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

该高中生物学课件聚焦“捕获光能的色素和结构”，通过植物工厂情境导入，围绕色素提取分离实验、种类与吸收光谱、叶绿体结构与功能展开，构建“问题探讨-实验探究-原理阐释”的知识脉络。 其亮点在于以科学探究为主线，详细呈现实验步骤、注意事项及异常分析（如滤液绿色过浅的原因），培养科学思维与探究实践能力；结合恩格尔曼实验分析及叶片颜色变化等生活实例，渗透结构与功能观等生命观念，助力学生理解知识应用，为教师提供系统教学资源。

5.4.1 光合作用与能量转化 一、捕获光能的色素和结构 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。 二氧化碳浓度、营养液成分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。 问题探讨 讨论 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，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”。 那么，植物捕获光能需要依靠的物质和结构是什么呢？ H2O CO2 C6H12O6 O2 绿色植物能够捕获光能 一、捕获光能的色素 植物的叶片多数是绿色的，说明其中有绿色的色素。玉米中有时会出现白化苗。白化苗由于不能进行光合作用，待种子中 贮存的养分耗尽就会死亡。 证明： 光合作用需要色素； 绿叶中的色素可能 与光能的捕获有关 绿叶中的色素究竟有哪些呢？都参与植物的光合作用吗？ 玉米苗 正常玉米植株和白化玉米植株 绿叶中色素的提取和分离 （1）提取：色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中 （2）分离：纸层析法。 绿叶中的色素都能溶解在层析液中。 不同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。 实验原理： 材料用具： 新鲜的绿叶（如菠菜叶）、 定性滤纸等、无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙等 （体积分数95%乙醇+无水碳酸钠） 方法步骤： 1.提取绿叶中的色素 （2）加入少许SiO2和CaCO3， 再加入10mL无水乙醇，研磨 （3）将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一块单层尼龙布）进行过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。 (防止乙醇挥发和色素氧化) SiO2 有助于研磨充分 CaCO3 防止色素被破坏 无水乙醇 溶解色素 （1）称取5g菠菜叶，剪去主叶脉， 剪碎，放人研钵中。 剪碎 加乙醇 研磨 过滤 滤液 绿叶中色素的提取 为什么要剪去两角？ 2.制备滤纸条 方法步骤： 避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应）， 使其同步到达细线 1cm 铅笔线 剪去两角 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，再将滤纸条一端剪去两角，并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线。 干燥的定性滤纸 绿叶中色素的分离 要求：细而齐， 重复2—3次，待滤液干后，再画一两次。 方法步骤： 3.画滤液细线 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线(也可将滤液倒入培养皿,再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线).待滤液干后,再重画一到两次。 (使色素带平整、不重叠) （为了积累更多的色素使分离色素带更明显） 绿叶中色素的分离 为什么层析液不能浸没滤液细线？ 防止色素溶解在层析液中 为何要盖上培养皿？ 防止层析液挥发，因其易挥发且有毒 插滤纸条 层析液 培养皿 方法步骤： 4.分离色素 将适量层析液倒入小烧杯(试管)中，将滤纸条 轻轻插入层析液中，随后用用培养皿盖住烧杯口 （棉塞塞紧试管口）。 绿叶中色素的分离 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 方法步骤： 5.观察和记录 下 （橙黄色） （黄色） （蓝绿色） （黄绿色） （含量约占3/4） （含量约占1/4） 类胡萝卜素 叶绿素 思考： 1.色素带的位置说明什么问题？ 2.色素带的宽窄说明什么问题？ 绿叶中色素的提取和分离 上 过程 提取色素 提取色素 提取色素 提取色素 提取色素 分离色素 分离色素 分离色素 过程 1 2 3 4 5 1 2 3 注意事项 选鲜嫩、深绿色的叶片 研磨时加无水乙醇 加少量SiO2和CaCO3 迅速、充分研磨 盛滤液的试管管口加棉塞 滤液细线：直、细、均匀 滤液细线干燥后重复画一两次 滤液细线不触及层析液 操作目的 使滤液中色素含量高 溶解叶绿体中的色素 研磨充分和保护叶绿素 防止乙醇蒸发，并充分溶解色素 防止乙醇挥发和色素氧化 使分离的色素带平整、不重叠 积累更多的色素使分离色素带更明显 防止色素直接溶解到层析液中 实验中的注意事项和操作目的归纳 实验分析： (1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析 ①使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。 ②一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低(分次加入少量无水乙醇提取色素) ③未加石英砂二氧化硅，研磨不充分。 ④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。 （2）若色素带颜色较浅，其原因有 ⑤划滤液细线的次数太少，滤纸条上的色素含量少 ⑥层析时，部分滤液细线已触及层析液 同上4点 6.实验改进与思考 胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b 四个同心圆的色素带,从外往里依次为: 在滤纸的中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，色素随层析液扩散，会得到近似同心环的4个色素圈，由外向内依次是什么色素？分别是什么颜色？ 思考：四种色素对光的吸收有什么差别呢？ 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。 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。 绿叶中色素只能吸收可见光能 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 光合作用与能量转化(共80张PPT) 自然光通过三棱镜 一、捕获光能的色素 光是一种电磁波； 可见光的波长是400-760nm； 不同波长的光，颜色不同； 波长小于400nm的光是紫外光； 波长大于760nm的光是红外光； 一般情况下，光合作用所利用 的光都是可见光； 实验结果表明：叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光， 胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光， 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。 