5.4.1光合作用与能量转化-捕获光能的色素和结构 课件-2025-2026学年高一上学期必修1生物人教版(2019)

null自然界植物利用光合作用固定二氧化碳合成淀粉，但这是一个极其复杂且漫长的过程。科学家运用合成生物学技术，通过来自植物、微生物和动物等31个不同的物种近62种生物酶催化剂，经过设计和优化组合，构建了人工合成淀粉的途径。基于该途径，在未来的工厂中，利用氢能与催化剂可将高浓度的二氧化碳还原为简单的碳一化合物。然后碳一化合物再经过四个微生物催化剂聚合成为碳三化合物。碳酸化合物在经过三个生物酶催化剂反应聚合生成为碳六化合物。最后碳硫化合物再经过三个生物酶催化剂催化合成长链多碳分子淀粉。一立方米的生物反应器年产量相当于五亩玉米地种植的淀粉产量。 nullnull 第五章　细胞的能量供应和利用 5.4.1光合作用与能量转化 捕获光能的色素和结构 教学目标 1、通过叶绿体结构和功能相统一的学习，培养结构与功能相适应的生命观念。（生命观念） 2、通过“绿叶中色素的提取与分离”实验，提高实验设计和实验结果分析的科学探究能力。（科学探究） 3、对比不同色素的吸收光谱数据，归纳色素的功能特点。（科学思维） 教学重难点 重点：1、说出绿叶中色素的种类、颜色及吸收光谱。 2、阐明叶绿体适于光合作用的结构特点。 难点：1、说出色素分离的原理。 2、阐明色素吸收光谱与光合作用的关联。 目录 一、捕获光能的色素 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 新课导入 问题探讨 你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中最常见的是红色、蓝色和白色的光源。 1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？ 2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？ 用人工光源可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。同时，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。 影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。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。 细胞内 能 量 CO2 1、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。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”。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。 2、对于高等植物来说，叶片是进行光合作用的主要器官。 呈现绿色的原因：含有绿色的色素 白化苗/黄化苗：不含有色素 待储存的养分耗尽就死去 叶片中的色素可能与光能的捕获有关 一、捕获光能的色素 实验原理 捕获光能的色素 探究·实践 绿叶中色素的提取和分离 用 提取色素（色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中）。 1、提取原理 无水乙醇 可以用体积分数95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来替代。 2、分离原理 用 分离色素。 层析液 绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，绿叶中色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。 纸层析法 由20份在60~90℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成。 3、分离方法 探究·实践 绿叶中色素的提取和分离 1、 提取绿叶中的色素 称取5g绿叶，剪碎，放入研钵中 加少许的二氧化硅和碳酸钙 与10ml无水乙醇，迅速、充分研磨 将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤(单层尼龙布) 将滤液收集到试管中，用棉塞塞严 捕获光能的色素 实验步骤 研磨得更充分 防止色素破坏 不用滤纸，会吸附色素 防止乙醇挥发和色素分子被氧化 实验步骤 捕获光能的色素 探究·实践 绿叶中色素的提取和分离 2、制备滤纸条 干燥滤纸 剪两角 铅笔线 1cm 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。等滤液干后再画一到两次。 减少边缘效应，使层析液在滤纸条上扩散均匀。 3、画滤液细线 使分离出的色素带平整不重叠 增加色素的浓度，使分离出的色素带清晰明显 4、分离绿叶中的色素 层析液 培养皿 滤液线 将适量的层析液倒入烧杯中，将滤纸条轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口（防止层析液挥发）。 注意：不能让滤液细线接触层析液（防止色素溶解在层析液中） 实验现象 捕获光能的色素 探究·实践 绿叶中色素的提取和分离 从上往下依次是（溶解度由高到低）：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b 其中相邻最近的是：叶绿素a和叶绿素b 相邻最远的是：胡萝卜素和叶黄素 色素含量从多到少依次是（色素带宽度）：叶绿素a、叶绿素b 、叶黄素、胡萝卜素 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 （约占1/4） 叶绿素 （约占3/4） （橙黄色） （黄色） （蓝绿色） （黄绿色） 实验结论 捕获光能的色素 探究·实践 绿叶中色素的提取和分离 色素种类 色素含量 色素带宽度 溶解度 扩散速度 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素ａ 叶绿素ｂ 最窄 最少 最高 最快 较窄 较少 较高 较快 最宽 最多 较低 较慢 较宽 较多 最低 最慢 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 色素的功能：吸收、传递、转化光能 绿叶中的 色素提取液 图1：自然光通过三棱镜 图2：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，且蓝紫光和红光有两个明显的吸收带（黑带） 绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。 一、捕获光能的色素 太阳光穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带称为光谱。 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。 三棱镜 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 叶绿素溶液 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 三棱镜 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 类胡萝卜素溶液 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 色素吸收光谱 正常 光谱 三棱镜 一、捕获光能的色素 问题：绿叶中的色素对光的吸收有什么差别呢？ 