5.4.1捕获光能的色素和结构课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

生物学（新人教版） 分子与细胞 第五章第4节 捕获光能的色素和结构 【学习目标】 1.尝试提取和分离绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及功能。 2.解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。 【重难点】 1.色素的提取和分离实验 2.色素的种类及功能 3.叶绿体适于光合作用的结构特点 欢迎来到智慧植物工厂 你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密的控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分条件下，生产蔬菜和其他植物。有的蔬菜工厂完全依赖LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色光源。 问题探讨 讨论 1. 靠人工光源生产蔬菜有什么好处？ 人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。 说明植物生长需要光照，那么在自然界中，没有人工光源，植物从哪里获取光照呢？ 你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密的控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分条件下，生产蔬菜和其他植物。有的蔬菜工厂完全依赖LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色光源。 讨论 2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？ 影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件也有外界条件，二氧化碳浓度，营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。 太阳能是几乎所有生命系统中能量的最终源头，而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。 问题探讨 白化玉米幼苗：不含绿色色素，不能进行光合作用制造有机物，待种子中储存的养分耗尽就会死去。 正常的绿色玉米幼苗：含捕获光能的色素，可以正常生长，能进行光合作用制造有机物。 绿叶中有哪些色素呢？含量？ 说明光合作用需要色素去捕获光能 光合作用是 生物学途径， 因此，有人称光合作用是地球上 。 唯一能够捕获和转化光能 最重要的化学反应 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？太阳能是几乎所有生命系统中能量的最终源头，而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。 绿叶中色素的提取与分离 实验目的 1.进行绿叶中色素的提取和分离； 2.探究绿叶中含有几种色素。 材料用具 新鲜、浓绿的叶片（含有较多的叶绿素）； 无水乙醇（体积分数95%+适量无水碳酸钠代替），层析液，二氧化硅，碳酸钙。 干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管夹，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药匙，量筒，天平。 一、捕获光能的色素 绿叶中色素的提取和分离 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可以用无水乙醇提取绿叶中的色素（萃取法）。 （1）原理： （2）实验步骤： 1.提取绿叶中的色素： 由于色素存在于细胞内，需要先破碎细胞才能释放出色素 问题探讨 提取绿叶中的色素 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 加入碳酸钙，目的是防止色素被破坏（保护色素）。 是为了防止乙醇挥发，防止色素分解。 加入二氧化硅，目的是研磨充分。 加入无水乙醇，目的是溶解色素。 将绿叶的主叶脉剪去，剪碎叶片，放入研钵中。 1 放入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5~10mL无水乙醇。 迅速、充分地进行研磨。 2 3 1.提取绿叶中的色素 一、捕获光能的色素 酸性的细胞液会与叶绿体中色素接触，致使叶绿素的分子结构遭到破坏，碳酸钙可以中和有机酸 用单层尼龙布能过滤叶脉及SiO2等研磨液中的杂质。不能用滤纸过滤，滤纸会吸附色素，降低滤液中色素的含量，使实验效果不明显。 利用基部放有单层尼龙布的玻璃漏斗对研磨液进行过滤。 将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。 4 5 加塞棉塞目的是减少乙醇挥发，防止色素氧化。 1.提取绿叶中的色素 一、捕获光能的色素 漏斗基部放一块（ ），将滤液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤 称取5g（ ） 用小试管收集色素滤液，及时用（ ）将试管口塞严 剪碎叶片，加少许（ ），再加入5~10mL（ ），迅速、充分地研磨 一、捕获光能的色素 绿叶中色素的提取和分离 1.提取绿叶中的色素： （2）实验步骤： 新鲜绿叶 二氧化硅和碳酸钙 无水乙醇 单层尼龙布 棉塞 取材 研磨 过滤 收集 色素含量高 有助于研磨得充分 防止研磨中色素被破坏 酸性的细胞液会与叶绿体中色素接触，致使叶绿素的分子结构遭到破坏，碳酸钙可以中和有机酸 防止乙醇挥发、色素被氧化 溶解色素、提取色素 过滤叶脉及二氧化硅等并且不吸附色素。 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 一、捕获光能的色素 绿叶中色素的提取和分离 2.分离绿叶中的色素: （1）原理：不同色素在层析液中的_________不同，_____________的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。 溶解度 溶解度高 （2）分离方法： 纸层析法 （3）实验步骤： 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 一、捕获光能的色素 分离绿叶中的色素 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 一、捕获光能的色素 绿叶中色素的提取和分离 干燥滤纸 剪两角 铅笔线 1cm 使色素在滤纸上扩散均匀 ★要求：细、直、齐 ；待滤液干后，重复1—2次（ ） 积累更多色素 使层析液在滤纸条上扩散得快。 