【课件】光合作用和能量转化+课件高一上学期生物人教版必修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捕获光能的色素和结构光合作用的原理光合作用原理的应用【问题探讨】【问题探讨】影影响响光光合合作作用用的的因因素素很很多多，既既有有植植物物自自身身条条件件，也也有有外外界界环环境境条条件件。二二氧氧化化碳碳浓浓度度、营营养养液液和和温温度度是是影影响响植植物物生生长长的的重重要要外外部部条条件件，因因此此要要进进行行控控制制，以以便便让让植植物物达达到到最佳的生长状态。最佳的生长状态。1.1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？靠人工光源生产蔬菜有什么好处？用用人人工工光光源源生生产产蔬蔬菜菜，可可以以避避免免由由于于自自然然环环境境中中光光照照强强度度不不足足导导致致光光合合作作用用强强度度低低而而造造成成的的减减产产。同同时时，人人工工光光源源的的强强度度和和不不同同色色光光是是可可以以调调控控的的，可可以以根根据据植植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。2.2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？植物工厂在自然界，万物生长靠太阳。太阳光能的在自然界，万物生长靠太阳。太阳光能的输入输入、捕获捕获和和转化转化，是生物圈得以维持运转的基础。，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用光合作用是是唯一能够捕获和转化光能的生物学唯一能够捕获和转化光能的生物学途径途径。因此，有人称光合作用是。因此，有人称光合作用是“地球上最重要地球上最重要的化学反应的化学反应”。那那么么，植植物物捕捕获获光光能能需需要要依依靠靠的的物物质质和和结结构构是是什什么么呢呢？H2OCO2C6H12O6 O2绿色植物能够捕获光能一、捕获光能的色素和结构 叶片叶片作为高等植物进行光合作为高等植物进行光合作用的主要作用的主要器官器官，通常都是，通常都是绿色绿色的，说明其中有绿色的色素。的，说明其中有绿色的色素。白化苗白化苗不能进行光合作用，无不能进行光合作用，无法制造有机养料。待种子中储存的法制造有机养料。待种子中储存的营养成分耗尽就会死亡。营养成分耗尽就会死亡。光能的捕获与叶片中的色素有关植物的叶片中含有哪些色素呢？怎样提取这些色素呢？自主学习：观看视频，并思考以下几个问题1.1.色素色素提取提取和和分离分离的原理分别是什么？的原理分别是什么？2.2.研磨过程中加入研磨过程中加入无水乙醇、无水乙醇、SiOSiO2 2、CaCOCaCO3 3的作用是什么？的作用是什么？3.3.将滤液收集到试管中后，为什么要用将滤液收集到试管中后，为什么要用棉塞棉塞将试管口塞严？将试管口塞严？4.4.滤纸条滤纸条一端为什么要剪去两角？一端为什么要剪去两角？5.5.画画滤液细线滤液细线时应注意什么？时应注意什么？6.6.为什么不能让滤液细线触及为什么不能让滤液细线触及层析液层析液？严？【探究实践】绿叶中色素的提取和分离(一一)色素的提取色素的提取1.1.实验原理实验原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_中。中。无水乙醇无水乙醇2.2.材料用具材料用具【探究实践】绿叶中色素的提取和分离实验材料：实验材料：新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）实验仪器：实验仪器：试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药匙，量筒药匙，量筒(10mL)(10mL)，天平等。，天平等。实验试剂：实验试剂：无水乙醇无水乙醇(也可用体积分数为也可用体积分数为9595的乙醇加入适量的无水碳酸钠代替）的乙醇加入适量的无水碳酸钠代替）、二氧化硅和碳酸钙。、二氧化硅和碳酸钙。3.3.实验方法实验方法绿叶绿叶二氧化硅和碳酸钙二氧化硅和碳酸钙无水乙醇无水乙醇单层尼龙布单层尼龙布棉塞棉塞4.4.