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

该高中生物学课件聚焦“捕获光能的色素和结构”，以植物工厂人工光源情境导入，通过白化苗现象引出色素作用，衔接绿叶中色素提取分离实验及叶绿体结构功能分析，构建从现象到本质的学习支架。 其亮点在于强化探究实践与科学思维，如色素提取实验设试剂作用、异常分析等问题链，恩格尔曼实验引导基于证据归纳叶绿体功能。助力学生提升实验操作与逻辑推理能力，为教师提供结构化教学资源，提升课堂效率。

5.4光合作用与能量转化 第1课时 2026/1/5 ？ 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。 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。 玉米（白化苗） 玉米（正常苗） 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。 白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料 正常幼苗能进行光合作用制造有机养料 思考：白化苗能进行光合作用吗？为什么？ 一、捕获光能的色素和结构 这说明光合作用需要色素去捕获光能。 绿叶中有哪些色素？ 实验探究： 绿叶中色素的提取与分离 阅读教材P98“探究·实践”，结合以下问题梳理实验步骤： （1）提取叶绿素时应选用什么样的材料？ （2）色素提取时所用试剂及作用？ （3）研磨时应注意什么？原因是什么？ （一）提取色素实验 实验：绿叶中色素的 提取 和 分离 1.原理： 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无水乙醇提取绿叶中色素 （二）分离色素实验 色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得快；反之，则慢，因而可用层析液将不同的色素分离。 （纸层析法） 1.原理： 取材 研磨 过滤 收集滤液 2.实验步骤 漏斗基部放一块 ，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤 加少许 ，再加入5-10mL ，迅速、充分地研磨 称取5g ,剪去主叶脉剪碎,放入研钵中放入研钵中 新鲜绿叶 二氧化硅和碳酸钙 无水乙醇 单层尼龙布 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 使滤液中色素含量高 二氧化硅： 碳酸钙： 无水乙醇： (1)研磨时加入的三种试剂分别有何作用？ (2)某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？ 1）研磨不充分，色素未能充分提取出来； 研磨更充分。 防止研磨中色素被破坏（主要是叶绿素）。 溶解并提取色素。 2）称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小； 3）未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。 请各小组思考、讨论以下问题，并分享答案： (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。 滤液细线 层析液 （盖住，因层析液易挥发，有一定毒性） 层析液不能浸没滤液细线,防止色素溶解在层析液中 2.实验步骤 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。 毛细吸管吸取少量滤液 将适量的 倒入试管中 沿铅笔线画出一条细线（直、细、齐） 待滤液干后，再画一两次 将滤纸条轻轻插入 中 用棉塞塞紧试管口 两角 1cm 绿叶中色素的提取和分离 制备滤 纸条 画滤液 细线 分离色素 干燥 使层析液在滤纸上快速扩散 层析液 层析液 无水乙醇 层析液 (1)制备滤纸条时，剪去两角的作用是什么？ 使层析液同步到达滤液细线，防止色素带不整齐 (2)色素分离时，为何要注意层析液不能没及滤液细线？ 防止色素溶解于层析液中，不能分离。 画得细齐直：防止色素带重叠而影响分离效果。待干后重复两三次：积累更多色素，使分离后的色素带明显。 (3)画滤液细线为什么要求细、齐、直，且待干后重复1~2次？ 请各小组思考、讨论以下问题，并分享答案： 3.观察与记录实验结果 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 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。 胡萝卜素（橙黄色） 叶绿素a (蓝绿色) 叶绿素b（黄绿色） 叶 黄 素（黄 色） 叶绿素 类胡萝卜素 3/4 1/4 3.分离色素实验结果： 从分离的色素得出： 1.含量最少的色素是 ；含量最多的色素是 。 2.溶解度最高，扩散速度最快的色素是 ；溶解度最低，扩散速度最慢的色素是 。 胡萝卜素 叶绿素a 胡萝卜素 叶绿素b ① 在滤纸条的位置越往上，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4种色素的含量多少，蓝绿色色带最宽，说明绿叶中叶绿素a的含量最多。 溶解度：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b 含 量：叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素 3.观察与记录实验结果 思考1：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： 滤液细线画得过粗。 滤液细线被浸泡在层析液中，色素完全溶解。 思考2：提取叶绿体中的色素，也可用如图所示的方法：即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，则①～④依次对应哪种色素及颜色？ 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。 问题1：这4种色素对光的吸收有什么差别？ （一）捕获光能的色素 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。 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光 为什么出现了暗带？ 