绿叶中色素几乎不吸收绿光，绿光反射入眼，人们看到的是绿色。 一、捕获光能的色素 光合色素功能：吸收、传递、转化光能 叶绿素a:C55H72O5N4Mg 叶绿素b:C55H70O6N4Mg 胡萝卜素：C40H56 叶黄素：C40H56O2 一、捕获光能的色素和结构 小结：色素与吸收光谱 1.色素吸收用于光合作用的光都是可见光，吸收蓝紫光最多，红光次之，绿光最少。 2.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。 3.白光是一种复合光，比任何单一种颜色光的光合作用的效果都要好。 4.光能不能储存，要通过光合作用固定下来，转化成化学能储存在有机物中。 5.吸收光能的色素包括叶绿素、类胡萝卜素、藻蓝素，水溶性的花青素与光合作用无关。 6.叶绿素不稳定，在低温下易被破坏，故秋天叶片会变黄。 那么，这些色素存在于细胞中的什么部位呢？ 显微镜下的叶绿体 类囊体 色素 酶 ②叶绿体由双层膜包被，内部有基许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称之为类囊体。 ①每个基粒都含有两个以上的类囊体，多的可达100个以上，叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体，极大的扩展了受光面积，提供了酶的附着位点。 叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？ ③吸收光能的4种色素就分布在类囊体的薄膜上，基粒与基粒之间充满了基质。 (一 ) 叶绿体的结构 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 资料1：1881年，恩格尔曼的实验1：把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光部位。 注：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布， 细菌为需氧菌，可以运动。 1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么？ 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。 (二) 叶绿体的功能 1.选材：（1）水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。 （2）好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位。 2.设计：黑暗无空气的设计，排除了氧气和光的干扰。 4.进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验,从而明确实验结果完全是光照引起。 3.极细的光束照射：叶绿体上可分为光照多和光照少的部位， 相当于一组对比实验。 2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？ 思考1：实验材料为什么选择水绵和需氧细菌？  思考2：为何要除去小室中原有的空气？  思考3：在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？  水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。 需氧细菌可确定释放O2的部位。 选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰 叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。 叶绿体的色素主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用放出氧气。 实验二 现象： 分析： 思考：这一巧妙的实验说明了什么？ 叶绿体中的色素主要吸收红光与蓝紫光，几乎不吸收绿光 (二) 叶绿体的功能 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片， 大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 资料2 在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。 光合作用的场所是叶绿体 叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气 恩格尔曼的实验 其他实验证据（如有机物的合成部位在叶绿体） 不能说明 说明 说明 1954年科学家才确认光合作用全过程均发生在叶绿体 在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，在类囊体薄膜上和叶绿体基质中， 还有许多进行光合作用所必需的酶。这是叶绿体能进 行光合作用的结构基础。 总结 课堂小结 与生活的联系 1.为什么有些植物叶片在不同时期颜色不同呢？ 春夏：由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素， 而使类胡萝卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色。 秋天：由于秋季低温使叶绿素被大量破坏， 而使类胡萝卜素的颜色显示出来，叶片变黄。 2.植物工厂里为什么不用发绿光的光源？ 叶绿体中的色素几乎不吸收绿光。 3.大棚种植蔬菜时，选择什么颜色的塑料薄膜最好？ 白色或无色 植物色素 比较项目 存在部位 溶解性 代表种类 颜色 颜色变化 光合色素 叶绿体 脂溶性 类胡萝卜素和叶绿素 橙黄、黄、绿 不随pH改变变化颜色 细胞液色素 液泡 水溶性 花青素 红、蓝、紫 随pH改变变化颜色 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？ 拓展应用 绿藻 褐藻 红藻 不同波长的光穿透深度 藻类 绿藻 褐藻 红藻 含量最多的色素 水层及主要存在的光 主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光 主要吸收绿光蓝紫光， 反射红黄光 主要吸收蓝紫光, 反射红光 存在红光和蓝紫光 浅水层 存在绿光和蓝紫光 中水层 存在蓝紫光 深水层 D 在做绿叶中色素的提取和分离实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为(　　) 项目 无水乙醇 水 CaCO3 SiO2 甲 － ＋ ＋ ＋ 乙 ＋ － ＋ ＋ 丙 ＋ － － ＋ 丁 ＋ － ＋ － A．①②③④ B．②④①③ C．④②③① D．③②①④ B D 1881年美国生物学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)。他得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是(　　) A．细菌对不同的光反应不一样，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强B．需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强C．需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强D．需氧细菌大量消耗O2，使水绵光合速率快，则该种光有利于光合作用 B C D D