5.4 光合作用与能量转化（第1课时）（教学课件）-2024-2025学年高一生物上学期同步优质教学课件（人教版2019必修1）

第4节 光合作用与能量转化 （第1课时）捕获光能的色素和结构 高中生物学 第五章 细胞的能量供应和利用 人教版 2019 目录 课堂小结 04 课堂练习 情境导入 02 03 素养目标 01 05 探究新知 一、捕获光能的色素和结构 二、光合色素的吸收光谱 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 学习目标 核心素养 1.理解“绿叶中色素的提取和分离”实验的原理，学会探究实 验的设计思路。 2.采用对比分析的方法，分析不同色素吸收光谱的差别。 3.认同叶绿体的结构特点与其作为光合作用的场所相适应。 1.运用结构与功能相适应的生命观念,解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。(生命观念) 2.尝试提取和分离绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类和功能，提高实验操作和实验结果分析的能力。（科学探究） 3.尝试应用所学生物学知识解决生产、生活中的实际问题，关注生物科学技术与社会的关系。（社会责任） 素养目标 情境导入 植物工厂 思考 靠人工光源生产蔬菜有什么好处？ 可以根据植物生长的情况调控光源的强度和不同色光，以使蔬菜进行光合作用，产量达到最大。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。 无论是在植物工厂还是自然界，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。 一、捕获光能的色素和结构 绿叶中究竟有哪些色素呢？ 一、捕获光能的色素和结构 绿叶中色素的提取和分离 1 ①提取原理 用 提取色素（色素能溶解在有机溶剂中）。 无水乙醇 用 分离色素。 层析液 脂溶性色素 (液泡中的花青素不溶于有机溶剂) （体积分数95%乙醇+无水碳酸钠或丙酮） ②分离原理 绿叶中色素在层析液中的 不同，随层析液在滤纸上 不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。 扩散速度 溶解度 纸层析法 分离的方法: 20份石油醚2份丙酮和1份苯 1.实验原理（2个） 1 2 称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。 放入少许二氧化硅和碳酸钙，再放入10mL无水乙醇，迅速、充分地研磨。 SiO2 CaCO3 无水乙醇 迅速 充分 作用 作用 作用 作用 作用 防止乙醇挥发 有助于研磨充分 防止色素被破坏(主要是叶绿素) 溶解、提取色素 叶绿体能够被充分破坏，使得色素能充分被释放出来 ①取材 ②研磨 一、捕获光能的色素和结构 绿叶中色素的提取 2 2.实验步骤 碳酸钙是为了中和细胞液的酸性。 7 3 4 将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。 将滤液收集到试管中， 及时用棉塞将试管口塞严。 用 过滤，过滤叶脉及二氧化硅等并且不吸附色素。 目的是防止乙醇挥发和色素氧化。 ③过滤 ④收集 一、捕获光能的色素和结构 绿叶中色素的提取 2 2.实验步骤 单层尼龙布 不用滤纸：滤纸吸附能力强，会吸附叶绿素而影响实验结果。 8 干燥的定性滤纸 防止层析液在边缘扩散过快，使色素在滤纸上扩散均匀 1cm 铅笔线 剪去两角 分离色素——纸层析法 ①制备滤纸条 一、捕获光能的色素和结构 绿叶中色素的分离 3 2.实验步骤 干燥滤纸 剪滤纸条 铅笔划线 将滤纸剪成宽度略小于试管直径，长度略小于试管长度的滤纸条，并在 。 在距剪去两角的一端1cm处用铅笔画一条细的横线 色素均匀扩散，更好地分离 笔墨中的色素会也能随层析液扩散，污染从绿叶中提取的色素 一端剪去两角 9 用毛细吸管吸取少量滤液 画线： 重复画线 沿铅笔线画出一条细线 ，重复画细线1~2次 ★注意：细、直、齐 使分离的色素带平整、不重叠 积累更多的色素，使分离出的色素带清晰 ②画滤液细线 一、捕获光能的色素和结构 绿叶中色素的分离 3 2.实验步骤 待滤液干后 将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 滤纸条上的色素带有四条，如右图所示 防止层析液中的成分挥发(丙酮、苯等有毒) 不能让滤液细线触及层析液：防止色素溶解在层析液中，导致实验失败观察不到色素带。 一、捕获光能的色素和结构 绿叶中色素的分离 3 2.实验步骤 ③分离绿叶中的色素 ④观察结果   色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 _____ _____ _____ 较少 较高 较快 _____ 较低 较慢 较多 _____ _____ 最少 最高 最快 最多 最低 最慢 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 1.滤纸条上四条色素带位置以及色素带宽窄有什么含义？ 溶解度的高低 含量的多少 一、捕获光能的色素和结构 绿叶中色素的分离 3 3.