5.4 光合作用与能量转化第1课时课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

高中生物学课件围绕“捕获光能的色素和结构”，以植物工厂情境导入提问人工光源好处，通过白化苗与正常苗对比引出色素重要性，经“绿叶中色素的提取和分离”实验探究色素种类、含量及溶解度，结合吸收光谱分析实际应用，最终学习叶绿体结构与功能，构建情境-实验-原理-结构的递进式学习支架。 该资料亮点突出，实验教学详实，含原理、步骤及异常现象分析，配套《绿叶中色素的提取》《分离》视频，培养科学思维与探究实践；结合大棚薄膜选择、阴天补光等实际问题，渗透结构与功能观（生命观念）。助力学生提升实验操作与问题解决能力，为教师提供完整情境素材与实验指导，便于高效教学。

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 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。 学习目标 情境导入 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。 1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？ 用人工光源生产蔬菜，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可以调控，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。 白化苗由于不能形成叶绿素，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，叶片中的色素与光能的捕获有关。绿叶中有哪些色素呢？ 玉米（白化苗） 玉米（正常苗） 4 一、实验：绿叶中色素的提取和分离 ①提取原理 无水乙醇 用 分离色素。 层析液 （体积分数95%乙醇+无水碳酸钠或丙酮） ②分离原理 纸层析法 分离的方法: 20份石油醚2份丙酮和1份苯 用 提取色素（色素能溶解在有机溶剂中）。 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。 1.实验原理（2个） （1）绿叶中色素的提取 2.实验步骤 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 色素提取时，研磨叶片会导致液泡中的有机酸释放，破坏叶绿素，碳酸钙可以中和酸性物质，保护叶绿素。 1 3 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 单层尼龙布 不能用滤纸替代。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。 4 2.实验步骤 《绿叶中色素的提取》视频 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 剪滤纸条 铅笔划线 在距剪去两角的一端1cm处用铅笔画一条细的横线 （2）绿叶中色素的分离 2.实验步骤 9 分离色素——纸层析法 （2）绿叶中色素的分离 2.实验步骤 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 目的：积累更多的色素，使分离出的色素带清晰 ②画滤液细线 待滤液干后 10 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 滤纸条上的色素带有四条，如右图所示 为何要盖上培养皿？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。 ③分离绿叶中的色素 ④观察结果 （2）绿叶中色素的分离 2.实验步骤 插滤纸条 层析液 培养皿 《绿叶中色素的分离》视频 3.实验结果 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 较窄 最宽 较宽 最少 较少 最多 较多 最高 较高 较低 最低 最快 较快 较慢 最慢 色素的功能： 吸收、传递、转化光能 0.5 秒延迟符，无 意义，可删除. 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 胡黄ab向前走 3.实验结果 类胡萝卜素的作用：捕获光能并传递给叶绿素a及保护叶绿素 14 正常条带 异常条带 3.实验结果 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？ 绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析 （1）收集到的滤液绿色过浅的原因分析 a.未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。 b.使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。 c.一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低 (正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。 d.未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。 没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。 a.忘记画滤液细线。 b.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。 忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。 （4）滤纸条色素带重叠 （3）滤纸条看不到色素带 （2）滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带 忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。 思考.影响叶绿素合成的三大因素？ ①光照 ②温度 ③矿质元素 温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成；另外，低温时叶绿素分子易被破坏，因而秋天叶片变黄。 叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄；Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也会导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。 光照是影响叶绿素合成的主要因素，植物在黑暗中一般不能合成叶绿素，因而叶片发黄。 二、光合色素的吸收光谱 光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760 nm。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，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 19 色素的吸收光谱实验结果 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 红光 蓝紫光 蓝紫光 注意：叶绿体中的色素只吸收可见光，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） 结合色素的吸收光谱分析实际问题 1.冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？ 应选无色的大棚塑料薄膜。因为太阳光由七色光组成，所以用无色的大棚塑料薄膜，植物可以获得更多的光能。 2.阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？ 应选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 类囊体 外膜 内膜 基质 (含有与光合作用有关的酶) (类囊体薄膜上有色素和与光合作用有关的酶) 基粒 活动1：阅读教材P100中间三段内容, 完成以下问题： 1.叶绿体是如何增大生物膜面积的，优点? 叶绿体含有众多的基粒和类囊体,极大地扩展了生物膜面积。 2.联想：线粒体？体现了什么样的生物学观点？ 结构和功能相适应 3.进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中? 进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的基粒的类囊体薄膜上或者叶绿体基质中。 1.叶绿体结构 2.叶绿体功能 叶绿体功能的实验验证 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 恩格尔曼的实验一：1881年德国科学家恩格尔曼的实验 极 细 光 束 均匀光照 恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？ 结论：氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。 1.实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点：水绵的叶绿体呈___________分布，便于观察；用需氧细菌可确定 的部位。 2.为何要除去小室中原有的空气？ 螺旋带状 释放氧气多 选用没有空气的环境，可排除空气中氧气的干扰。 3.在黑暗中用极细的光束照射水绵有何巧妙之处？ 用极细的光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。 4.为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？ 和黑暗条件下用极细的光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。 恩格尔曼实验二 三棱镜 结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光 综合上述两个实验可以得出： 照射水绵 好氧细菌聚集在 红光和蓝紫光的区域 叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。 叶绿体的结构 原理 过程 易溶于有机溶剂 取材→研磨→过滤→收集 在层析液中的溶解度不同，溶解度高的扩散速度快 制备滤纸条→画滤液细线→分离色素 叶绿素 类胡萝卜素 叶绿素b 叶黄素 胡萝卜素 光合作用的场所 提取 分离 叶绿体的功能 决定 基粒 内膜 外膜 基质 平滑 吸收光能 功能 色素 结果 叶绿素a 种类 3/4 1/4 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。 （ ） 习题检测 ✘ ✓ ✘ 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 27 3.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻、红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象是如何造成的？ 水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多,即到达深水层的光线是短波长的光，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。 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 28 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 $