5.4.1 捕获光能的色素和结构-2024-2025学年高一生物同步课堂精优课件（人教版2019必修1）

大多数叶子为何呈现绿色？ 秋天时叶子为何变成黄色？ 枫叶为何是红色的？ 5.4 能量之源-光与光合作用 （一）捕获光能的色素和结构 学习目标： 1.理解“绿叶中色素的提取和分离”的实验原理和方法（重、难点） 2.说出绿叶中色素的种类和作用（重点）。 3.运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。（重点） 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。因此，有人称光合作用是地球上最重要的化学反应。 在植物工厂里，人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能量。 在自然界，则是万物生长靠太阳。太阳光能的输入、捕获和转化是生物圈得以维持运转的基础。 无论是在植物工厂里，还是在自然界，植物捕获光能要依靠特定的物质和结构。 玉米（白化苗） 玉米（正常苗） 白化苗由于不含绿色色素，无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。 可见光合作用与叶片中的色素有关。 捕获光能的色素 1.怎样提取和分离绿叶中的色素呢？原理分别是什么？ 3.过滤时选用单层尼龙布而不用滤纸的原因？收集滤液后试管口为什么要加棉塞？ 自主学习 阅读课本P98-99实验部分回答下列问题： 2.本实验研磨时加入无水乙醇、二氧化硅和碳酸钙的目的？ 5min 4.制备滤纸条时需剪去两角的目的是什么？ 5.画滤液细线时要求怎样操作？目的是？ 6.放置滤纸条时，为什么不能让滤液细线触及层析液？ 5 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 一、提取色素的原理： 绿叶中色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因此可用无水乙醇（可用质量分数为95%的乙醇加入无水碳酸钠代替）等有机溶剂来提取。 任务1：观看视频《绿叶中色素的提取》，回答相关问题。 6 1.色素的提取 研磨 取材(5g新鲜深绿的叶片，剪碎） :加入 、 、 。 过滤(单层尼龙布) 色素含量高 无水乙醇 二氧化硅 碳酸钙 收集(棉塞封口) 使研磨更加充分 防止研磨时色素被破坏 溶解色素 防止乙醇挥发和色素氧化。 滤纸对色素的吸附较强，会导致滤液中色素含量减少。 迅速且充分。保证色素释放的更加充分且乙醇挥发量少。 7 二、分离色素的原理： 不同色素在层析液中的溶解度不同。溶解度高的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；溶解度低的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。 由石油醚、丙酮、苯按一定比例混合而成。 纸层析法 任务2：观看视频《绿叶中色素的分离》，回答相关问题。 8 纸层析法 剪去两角的目的是什么？ 防止层析液在边缘扩散过快，使色素在滤纸上扩散均匀 1cm 铅笔细线 滤液细线 细、直、匀 使分离出的色素带平整不重叠 积累更多的色素，使分离出的色素带清晰明显 a、制备滤纸条 b、画滤液细线 2.色素的分离 重复2—3次 怎样操作，目的是什么？ 防止层析液中的成分挥发 滤纸条的放置 （1）有滤液细线的一端朝下 （2）下端应插入层析液中 （3）滤液细线不能触及层析液 防止色素溶解于层析液中而无法分离 C、分离绿叶中的色素： 层 析 液 4、实验结果及分析： 叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素 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。 ②色素带的宽窄与含量有关，色素带越宽说明这种色素含量越多。 ③色素带扩散速度与溶解度有关，在滤纸条上分布越高，说明扩散速度越快，溶解度越大。 （橙黄色） （黄色） （蓝绿色） （黄绿色） 不稳定， 低温易分解 上 下 类胡萝卜素 叶绿素 （含量约占3/4） （含量约占1/4） 叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素 （橙黄色） （黄色） （蓝绿色） （黄绿色） 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 绿叶中的光合色素有4种，可以归纳为两类： 12 知识拓展：---影响色素合成的因素 1. 光照 光是叶绿素合成的必要条件。植物在黑暗中不能合成叶绿素，使叶子发黄的现象，称为黄化现象。 正常韭菜 韭黄 2. 温度 高温和低温都会抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。 3. 矿质元素：氮、镁是构成叶绿素的组分，缺镁导致叶片发黄 4. 水：叶片缺乏水不但影响叶绿素的合成，而且促进已合成的叶绿素加速分解，造成叶片发黄 5、异常现象的分析 A.