可以防止色素带重叠，使色素带均匀分布在一条直线上。 ①制备滤纸条 ②画滤液细线 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 一、捕获光能的色素 绿叶中色素的提取和分离 层析液 培养皿 滤液线 ★要求：滤液线不能触及层析液 ③分离绿叶中的色素: 防止层析液（有毒）挥发 防止色素溶解在层析液中，无法分离 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 一、捕获光能的色素 绿叶中色素的提取和分离 ④观察与记录 滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？ 讨论： 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 一、捕获光能的色素 绿叶中色素的提取和分离 3.实验结果 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） 类胡萝卜素 叶绿素 绿叶中的色素 滤纸条上四条色素带位置以及色素带宽窄有什么含义？ (约占1/4) (约占3/4) 溶解度的高低 含量的多少 提问：滤纸条色素带的位置和宽窄代表了什么，先回顾一下色素分离的原理，推测一下色素带位置的含义。 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） 扩散速度 含量 溶解度 最快 较快 较慢 最慢 最少 较少 最多 较多 最高 较高 较低 最低 滤纸上色带的排列顺序，宽窄，说明什么？ 2.滤纸条上的色素带的分布情况说明了什么？ 讨论： 1.滤纸条上有几条色素带？它们是按照什么次序分布的？ 滤纸条上有4条不同的颜色的色素带，从上到下依次为： 胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)。 滤纸条上的色素带说明了绿叶中的色素有4种，他们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同。 绿叶中色素的提取与分离 20 绿叶中色素的提取与分离 思考： 1.为何选用新鲜的绿叶，否则会导致什么结果？ 叶绿素极不稳定，易被破坏，因此研磨时要迅速、充分，以保证提取较多的色素。 ①二氧化硅→研磨充分，有利于色素的提取； 色素含量较高，实验效果明显。 2.研磨时加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇的作用是什么？ 3.研磨时要充分迅速的原因是什么？ ③无水乙醇→溶解、提取色素。 ②碳酸钙→防止叶绿体中的色素受到破坏（保护色素）; 绿叶中色素的提取与分离 4.过滤时为什么用尼龙布过滤而不用滤纸呢？ ①细、齐、直→可以防止色素带重叠，使色素带均匀分布在一条直线上。 5.画滤液细线的要求是什么？为什么要多画几次？ 6.层析时层析液为何不能没过滤液细线？ 色素易溶解在层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果。 7.纸层析时盖培养皿或者将试管口封堵的目的是什么？ 层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，要尽量减少有机溶剂的挥发。 滤纸对色素有吸附作用。 ②重复画线2-3次，→增加细线中色素分子含量，增强实验效果。 22 绿叶中色素的提取与分离 思考： 1.为何选用新鲜的绿叶，否则会导致什么结果？ 叶绿素极不稳定，易被破坏，因此研磨时要迅速、充分，以保证提取较多的色素。 在研磨时要加少许二氧化硅，目的是为了研磨充分，有利于色素的提取；加少许碳酸钙的目的是为了防止研磨过程中，叶绿体中的色素受到破坏;加无水乙醇的目的是为了溶解、提取色素。 注意选择鲜嫩、颜色浓绿，因为色素含量较高，否则叶绿素含量低，实验效果不明显。 2.研磨时加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇的作用是什么？ 3.研磨时要充分迅速的原因是什么？ 绿叶中色素的提取与分离 4.过滤时为什么用尼龙布过滤而不用滤纸呢？ 画滤液细线时要细、齐、直，这样可以防止色素带重叠，使色素带均匀分布在一条直线上。重复画线时必须等上次画线干燥后再进行，重复2-3次，重复画线是为了增加细线色素分子含量，增强实验效果。 5.画滤液细线的要求是什么？为什么要多画几次？ 6.层析时层析液为何不能没过滤液细线？ 层析时不要让滤液细线触及层析液，这是因为色素易溶解在层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果。 7.纸层析时盖培养皿或者将试管口封堵的目的是什么？ 因层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。 滤纸对色素有吸附作用。 24 绿叶中色素的提取与分离 8.绿叶中色素的提取与分离实验的异常现象分析： 异常现象 原因 收集到的 滤液 绿色过浅 ①未加石英砂(二氧化硅)或研磨不充分； ②使用放置数天的菠菜叶或绿叶用量少，滤液色素(叶绿素)太少； ③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低； ④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏; ⑤画滤液细线次数过少; ⑥层析液触及到滤液细线，但是时间不长。 滤纸条 色素带重叠 ①滤液细线不直； ②滤液细线过粗。 滤纸条 无色素带 ①忘记画滤液细线； ②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。 滤纸条上只呈现胡萝卜素、叶黄素的色素带 ①未加碳酸钙，导致叶绿素被破坏； ②所用叶片为“黄叶”。 展示 一、捕获光能的色素 1．下图所示“叶绿体中色素的提取和分离”实验的装置正确的是       B 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 一、捕获光能的色素 A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液 2.甲、乙、丙、丁四位同学，利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用纸层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，得到了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是 × 无 均浅 B.乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多 无色素带：忘记画滤液细线； 滤液细线接触到层析液，时间较长，色素全部溶解到层析液中。 均浅：未加二氧化硅/画滤液细线次数过少/滤液细线短暂接触层析液 一、捕获光能的色素 C.丙可能是正确操作得到的理想结果 叶绿素含量少 D.丁可能是因为研磨时未加入CaCO3 × 含量： 叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素 一、捕获光能的色素 1.色素的种类 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) 绿叶中的色素 叶绿素 （含量约3/4） 类胡萝卜素（含量约1/4） 组成元素：C、H、O、N、Mg 吸收、传递、转换光能。 一、捕获光能的色素 2.色素的功能 这4种色素对光的吸收有什么差别呢？ 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。 阳光是由不同波长的光组合成的复合光。阳光在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。 30 色素的吸收光谱实验结果 叶绿素溶液 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 类胡萝卜素溶液 一、捕获光能的色素 3.光谱和色素的吸收光谱 分别让不同颜色的光照射色素溶液，可以得到色素的吸收光谱。 一、捕获光能的色素 叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱 主要吸收蓝紫光和红光 主要吸收蓝紫光 类胡萝卜素： 叶绿素： 可见光：400~760nm 红外光：>760nm 紫外光：<400nm 3.光谱和色素的吸收光谱 这4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。一般条件下，光合作用所利用的光都是可见光。 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ √ 一、捕获光能的色素 1.叶片呈现绿色的原因是什么？ 因为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.银杏的叶秋季为什么变黄了？ 3.秋天枫叶变红色的原因是什么？ 色素在低温下会发生分解，而叶绿素的分解速度比叶黄素等的快很多，叶绿素迅速分解完，叶黄素的颜色显露出来。 树叶变红则是因为当温度低于7 ℃时，树叶中会生成花青素。在酸性条件下呈红色。 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 一、捕获光能的色素 选无色透明的塑料薄膜，为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，即让植物吸收更多的光能。 蓝紫光或红光。在照明灯功率相同的情况下，用发蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率最高。 1.阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色(蓝紫光或红光/白光)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？ 2.冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选择红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？ 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 一、捕获光能的色素 6.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？ 因此，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褐藻分布于海水中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。 绿藻主要吸收红光和蓝紫光、褐藻主要吸收绿光和蓝紫光、红藻主要吸收蓝紫光 波长由长到短：红光>绿光>蓝紫光 短波长的光 长波长的光 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 一、捕获光能的色素 1.某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时，进行了以下操作：①将5 g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中，加入无水乙醇后直接进行研磨；②将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1 cm处用钢笔画一条横线；③为增强实验效果，将滤液细线画粗些；④将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，让滤液细线浸入层析液中。该同学的操作有误的是 A.① B.①② C.①②③ D.①②③④ D 小试牛刀 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 一、捕获光能的色素 小试牛刀 3.下面是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的过程，请据图回答下列问题： (1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行 实验，在滤纸上出现了四条清晰的色素 带，如图1所示。甲同学分离色素的方法 是__________，滤纸条上色素带位置的不同主要取决于_______________ _______________。从上往下数，叶黄素位于第___条色素带。 纸层析法 色素在层析液 中溶解度的大小 2 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 一、捕获光能的色素 A.缺失叶绿素b，植株对蓝紫光、红光的吸收能力减弱 B.缺失胡萝卜素，植株对蓝紫光的吸收能力减弱 C.缺失叶绿素a，植株对红光的吸收能力减弱 D.缺失叶黄素，植株对蓝紫光的吸收能力减弱 4.