5.4光合作用和能量转化（一捕获光能的色素和结构)导学案-2025-2026学年高一生物上学期人教版必修1

该高中生物学导学案围绕捕获光能的色素和结构展开，通过色素提取分离实验的步骤分解与思考问题引导，衔接光合作用能量转化前备知识，以实验操作指引和问题链为支架，帮助学生掌握色素种类、吸收光谱及叶绿体结构功能。 以实验为核心特色，通过提取分离步骤细化、异常现象原因分析等思考问题驱动探究实践，培养科学思维，结合色素带分布与叶绿体结构分析，渗透结构与功能观的生命观念，助力学生深化对光合作用物质基础的理解。

5.4光合作用和能量转化（一捕获光能的色素和结构) 【任务一】分析提取和分离绿叶中色素的实验 （一）提取绿叶中的色素 1.提取色素的原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。 2.实验步骤： （1）取材：称取5g 新鲜绿叶剪去主叶脉剪碎,放入研钵中放入研钵中。 （2）研磨：加少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5-10mL 无水乙醇，迅速、充分地研磨。 （3）过滤：漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。 （4）收集滤液：试管收集滤液，及时用棉塞将试管口塞严，防止乙醇挥发和色素氧化 。 思考1：已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏，试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？ 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。 思考2：研磨时应注意什么？原因是什么？ 研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。 思考3：过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？ 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。 思考4：色素提取时所用试剂及作用？ 二氧化硅——有助于研磨得更充分； 碳酸钙——防止研磨中色素被破坏； 无水乙醇——溶解、提取色素。 思考5：某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？ (1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来； (2)称取绿叶过少或加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小； (3)未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏； (4)研磨不充分或研磨速度太慢，乙醇挥发，色素未能充分提取出来 （二）分离色素的方法 1.分离色素的方法：纸层析法 2.分离色素的原理：不同色素在层析液中的溶解度不同。溶解度高的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；溶解度低的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。 3.实验步骤： (1)制备滤纸条:用干燥 的定性滤纸制备滤纸条,剪去两角，在距离剪角一端1cm处用铅笔画一条细的横线。 (2)画滤液细线:用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线画出一条细线，待滤液干后，再画一两次。 (3)分离色素：将适量的层析液 倒入试管中，将滤纸条轻轻插入层析液中，用棉塞塞紧试管口。 思考1：制备滤纸条时为什么要减去两角？ 减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快，扩散均匀。 思考2：滤液细线的划线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？ 画滤液细线的原则是细、直、齐，保证色素均匀分布； 待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。 思考3：为何滤液细线不能触及层析液？ 防止色素溶解在层析液中。 4.观察与记录实验结果 思考1：滤纸条上色素的分布情况说明了什么？ 绿叶中的色素有4种，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。 色素的颜色不同，说明不同色素吸收了不同波长的光。 思考2：请分离得到的色素带异常情况的原因。 ①滤纸条色素带重叠：滤液细线画得过粗。 ②滤纸条看不见色素带：滤液细线被浸泡在层析液中，色素完全溶解。 思考3：用如图所示的方法分离绿叶中色素请分析实验结果。 滤纸片上会出现不同颜色的4个同心圆，从外向内依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。 【任务二】绿叶中光合素色的种类及吸收光谱 【任务三】分析叶绿体的结构适于进行光合作用 1. 叶绿体的结构 (1)写出图中的①②③④所代表的结构： ①叶绿体内膜、外膜②叶绿体基粒③叶绿体基质④类囊体薄膜 (2)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。 (3)进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中? 类囊体薄膜上或者叶绿体基质中。 思考•讨论叶绿体的功能 1.恩格尔曼的实验一： (1)实验的自变量和因变量是什么？自变量：叶绿体是否光照；因变量：叶绿体光照部位是否产生氧气 (2分析叶绿体的功能： ①实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。 ②为何要除去小室中原有的空气？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。 2.恩格尔曼的实验二 (1)为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？ 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，叶绿体会释放较多氧气，适于需氧细菌在此区域分布。 (2)综合上述分析，你认为叶绿体具有什么功能？ 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。 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.4光合作用和能量转化（一捕获光能的色素和结构) 【任务一】分析提取和分离绿叶中色素的实验 （一）提取绿叶中的色素 1.提取色素的原理： 2.实验步骤： （1）取材：称取5g ,剪去主叶脉剪碎,放入研钵中放入研钵中。 （2）研磨：加少许 ，再加入5-10mL ，迅速、充分地研磨。 （3）过滤：漏斗基部放一块 ，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。 （4）收集滤液：试管收集滤液，及时用棉塞将试管口塞严，防止 。 思考1：已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏，试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？ 思考2：研磨时应注意什么？原因是什么？ 思考3：过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？ 思考4：色素提取时所用试剂及作用？ 思考5：某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？ （二）分离色素的方法 1.分离色素的方法： 2.分离色素的原理： 3.实验步骤： (1)制备滤纸条:用 的定性滤纸制备滤纸条,剪去 ，在距离剪角一端 处用铅笔画一条细的横线。 (2)画滤液细线:用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线画出一条细线，待滤液干后，再画一两次。 (3)分离色素：将适量的 倒入试管中，将滤纸条轻轻插入 中，用棉塞塞紧试管口。 思考1：制备滤纸条时为什么要减去两角？ 思考2：滤液细线的划线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？ 思考3：为何滤液细线不能触及层析液？ 4.观察与记录实验结果 思考1：滤纸条上色素的分布情况说明了什么？ 思考2：请分离得到的色素带异常情况的原因。 ①滤纸条色素带重叠： ②滤纸条看不见色素带： 思考3：用如图所示的方法分离绿叶中色素请分析实验结果。 【任务二】绿叶中光合素色的种类及吸收光谱 色素带 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 主要吸收光 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 【任务三】分析叶绿体的结构适于进行光合作用 1. 叶绿体的结构 (1)写出图中的①②③④所代表的结构： ①___________②____________③____________④___________ (2)叶绿体是如何增大生物膜面积的，优点? (3)进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中? 思考•讨论叶绿体的功能 1.恩格尔曼的实验一： (1)实验的自变量和因变量是什么？ (2分析叶绿体的功能： 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？ ③在黑暗中用极细的光束照射水绵有何巧妙之处？ ④为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？ 2.恩格尔曼的实验二 (1)为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？ (2)综合上述分析，你认为叶绿体具有什么功能？ 1 学科网（北京）股份有限公司 $