光合作用 捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu) 【知識(shí)精講+備課精研】 第一課時(shí) 教學(xué)課件

細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第5章第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化

——捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)本節(jié)聚焦植物依靠哪些色素捕獲光能？葉綠體的結(jié)構(gòu)有哪些適于進(jìn)行光合作用的特點(diǎn)？國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）：我國科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)了無需任何植物，直接利用二氧化碳合成淀粉分子的全過程一捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)光合作用是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑。太陽光能的輸入、捕獲和轉(zhuǎn)化，是生物圈得以維持運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)問題探討

你參觀或聽說過植物工廠嗎？植物在人工精密控制光照、溫度、CO2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？①用人工光源生產(chǎn)蔬菜，可以避免由于自然環(huán)境中光照強(qiáng)度不足導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度低而造成減產(chǎn)。②人工光源的強(qiáng)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。2.為什么要控制CO2濃度、營養(yǎng)液成分和溫度條件？①影響光合作用的因素很多，既有植物自身?xiàng)l件，也有外界環(huán)境條件。②CO2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)。一捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)

1.玉米中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)白化苗。白化苗對植物的生長有什么影響？2.植物的葉片中含有哪些色素呢？怎樣提取這些色素呢？白化苗不能進(jìn)行光合作用，無法制造有機(jī)物正常幼苗能進(jìn)行光合作用制造有機(jī)物探究·實(shí)踐綠葉中色素的提取和分離1.實(shí)驗(yàn)原理（1）提取原理:綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑_______________中。（2）分離原理:各種色素在___________中的__________不同,溶解度高的隨層析液在濾紙條上的_____________,反之則慢。無水乙醇層析液溶解度擴(kuò)散更快2.實(shí)驗(yàn)方法（1）提取方法：過濾法（2）分離方法：紙層析法探究·實(shí)踐綠葉中色素的提取和分離

3.實(shí)驗(yàn)步驟：（1）提取綠葉的色素①稱取5g綠葉，剪碎，放入研缽中。②向研缽中放入少量二氧化硅（有助于研磨充分）和碳酸鈣（可防止研磨中色素被破壞），再加入10mL無水乙醇（溶解色素，少量、分次加入），迅速、充分研磨。防止乙醇揮發(fā)，充分溶解色素探究·實(shí)踐綠葉中色素的提取和分離

3.實(shí)驗(yàn)步驟：（1）提取綠葉的色素③將研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部有單層尼龍布）中進(jìn)行過濾濾紙會(huì)吸收大量的濾液，得不到足量的濾液④收集濾液,并用棉塞封口防止酒精揮發(fā)和色素的氧化探究·實(shí)踐綠葉中色素的提取和分離

3.實(shí)驗(yàn)步驟：（2）分離綠葉的色素——紙層析法①制備濾紙條剪去兩角的目的？防止兩邊擴(kuò)散過快，剪去兩角可使層析液同步到達(dá)濾液細(xì)線1cm鉛筆細(xì)線濾液細(xì)線細(xì)、直、齊重復(fù)2—3次防止色素帶重疊而影響分離效果使濾紙條充分帶上色素探究·實(shí)踐綠葉中色素的提取和分離

3.實(shí)驗(yàn)步驟：（2）分離綠葉的色素——紙層析法②分離色素：防止層析液中的成分揮發(fā)培養(yǎng)皿————濾紙條的放置1）有濾液細(xì)線的一端朝下2）下端應(yīng)插入層析液中3）濾液細(xì)線不能觸及層析液防止色素溶解于層析液中而無法分離石油醚、丙酮和苯的混合液層析液————色素分離的其他方法:4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果葉綠素a(藍(lán)綠色)葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）探究·實(shí)踐綠葉中色素的提取和分離

影響色素合成的因素1.光照光是葉綠體發(fā)育和葉綠素合成必不可少的條件。植物在缺光條件下影響葉綠素形成而使葉子發(fā)黃的現(xiàn)象，稱為黃化現(xiàn)象。正常韭菜韭黃2.溫度

最適溫度是20~30℃，最低溫度約為2~4℃，最高溫度為40℃左右。

溫度過高或過低均降低合成速率，加速葉綠素降解。

秋天葉子變黃和早春寒潮過后秧苗變白等現(xiàn)象，都與低溫抑制葉綠素形成有關(guān)。4.水（了解）植物缺水會(huì)抑制葉綠素的生物合成，且與蛋白質(zhì)合成受阻有關(guān)。嚴(yán)重缺水時(shí)，葉綠素的合成減慢，降解加速，所以干旱時(shí)葉片呈黃褐色。3.礦質(zhì)元素：氮、鎂：葉綠素的組分；

鐵、銅、錳、鋅：葉綠素酶促合成的輔因子。葉綠素類胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）葉綠素a（藍(lán)綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）綠葉中的色素功能：吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果探究·實(shí)踐綠葉中色素的提取和分離

1.若色素提取液呈淡綠色的，其原因有：①選取的葉片顏色不是濃綠色或稱取的綠葉過少或放置數(shù)天的菠菜葉，色素含量少；②加入的無水乙醇過多，色素溶液濃度小；③未加碳酸鈣或加入的過少，色素分子部分破壞；④研磨不充分，色素未能充分提取出來。2.若色素帶顏色較淺，其原因有：⑤畫濾液細(xì)線的次數(shù)太少，濾紙條上的色素含量少；⑥層析時(shí)，部分濾液細(xì)線已觸及層析液。同上4點(diǎn)探究·實(shí)踐綠葉中色素的提取和分離備用葉綠素溶液葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光類胡蘿卜素溶液色素的吸收光譜及作用一捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)