滤纸条上色素带过浅，其原因有： ④选材不当，未选择新鲜绿叶或称取的新鲜绿叶量过少，色素含量少 。 ②一次加入大量的无水乙醇，使色素提取液浓度太低。 ⑤未加碳酸钙或加入的过少，色素分子（主要是叶绿素）被破坏。 ①未加SiO2，研磨不充分或研磨速度太慢，乙醇挥发，色素未能充分提取出来。 正常分离 ③划滤液细线的次数太少，滤纸条上的色素含量少 。 B.滤纸条无色素带，其原因有： ①用清水代替乙醇进行提取 ②层析时，滤液细线触及层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中 5、异常现象的分析 C.滤纸条上的色带重叠 ①.滤纸条上的滤液细线画得过粗或不整齐 ②.滤纸条没经干燥处理 拓展实验 在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，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 。 胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 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。 此同学应将提取到的滤液滴在_________（“a”或“b”）处，棉线灯芯下端应浸没在_________中。实验结果得到四个不同颜色的同心圆，排列在最内侧的色素是___________（填色素的名称）。 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 层析液 叶绿素b a 深化拓展 【针对训练】 例1 下列对提取光合色素，进行纸层析分离的实验中各种现象的解释，正确的是( @51@ )。 A.未见色素带，原因可能为材料是黄化叶片 B.色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液 C.提取液呈绿色是由于其含有叶绿素 和叶绿素 D.胡萝卜素处于滤纸条最前方，是因为其在提取液中的溶解度最高 C 对点练1.分别在A、B、C三个研钵中加2克剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂（如下表所示），经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色（或褐色）、几乎无色。 处理 A B C SiO2（少量） + + + CaCO3（少量） － + + 95%乙醇（10毫升） + － + 蒸馏水（10毫升） － + － 注：“+”表示加；“－”表示不加。 溶液颜色 原因 A B C 黄绿色 部分叶绿素受到破坏 几乎无色 深绿色 叶绿素不溶于水 大量叶绿素溶于乙醇中 （1） （2）分别对绿叶和嫩黄叶做色素的提取和分离实验，若色素层析结果如下图，则绿叶组的滤纸条是____（填字母），判断依据是_____________________________；嫩黄叶组的滤纸条是____（填字母），判断依据是_____________________________。 A B 叶绿素a带和叶绿素b带较宽 叶绿素a带和叶绿素b带较窄 对点练1.分别在A、B、C三个研钵中加2克剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂（如下表所示），经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色（或褐色）、几乎无色。 不同色素对光的吸收差异 可见光与色散 光是一种电磁波，分为可见光和不可见光，可见光的波长是400-760nm。不同波长的光，颜色不同。 太阳光是由不种波长的光组合成的复合光。 学科交叉 21 思考：叶绿体中的色素对光的吸收是怎样的呢？ 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光 白光 白光 ◎叶绿素主要吸收 蓝紫光和红光 ◎类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光 叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱 这4种色素吸收的光波长有差别，吸收峰不同，但是都可以用于光合作用。 不同色素对光的吸收差异 色素功能：吸收、传递、转化光能。 无色透明 白色光 1.温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃（或塑料薄膜）、光源？ 与生活联系 2.阴天时或者夜间蔬菜大棚内悬挂什么颜色的灯管？（相同功率的灯管） 红光或蓝紫光。植物利用光能的效率最高。 如果只是补光,那就补充白光,因为白光中含有红光和蓝紫光. 如果说补充相同强度的光,那就补充红光和蓝紫光,因为这两种颜色的光是植物光合作用吸收最多的,而相同强度的白光中只有一定比例的红光和蓝紫光. 24 1.