3、温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？ 选无色透明的塑料薄膜；大棚内照明灯在功率相同的情况下，最好选蓝紫光和红光。 1、叶片呈现绿色的原因？ 叶绿素的含量远超过类胡萝卜素，而使类胡萝卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色。（绿叶中的色素对绿光吸收最少，绿光反射进入眼睛的量最多，所以叶片看起来是绿色的。） 2、秋季为什么变黄了？ 秋季温度降低，叶绿素分子在低温下被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。 一、捕获光能的色素 与生活的联系 1、叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形, 双层膜（外膜和内膜透明，有利于光线的透过）。 2、内部的基粒是由类囊体堆叠而成的，类囊体的薄膜上分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体的薄膜上和叶绿体基质中，含有许多与光合作用有关的酶。 3、众多的基粒和类囊体极大地扩展了受光的面积。 绿叶 叶绿体 类囊体 外膜 内膜 基质 基粒 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 德国科学家恩格尔曼的实验一 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 极 细 光 束 均匀光照 结论：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。 好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位 好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位 思考·讨论 叶绿体的功能 叶绿体的结构适于进行光合作用 德国科学家恩格尔曼的实验二 思考·讨论 叶绿体的功能 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 综合得出：叶绿体是光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。 思考·讨论 叶绿体的功能 恩格尔曼第一个实验的结论是：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。 实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果，等等。 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。 叶绿体的结构适于进行光合作用 1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么？ 2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？ 3.在第二个实验中，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，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。 4.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？ 捕获光能的色素和结构 绿叶中色素的提取和分离 实验原理 类胡萝卜素 色素种类 叶绿素 捕获光能、光合作用 叶绿体 胡萝卜素 叶黄素 试剂作用 实验现象 实验结论 叶绿素a 叶绿素b 结构 基质、内膜、外膜、基粒、类囊体 功能 课堂小结 1、基于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。 ( ) × 巩固练习 √ × 巩固练习 A 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中色素 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 3、关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是（ ） A.将干燥处理过的定性滤纸用于研磨液过滤和层析 B.在画出一条滤液细线后紧接着重复画线1～2次 C.层析分离时，用棉塞塞紧试管口 D.研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素 巩固练习 C 4、韭菜完全在黑暗中生长会变成黄色，称之为“韭黄”。提取并分离韭黄叶片色素，与正常韭菜叶相比，层析带只有上端两条色素带。下列实验操作和结果分析的相关叙述，错误的是（ ） A.研磨时应加入一定量的二氧化硅 B.分离色素时滤液细线不能触及层析液 C.层析带上的色素主要吸收红光 D.实验可说明叶绿素的合成需要光照 巩固练习 C 5、关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是（ ） A.被叶绿体中色素吸收的光能都可用于光合作用 B.绿叶中叶绿素含量约为类胡萝卜素的3倍 C.通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用 D.植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例会发生变化 巩固练习 C 谢谢观看！ $绿叶中色素的提取和分离材料用具，新鲜的菠菜叶、二氧化硅、碳酸钙、无水乙醇、层析液、钥匙、干燥的定性滤纸、研钵、培养皿、尼龙布、铅笔、镊子、剪刀、量筒、烧杯、试管、棉塞、毛细吸管、铁架台、玻璃漏斗、天平称取5克菠菜叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。向研钵中加入少许的二氧化硅和碳酸钙，二氧化硅可以使叶片研磨的更充分，碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。最后再加入5到10毫升无水乙醇，迅速充分的进行研磨。在漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗进行过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严，将干燥的定性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，再将绿纸条一端剪去两角，并在距这一端底部1厘米处用铅笔画一条细的横线。用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，待绿叶干后再重画1到2次。将适量的层析液倒入试管中将滤纸条有绿叶细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。在本实验中也可用小烧杯代替试管，将滤纸条插到圆形滤纸片的中央固定，并将画有细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，然后用培养皿盖住烧杯，观察试管内滤纸条上色素的扩散和最终分布情况。观察到滤纸条上出现了四条色素带，从上到下分别为橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色，其中蓝绿色的色带最宽。实验结论，一、色素在滤纸条上的不同分布，说明四种色素在层析液中的溶解度不同，位置越往上对应的色素在层析液中的溶解度越高。2、色素带的宽窄代表四种色素在绿叶中含量的多少，蓝绿色色带最宽，说明绿叶中叶绿素A的含量最多。 null