與生活的聯(lián)系為什么是用紅色或藍(lán)色的呢？用綠色的可以嗎？不能；因?yàn)樯鼗旧喜晃站G光。有些蔬菜大棚用紅色或藍(lán)色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的溫室內(nèi)懸掛發(fā)紅色或藍(lán)色的燈管。為什么植物春夏葉子翠綠，而深秋則葉片金黃呢？由于葉綠素比類胡蘿卜素易受到低溫的破壞，秋季低溫使葉綠素大量破壞，而使類胡蘿卜素的顏色顯示出來其他光被葉片吸收了，綠光吸收最少反射回來葉片中葉綠素的含量大大超過類胡蘿卜素二葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用

類囊體薄膜外膜內(nèi)膜類囊體基質(zhì)基質(zhì)基?；?.電子顯微鏡下，葉綠體由雙層膜包被，內(nèi)含許多基粒（由類囊體堆疊而成），基粒和基粒之間充滿基質(zhì)。2.吸收光能的色素分布在類囊體薄膜上。葉綠體內(nèi)有眾多的基粒和類囊體，極大地?cái)U(kuò)展了受光面積。思考·討論

葉綠體的功能資料1極細(xì)的光束黑暗中——集中于葉綠體被光束照射的部位光下——分布于葉綠體所有受光部位水綿需氧細(xì)菌恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)一恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)二臨時(shí)裝片中均無氧氣資料21881年，德國科學(xué)家恩格爾曼做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把載有水綿和需氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在沒有空氣的小室內(nèi)在黑暗中用極細(xì)的光束照射水綿，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中如果把裝置放在光下，細(xì)菌則分布在葉綠體所有受光的部位接著又用三棱鏡的光照射水綿臨時(shí)裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，含有多種進(jìn)行光合作用所必需的酶思考·討論

葉綠體的功能

1.恩格爾曼第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么？2.恩格爾曼在選材、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上有什么巧妙之處？3.在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)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？4.綜合上述資料，你認(rèn)為葉綠體具有什么功能？氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。2.（1）為什么選用水綿和好氧細(xì)菌作為實(shí)驗(yàn)材料？提示：水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察。好氧細(xì)菌可確定釋放O2的部位。（2）為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？提示：選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境，可排除光線和氧的干擾。（3）為什么用極細(xì)的光束照射？提示：葉綠體上有光照多和光照少的部位，相當(dāng)于一組對比實(shí)驗(yàn)。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。②設(shè)計(jì)：黑暗無空氣的設(shè)計(jì)，排除了氧氣和光的干擾。④進(jìn)行黑暗(局部光照)和曝光對比實(shí)驗(yàn)，從而明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是光照引起的。③極細(xì)的光束照射：葉綠體上可分為光照多和光照少的部位，相當(dāng)于一組對比實(shí)驗(yàn)。①選材：（1）水綿具有細(xì)長的帶狀葉綠體，易于觀察現(xiàn)象。

（2）好氧細(xì)菌的利用，準(zhǔn)確顯示出氧氣產(chǎn)生的部位。這是因?yàn)樗d葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會(huì)釋放氧氣，適于好氧細(xì)菌在此區(qū)域分布色素酶

分布：主要分布在綠色植物的葉肉細(xì)胞

形態(tài)：一般呈扁平的橢球形或球形

結(jié)構(gòu)：外膜內(nèi)膜基粒：由類囊體堆疊而成，類囊體薄膜上含有色素和酶基質(zhì)：含多種光合作用所必需的酶透明，有利于光線的透過二葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用

葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所。它內(nèi)部的巨大膜表面上，不僅分布這許多吸收光能的色素分子，還有許多進(jìn)行光合作用所必須的酶。(1)結(jié)構(gòu)外表：①_______內(nèi)部②_____③______：由_________堆疊而成↓決定(2)功能：進(jìn)行____________的場所。雙層膜基質(zhì)基粒類囊體光合作用(3)物質(zhì)基礎(chǔ)在葉綠體內(nèi)部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的_________。在_____________上和______________中，還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。色素分子類囊體膜葉綠體基質(zhì)帶著藍(lán)藻去火星小結(jié)練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測1.基于對葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能的理解，判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)葉綠體中只有葉綠素吸收的光能才能用于光合作用。（）(2)葉綠體的類囊體上有巨大的膜面積，有利于充分吸收光能。（）(3)植物葉片之所以呈現(xiàn)綠色，是因?yàn)槿~片中的葉綠體吸收了綠光。（）2.下列關(guān)于高等植物細(xì)胞內(nèi)色素的敘述，錯(cuò)誤的是（）A.所有植物細(xì)胞中都含有4種色素B.有些植物細(xì)胞的液泡中也含有色素C.葉綠素和類胡蘿卜素都可以吸收光能D.植物細(xì)胞內(nèi)的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類××√A練習(xí)與應(yīng)用

二、拓展應(yīng)用1.海洋中的藻類，習(xí)慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們在海水中的垂直分布大致依次是淺、中、深。這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關(guān)嗎？1.有關(guān)，不同顏色的藻類吸收不同波長的光。藻類本身的顏色是反射出來的光，即紅藻反射出了紅光，綠藻反射出綠光，褐藻反射出黃色的光。水對紅、橙光的吸收比對藍(lán)、綠光的吸收要多，即到達(dá)深水層的光線是短波長的光，因此，吸收紅光和藍(lán)紫光較多的綠藻分布于水的淺層，吸收藍(lán)紫光和綠光較多的紅藻分布于海水深的地方練習(xí)與應(yīng)用2.與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式相比，植物工廠生產(chǎn)蔬菜等食物有哪些優(yōu)勢？又面臨哪些困難？你對植物工廠的發(fā)展前景持什么觀點(diǎn)？請搜集資料，結(jié)合自己的思考寫一篇綜述性短文。2.提示：