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？ 教材P101 拓展应用 不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光。 绿藻 褐藻 红藻 水层对光波中的红、橙部分的吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水中较深的地方。 藻类 含量最多的色素 绿藻 褐藻 红藻 叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光 某种叶黄素 主要吸收绿光和蓝紫光，反射红黄光 藻红素 主要吸收蓝紫光,反射红光 25 【针对训练】 例2 左下图是纸层析法分离绿叶中色素的装置图，层析后得到不同的色素带，在暗室内用红光照射四条色素带，可以看到较暗的是( @68@ )。 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 对点练2.右上图表示叶绿体中色素的吸收光谱（颜色深、浅分别表示吸收量多、少），图甲、乙分别是( @70@ )。 A.胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱 B.叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱 C.叶黄素、叶绿素的吸收光谱 D.叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱 B C 基粒 内膜 外膜 基质 捕获光能的结构——叶绿体 色素　 1.分布： 绿色植物能进行光合作用的细胞 2.形态： 一般呈扁平的椭球形或球形 4.功能： 光合作用的场所。 3.结构： 外膜 内膜 基粒 由两个以上的类囊体堆叠而成，从而增大膜面积，捕光色素位于类囊体薄膜上。 基质 含多种光合作用所必需的酶 透明，有利于光线的透过 酶 1.在什么地方进行？即完成这项功能需要哪些结构支持 2.怎么进行的？即完成这项功能的发生了哪些化学变化和物理变化（生理过程主要以化学变化为主） 3.需要什么条件？即哪些因素会影响这个功能完成？各个阶段的变化的最适宜条件是什么？（与环境相结合、与自然现象相结合、与生产相结合）　 结论：叶绿体在光照条件下释放出O2 叶绿体的结构适于进行光合作用 曝光下 黑暗无空气 极细 光束 1.恩格尔曼实验1 28 恩格尔曼实验的巧妙之处有哪些？ 1.选材好。选用水绵和好氧细菌作为实验材料。 水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。 好氧细菌可准确显示出产生O2的部位。 2.选用没有空气的环境。 可排除氧气的干扰。 3.黑暗中用极细光束照射水绵。 用极细光束照射，叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位， 相当于一组对照实验。 4.进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对照实验。 明确实验结果完全是由光照引起的等。 分析：这一巧妙的实验说明了什么？ 叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用，放出氧气 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 恩格尔曼第二个实验 小结： 叶绿体是光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。 叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有很多进行光合作用所必需的酶。 光合作用与能量转化 绿叶中色素的提取和分离 叶绿体的结构适于进行光合作用 实验原理 实验过程 实验结论 无水乙醇，层析液 叶绿素 类胡萝卜素 红光 蓝紫光 蓝紫光 色素 叶黄素 胡萝卜素 叶绿素a 叶绿素b （蓝绿色） （黄绿色） （橙黄色） （黄色） 含量约占3/4 含量约占1/4 形态: 结构: 功能: 叶绿体是进行光合作用的场所 课堂小结： 色素功能：吸收、传递、转化光能 【针对训练】 对点练3.下列有关恩格尔曼的水绵实验的叙述，<zzd>不正确</zzd>的是( @77@ )。 A.恩格尔曼用水绵作实验材料是因为一个水绵细胞中有多个叶绿体 B.依据需氧细菌的分布情况可以确定释放 多的部位 C.实验说明叶绿体利用光能进行光合作用产生 D.实验体现了对照的实验设计思想 A 例3 把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细的光束照射水绵，通过显微镜观察发现，需氧细菌在叶绿体被光束照射到的部位集中。该实验证明了( @75@ )。 A.叶绿体能产生营养物质 B.光合作用产生淀粉 C.光合作用释放的氧来自水 D.叶绿体在光下可以产生氧气 D Lavf58.28.100 Lavf57.83.100 $$