?出什么结论?光合作用释放的氧全部来自水,光合作用释放的氧全部来自水,而并不来源于而并不来源于COCO2 2思考思考讨论讨论 探究光合作用原理的部分实验探究光合作用原理的部分实验资料资料4:4:19541954年,美国科学家阿尔农年,美国科学家阿尔农(D.Arnon)(D.Arnon)发
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