阳光(白光)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。 绿叶色素提取液 1.叶绿素主要吸收： 2.类胡萝卜素主要吸收： 3.色素对______吸收最少 蓝紫光 绿光 蓝紫光、红光 功能：叶绿素具有传递、吸收和转化光能作用。 类胡萝卜素具有传递和吸收光能的作用。 (三)色素的功能 叶绿体中的色素对绿光的吸收情况如何？都不能吸收吗？ 结合色素的吸收光谱分析实际问题 学以致用 1.温室或大棚种蔬菜时，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。 绿叶中光合素色的种类及吸收光谱 3.叶片呈绿色的原因？秋天叶片变黄的原因？ 叶子呈绿色的是因为叶片体内含有叶绿素，叶绿素吸收红光和蓝紫光，几乎不吸收绿光，反射绿光，因此呈现绿色。 秋天时，叶绿素降解，同时枫叶液泡内的花青素在酸性环境下变红，使叶片显现出红色。 4.枫叶秋天变红色的原因？ 秋天时，天气逐渐变凉，叶片内的叶绿素受到天气的影响，叶绿素逐渐被分解。使叶片呈现出黄色。 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 叶片中的叶肉细胞 绿叶 叶肉细胞 亚显微结构模式图 叶绿体亚显微 结构模式图 捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？ 请阅读教材，小组讨论“叶绿体的结构为什么适于进行光合作用？” 基粒 (由类囊体堆叠而成) 外膜 内膜 基质 色素 与光反应有关的酶 与暗反应有关的酶 叶绿体除了吸收光能外，还有什么功能？ 叶绿体内有众多的基粒和类囊体有何意义？ 极大地扩展了受光面积 资料1 恩格尔曼实验1 思考： 叶绿体除吸收光能外还有什么功能？ 水绵结构 1.水绵 真核多细胞生物。 特点：有细而长的带状叶绿体，螺旋带状分布在细胞中。 实验材料的优点： 2.需氧细菌 在无空气环境下给予氧气，有趋氧性，用需氧细菌可确定 的部位。 释放氧气多 1.恩格尔曼的实验一： 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)实验的自变量和因变量是什么？ 自变量： 因变量： 叶绿体是否光照 （观测指标：好氧细菌的分布） 完全光照 叶绿体光照部位是否产生氧气 黑暗，无空气 极细光束照射 好氧细菌 思考•讨论 可排除空气中氧气对实验结果造成的干扰。 思考1：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。 21 完全光照 黑暗，无空气 极细光束照射 好氧细菌 1.恩格尔曼的实验一： 思考2：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。 思考•讨论 2.恩格尔曼的实验二 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝光区域。 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。 (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？ 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。 恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 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，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有很多进行光合作用所必需的酶。 注意：叶绿体并不是进行光合作用的唯一场所，如原核生物蓝细菌没有叶绿体，也能在细胞质基质中进行光合作用。 叶绿体的结构为什么适于进行光合作用？ 这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。 24 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．②④ C．①②③ D．①②③④ D 大本104 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 25 3．(2023·江苏卷)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述，合理的是(　　) A．用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B．若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠 C．该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D．用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间 B 大本104 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 26 1．下图为叶绿体结构模式图。叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体结构和功能的叙述，错误的是(　　) A．①④分别为外膜和内膜，具有选择透过性的功能特点 B．②为基粒，类囊体的薄膜上含有与光合作用有关的色素和酶 C．③为叶绿体基质，与光合作用无关 D．光合作用的酶分布在②③ 　 C 大本105 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 27 2．科学家恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现需氧细菌大量聚集在如图所示区域。以下分析不正确的是(　　) A．实验过程中装片需放置在黑暗环境中是为了设置自变量 B．需氧细菌聚集多的原因是光合作用制造的有机物多 C．图中需氧细菌分布的差异是水绵在不同区域光合作用强度不同造成的 D．水绵的叶绿体呈螺旋带状分布在细胞中有利于实验的进行 B 大本105 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 28 $