实验结果：实验结果：得到多种光合色素的混合液得到多种光合色素的混合液(一一)色素的提取色素的提取3.3.实验方法实验方法绿叶绿叶二氧化硅和碳酸钙二氧化硅和碳酸钙无水乙醇无水乙醇单层尼龙布单层尼龙布棉塞棉塞SiOSiO2 2：有助于研磨充分有助于研磨充分CaCOCaCO3 3：防止研磨中色素被破坏防止研磨中色素被破坏迅速：迅速：防止溶剂挥发防止溶剂挥发充分：充分：充分释放溶解色素充分释放溶解色素棉塞：棉塞：防止乙醇挥发、色素氧化防止乙醇挥发、色素氧化无水乙醇：无水乙醇：溶解色素，多次少量加入溶解色素，多次少量加入不能用纱布或滤纸代替：不能用纱布或滤纸代替：易吸附色素易吸附色素新鲜新鲜幼嫩幼嫩的的绿叶：绿叶：中色素含量高，实验效果明显。中色素含量高，实验效果明显。4.4.实验结果：实验结果：得到多种光合色素的混合液得到多种光合色素的混合液(一一)色素的提取色素的提取3.3.实验方法实验方法绿叶绿叶二氧化硅和碳酸钙二氧化硅和碳酸钙无水乙醇无水乙醇单层尼龙布单层尼龙布棉塞棉塞4.4.实验结果：实验结果：得到多种光合色素的混合液得到多种光合色素的混合液色素提取液颜色过浅的原因：色素提取液颜色过浅的原因：使用放置数天的使用放置数天的菠菜叶菠菜叶，滤液，滤液中叶绿素的含量太少；中叶绿素的含量太少；没有加没有加二氧化硅二氧化硅，研磨不充分，研磨不充分，色素未能充分提取出来；色素未能充分提取出来；一次性加入大量的一次性加入大量的无水乙醇无水乙醇；未加未加碳酸钙碳酸钙或加入过少，色素或加入过少，色素分子被破坏。分子被破坏。(一一)色素的提取色素的提取(二二)色素的分离色素的分离层析液层析液溶解度溶解度扩散扩散更快更快各种色素在各种色素在_中的中的_不同；不同；溶解度高溶解度高的随层析液在滤纸条上的的随层析液在滤纸条上的_,_,反之则慢。反之则慢。1.1.实验原理：实验原理：2.2.分离色素的方法：分离色素的方法：纸层析法纸层析法3.3.步骤：步骤：避免层析液在边缘扩散过快避免层析液在边缘扩散过快(边缘效应边缘效应)，使其同步到达细线使其同步到达细线将干燥的定性滤纸剪成能放入烧杯中的将干燥的定性滤纸剪成能放入烧杯中的滤纸滤纸条条在滤纸条一端在滤纸条一端剪去两角剪去两角:在距在距去角一端去角一端1cm1cm处用处用铅笔铅笔画一条细的横线画一条细的横线铅笔线铅笔线剪两角剪两角(1)(1)制备滤纸条制备滤纸条滤纸的边缘扩散的更快防止色素带不整齐(二二)色素的分离色素的分离层析液层析液溶解度溶解度扩散扩散更快更快各种色素在各种色素在_中的中的_不同；不同；溶解度高溶解度高的随层析液在滤纸条上的的随层析液在滤纸条上的_,_,反之则慢。反之则慢。1.1.实验原理：实验原理：2.2.分离色素的方法：分离色素的方法：纸层析法纸层析法3.3.步骤：步骤：(2)(2)画滤液细线画滤液细线将滤液倒入培养皿，用将滤液倒入培养皿，用毛细吸管毛细吸管吸取少量滤吸取少量滤液，沿铅笔线均匀画出一条细线。液，沿铅笔线均匀画出一条细线。等等滤液干后滤液干后再画一到两次。再画一到两次。为了积累更多的色为了积累更多的色素，使分离后的素，使分离后的色色素带更明显。素带更明显。要求：细、直、齐；重复23次使色素带不重叠、使色素带不重叠、平整、不弯曲平整、不弯曲1cm层析液原理原理：溶解度高的色素随层析液在滤纸上溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快扩散得快;反之，则慢。反之，则慢。(二二)色素的分离色素的分离层析液层析液溶解度溶解度扩散扩散更快更快各种色素在各种色素在_中的中的_不同；不同；溶解度高溶解度高的随层析液在滤纸条上的的随层析液在滤纸条上的_,_,反之则慢。反之则慢。1.1.实验原理：实验原理：2.2.分离色素的方法：分离色素的方法：纸层析法纸层析法3.3.步骤：步骤：(3)(3)分离滤液中的色素分离滤液中的色素将滤纸条将滤纸条有滤液细线有滤液细线的一端插入的一端插入层析液层析液。1 1、为何滤液细线不能触及层析液？、为何滤液细线不能触及层析液？2 2、为何要盖上培养皿？、为何要盖上培养皿？防止色素溶解在层析液中防止色素溶解在层析液中防止层析液挥发，因其易挥发且有毒防止层析液挥发，因其易挥发且有毒层析液层析液培养皿培养皿滤液细线滤液细线 层析液层析液滤纸上有几条色素带？