实验结果分析 叶绿素 类胡萝卜素 （含量约3/4） （含量约1/4） 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素b（黄绿色） 胡萝卜素（橙黄色） 叶黄素（黄色） 色素含量(色素带宽度): 叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素 溶解度(扩散速度): 胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b 距离最远: 距离最近： 胡萝卜素 叶绿素b 绿叶中的色素 一、捕获光能的色素和结构 绿叶中色素的分离 3 3.实验结果分析 如果在圆形滤纸的中央点开始，对叶绿体的色素进行层析，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 ； 胡萝卜素橙黄色、叶黄素黄色、叶绿素a蓝绿色、叶绿素b黄绿色 一、捕获光能的色素和结构 绿叶中色素的分离 3 拓展实验 （1）滤纸条上未得到色带 ①滤液细线浸没到层析液中 ②用清水代替乙醇进行提取 ①研磨不充分(未加入SiO2) ②提取时加入的乙醇过多 ④未加CaCO3，色素分子被破坏 ⑤所取的绿叶不新鲜 ③滤液细线画的次数不够 ①滤液细线画得过粗或不整齐 ②滤纸条没经干燥处理 （2）滤纸条上的色带颜色较浅 （3）滤纸条上的色带重叠 ①忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏 ②所用叶片为“黄叶” （4）滤纸条上只出现黄色 一、捕获光能的色素和结构 绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析 4 比较项目 光合色素 细胞液色素 存在部位 叶绿体 液泡 溶解性 脂溶性 水溶性 代表种类 类胡萝卜素和叶绿素 花青素 颜色 橙黄、黄、绿 红、蓝、紫 颜色变化 不随pH改变变化颜色 随pH改变变化颜色 红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。 一、捕获光能的色素和结构 光合色素与细胞液色素的比较 5 吸收、传递（四种色素）、转化（只有少数特殊状态的叶绿素a）光能 叶绿素a: C55H72O5N4Mg 叶绿素b: C55H70O6N4Mg 胡萝卜素：C40H56 叶黄素：C40H56O2 1.功能： 一、捕获光能的色素和结构 光合色素的功能 6 拓展 镁是叶绿素的组成元素之一，但类胡萝卜素中无镁元素。 2.影响叶绿素合成的三大因素： ①光照 ②温度 ③矿质元素 一般需要光照才能合成叶绿素。 温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，低温时叶绿素分子易被破坏。 叶绿素中含N、Mg等矿质元素。 吸收、传递和转化光能 17 1.阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时， 不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。 二、光合色素的吸收光谱 2.分别让不同颜色的光照射色素溶液就可以得到色素溶液的吸收光谱。 绿叶中色素的作用：吸收光能 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 现象：光屏出现明显的色光带 现象：色光带变暗， 且蓝紫光和红光大部分被吸收 18 ①叶绿素主要吸收 和 。 ②.叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同 ③类胡萝卜素主要吸收 ，不吸收红光 可见光 色素的吸收光谱实验结果 二、光合色素的吸收光谱 红光 蓝紫光 蓝紫光 注意：叶绿体中的色素只吸收 ，而对红外光和紫外光等不吸收。 可见光：400~760nm; 紫外光：小于400nm; 红外光：大于760nm ④绿叶中的色素几乎不吸收绿光（但不是不吸收） 它们对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。 19 正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。 2.叶片呈现绿色的原因是？ 3.许多植物到秋天叶子变黄？红叶是怎么回事呢？ 1.大棚种蔬菜时，应选择什么颜色玻璃或塑料薄膜？补充光源呢? ①叶绿素不稳定，低温使其分解，叶片呈类胡萝卜的颜色； ②红叶是由叶子的花青素和胡萝卜素引起的。 二、光合色素的吸收光谱 思考： 白色最好 红光或蓝紫光 无色透明 这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？ 外膜 内膜 基质 核糖体 DNA 类囊体 基粒 1.叶绿体的形态（光镜下） 一般呈扁平的椭球形或球形。 2.叶绿体的结构（电镜下） 光合作用的酶分布在基粒的类囊体薄膜上和基质中。 众多的基粒和类囊体，极大得扩展了 受光面积，扩大色素和酶的附着位点。 叶绿体除了吸收光能以外，还有什么功能吗？ 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体的结构和形态 1 21 1.实验者 2.实验材料 水绵 易于观察，作为释放氧气的观察指标。 注：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布， 细菌为需氧菌，可以运动。 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体功能的实验验证 2 德国科学家恩格尔曼 22 3.