科研人员发现了一种色素缺失的豌豆变异植株，提取其色素并进行了纸层析分离，结果如图(图中数字代表正常 植株的色带位置)。以下关于该变异植株的 叙述正确的是 D 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 一、捕获光能的色素 5．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，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。 注：“＋”表示加；“－”表示不加。试回答： （1）A处理得到的溶液颜色是_ ___，原因是____________________。 （2）B处理得到的溶液颜色是_ __ __，原因是_______________________。 （3）C处理得到的溶液颜色___ _ __，原因是______________________。 A B C 处理 SiO2（少量） CaCO3（少量） 无水乙醇（10毫升） 蒸馏水（10毫升） ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ － ＋ － ＋ － 黄绿色 部分叶绿素受到破坏 几乎无色 叶绿素不溶于水 深绿色 大量叶绿素溶于乙醇中 说明植物生长需要光照，那么捕获光能的物质是什么？ 内膜 外膜 类囊体 基质 基粒 形状: 结构： 一般呈扁平的椭球形或球形 双层膜，基粒、基质（含少量DNA、RNA、核糖体和有关光合作用的酶） 光合作用的场所 绿色植物中能进行光合作用的细胞 功能： 分布： DNA 核糖体 1、叶绿体的结构(电镜下) 类囊体薄膜 类囊体薄膜和基质 色素分布： 酶分布： 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 极大地扩展了受光面积 结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。 水绵 好氧细菌 黑暗处理 极细光束照射 暴露在光下 2.叶绿体的功能 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 资料一 恩格尔曼的实验一 1 选用水绵： 2 先放在黑暗无空气的环境中： 3 极细的光束照射、好氧细菌检测： 4 实验对照： 水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。 排除环境中氧气和光的干扰。 迅速准确地判断出释放氧气的部位。 用极细的光束点投射，叶绿体可分为获得光照部位和无光照部位，相当于一组对照实验，进行黑暗条件下局部光照和完全暴露在光下的对照实验，明确实验结果是由光照引起的。 恩格尔曼实验的巧妙之处 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 三棱镜 好氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域 照射 水绵 结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光 恩格尔曼的实验二 2.叶绿体的功能 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体的功能 讨论： 1.在第2个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？ 这是因为水绵叶绿体上的光合色素，主要吸收红光和蓝紫光，在此波长的光照射下，叶绿体会释放氧气适于需氧型细菌在此区域的分布。 2.综上所述，你认为叶绿体有什么功能? 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。 展示 恩格尔曼实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。之后研究发现，类囊体膜上和叶绿体基质中含有多种光合作用所必需的酶。科学家们得出叶绿体是光合作用的场所这一结论。 思考：原核生物没有叶绿体，能进行光合作用吗？ 有些原核生物含有光合色素和光合作用所需的酶，也可以进行光合作用。如：蓝细菌含有藻蓝素、叶绿素及相关酶。 二、叶绿体的结构适用于进行光合作用 光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 光合作用概念： CO2 ＋ H2O 光能 叶绿体 (CH2O) ＋ O2 1.下列关于恩格尔曼实验的叙述，正确的是 （ ） A．用水绵做实验材料是因为其叶绿体呈椭球形便于观察 B．通过同位素示踪法证明了氧气是叶绿体释放出来的 C．实验材料先放在没有空气的黑暗环境中以排除氧气和光的干扰 D．根据产生气泡的位置来确定绿色植物进行光合作用的部位 C 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 课堂小结 色素分类 叶绿素 （含量约3/4） 类胡萝卜素（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) 叶绿体结构 色素分布位置： 叶绿体类囊体薄膜 双层膜：内膜和外膜 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 粒： 含有多种酶，DNA、RNA和核糖体 基 质： 吸收、传递、转化光能 功 能： 捕获光能的色素和结构 练习与应用(P106) 一、概念检测 1.基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。 （1）叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。 （ ） （2）叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能。 （ ） （3）植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。（ ） × √ × 练习与应用(P106) 一、概念检测 2.下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是 （ ） A.所有植物细胞中都含有 4 种色素 B.有些植物细胞的液泡中也含有色素 C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能 D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类 A Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 $