滤纸上有几条色素带？不同的色素带分别对应哪些色素？不同的色素带分别对应哪些色素？从上而下的排序说明了什么？从上而下的排序说明了什么？4 4条条不同条带的宽窄说明了什么？不同条带的宽窄说明了什么？含量不同（含量不同（abab黄黄 胡）胡）溶解度不同溶解度不同（胡胡 黄黄abab）胡胡萝卜素（橙黄色）萝卜素（橙黄色）叶叶黄黄素（黄色）素（黄色）叶绿素叶绿素a a（蓝绿色）（蓝绿色）叶绿素叶绿素b b（黄绿色）（黄绿色）(二二)色素的分离色素的分离4.4.分离结果：分离结果：滤纸条未见色素带的原因？滤纸条未见色素带的原因？忘记画滤液细线忘记画滤液细线；划滤液细线的；划滤液细线的次次数太少数太少，滤纸条上的色素含量少；，滤纸条上的色素含量少；滤液细线接触到层析液滤液细线接触到层析液，使得色素，使得色素溶解于层析液中；溶解于层析液中；如果在圆形滤纸的中央点如果在圆形滤纸的中央点开始，对叶绿体的色素进开始，对叶绿体的色素进行层析，会看到什么现象行层析，会看到什么现象？会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为：胡萝卜素（橙黄）、叶黄素（黄）、叶绿素a（蓝绿）、叶绿素b（黄绿）叶绿素类胡萝卜素（含量约（含量约3/43/4）（含量约（含量约1/41/4）叶绿素a（蓝绿色）含量最多含量最多叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）扩散速度最快扩散速度最快叶黄素（黄色黄色）叶绿素过程过程操作内容操作内容操作目的操作目的提提取取色色素素材料材料叶片要新鲜、深绿叶片要新鲜、深绿使滤液中色素含量高使滤液中色素含量高试剂试剂二氧化硅二氧化硅利于绿叶的充分研磨利于绿叶的充分研磨碳酸钙碳酸钙防止研磨过程中色素被破坏防止研磨过程中色素被破坏无水乙醇无水乙醇溶解色素溶解色素关键步骤关键步骤研磨要迅速、充分研磨要迅速、充分提取较多色素、防止溶剂挥发提取较多色素、防止溶剂挥发盛滤液的试管口加棉塞盛滤液的试管口加棉塞防止溶剂挥发防止溶剂挥发用单层尼龙纱布过滤而不用用单层尼龙纱布过滤而不用滤纸滤纸防止色素吸附在滤纸上防止色素吸附在滤纸上分分离离色色素素试剂试剂层析液层析液分离色素分离色素关键步骤关键步骤滤纸条的一端剪去两角滤纸条的一端剪去两角防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快滤液细线重复画若干次，滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐且要求细、直、齐使分离的色素带清晰使分离的色素带清晰滤液细线不能触及层析液滤液细线不能触及层析液防止色素溶解到层析液中防止色素溶解到层析液中实验中的材料试剂及操作目的实验中的材料试剂及操作目的光是一种电磁波；可见光的波长是光是一种电磁波；可见光的波长是400-760nm400-760nm；不同波长的光，颜色不同；不同波长的光，颜色不同；波长波长小于小于400nm400nm的光是的光是紫外光；紫外光；波长波长大大于于760nm760nm的光是的光是红外光；红外光；一般情况下，光合作用所利用的光都一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光是可见光.图：自然光通过三棱镜图：自然光通过三棱镜图：自然光经过色素提取液后通过三棱镜图：自然光经过色素提取液后通过三棱镜绿叶中色素的作用：吸收可见光现象：色光带变暗，现象：色光带变暗，且且蓝紫光蓝紫光和和红光红光大部分被吸收大部分被吸收1.色素的吸收光谱一、捕获光能的色素和结构 实实验验结结果果表表明明：叶叶绿绿素素a a和和叶叶绿绿素素b b主主要要吸吸收收蓝蓝紫紫光光和和红红光光，胡胡萝萝卜卜素素和和叶叶黄黄素素主主要要吸吸收收蓝蓝紫紫光光，这这4 4种种色色素素吸吸收收的的光光波波长长有有差差别别，但是都可以用于光合作用。但是都可以用于光合作用。图图5-12叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱1.色素的吸收光谱2.