实验过程及现象 极 细 光 束 均匀光照 水绵 好氧细菌 极细光束照射 完全曝光 黑暗 无空气 好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位 好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位 叶绿体光合作用释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所。 结论： 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体功能的实验验证 2 恩吉尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？ ①实验材料选择 和 。 ②没有空气的黑暗环境排除了 和 干扰。 ③用极细的光束照射，叶绿体上可分为 和 的部位，相当于一组 实验。 水绵的优点是 ； 需氧细菌的优点是 。 ④临时装片暴露在光下的实验再一次 。 水绵 需氧细菌 叶绿体呈螺旋式带状，便于观察 可确定释放氧气多的部位 氧气 光 有光照 无光照 对照 验证实验结果 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体功能的实验验证 2 大量好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，说明什么？ 说明光合作用主要吸收的是红光和蓝紫光用于光合作用，释放氧气。 综上所述：叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。 进一步实验：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧型细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体功能的实验验证 2 注意：蓝细菌、光合细菌等没有叶绿体也能进行光合作用。 25 拓展应用 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？ 反射绿光，吸收红、蓝紫光 红藻 绿藻 褐藻 反射红光，吸收蓝紫光较多 波长长 波长短，能到达深海区域 反射黄光，吸收蓝紫光、绿光 波长适中 绿藻 褐藻 红藻 不同藻类的吸收光谱 总结 ：不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们______的光，到达深水层的光线主要是_______光 反射 蓝紫 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 分类 叶绿素 类胡萝卜素 叶绿素a 叶绿素b 叶黄素 胡萝卜素 结构 功能：吸收、传递、转化光能。 含量占1/4 含量占3/4 （蓝绿色） （黄绿色） （橙黄色） （黄色） 分布位置：叶绿体类囊体薄膜。 双层膜：内膜和外膜。 基粒：由叶绿体类囊体薄膜堆叠而成，含有光合作用有关的色素和酶。 基质：含有多种酶，核糖体和DNA。 捕获光能的色素和结构 课堂小结 1.(2023·江苏高考)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述 合理的是 ( 　 ) A.用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素 被破坏 B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素， 但易出现色素带重叠 C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带， 花青素位于叶绿素a、b之间 B 课堂练习 花青素不溶于有机溶剂 叶绿素 无法具体测定 用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A错误； 画滤液细线时要等上一次干了以后再画下一次，若连续多次重复画滤液细线虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B正确； 该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较判断各色素的含量，但该实验不能具体测定绿叶中各种色素含量，C错误； 花青素存在于液泡中，溶于水不易溶于有机溶剂，故用红色苋菜叶进行实验不能得到5条色素带，D错误。 28 2. 恩格尔曼利用需氧细菌和水绵为材料，探究叶绿体的功能。 下列有关恩格尔曼实验的叙述，错误的是（　　） A. 水绵具有螺旋带状叶绿体，便于实验观察 B. 恩格尔曼的实验直接证明叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 C. 将载有水绵和需氧细菌的临时装片放在充满空气的小室内，进行实验 D. 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聚集在 红光和蓝紫光区域 为排除空气中氧气的干扰，将载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，进行实验。 C 课堂练习 谢谢您的聆听 人教版 2019 $$