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”，通过植物工厂人工光源应用等生活实例导入，引导学生从实验探究（色素提取分离）到色素种类功能、叶绿体结构与光合作用关系，构建完整知识脉络。 其亮点在于以科学探究为核心，详细呈现色素提取分离实验步骤、异常分析及巧记口诀，结合恩格尔曼实验视频培养科学思维，通过温室大棚薄膜选择等问题渗透结构与功能观。随堂检测与知识清单助力巩固，既提升学生探究能力，也为教师提供系统教学支持。

植物工厂 导入新课： 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、CO2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？ 2、为什么要控制CO2浓度、营养液成分和温度等条件？ 可以避免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。 CO2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。 2 第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用与能量转化 1.捕获光能的色素和结构 学习目标 课标要求 素养目标 概念2 细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖 2.2细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域 2.2.3说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获光能，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能 1.通过对捕获光能的色素和结构的认识，建立起生物学的物质观。（生命观念） 2.通过探究实验，尝试提取和分离绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及其功能。（科学探究） 3.运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。（科学思维） 重点 难点 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 液泡：花青素 叶绿体：多种光合色素 一、绿叶中色素的提取和分离 1.实验原理 （1）提取原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_______________中。 （2）分离原理(纸层析法) :各种色素在___________中的__________不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上的_____________,反之则慢。 无水乙醇 层析液 溶解度 扩散更快 （1）进行绿叶中色素的提取和分离 （2）探究绿叶中色素的种类 2.目的要求： 3.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 一、绿叶中色素的提取和分离 6 4.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 使研磨更充分 CaCO3 防止色素被破坏 无水乙醇 溶解光合色素 （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 一、绿叶中色素的提取和分离 7 2.制备滤纸条 干燥的定性滤纸 避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线 将滤纸剪成能放入烧杯中的滤纸条 在滤纸条一端剪去两角 在距去角一端1 cm处用铅笔画一条细的横线 铅笔线 剪两角 一、绿叶中色素的提取和分离 8 3.画滤液细线 将滤液倒入培养皿，用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀画出一条细线。 等滤液干后再画一到两次。 为了积累更多的色素，使分离后的色素带更明显 ★要求：细、直、均匀 ；重复2—3次 一、绿叶中色素的提取和分离 9 4.分离绿叶中的色素 原理：溶解度高的色素随层析液在滤纸上_____________;反之，则慢。 将滤纸条有滤液细线的一端插入_____________。 思考：1、为何滤液细线不能触及层析液？ 2、为何要盖上培养皿？ 防止色素溶解在层析液中 防止层析液挥发，因其易挥发且有毒 扩散得快 层析液 一、绿叶中色素的提取和分离 10 一、绿叶中色素的提取和分离 5.实验结果 色素分离的其他方法: 一、绿叶中色素的提取和分离 12 提取色素 研磨 过滤 收集滤液 绿叶 剪切 二氧化硅: 使研磨充分 碳酸钙: 保护色素 无水乙醇 溶解色素 一端剪去两角:使扩散均匀 制备滤纸条 画滤液细线 直、细、匀 (风干后再重画一到两次) 分离色素 将滤纸条插入层析液中，滤液细线不能触及层析液。 巧记口诀： 石英砂，破细胞；碳酸钙，护色素；乙醇提，层析分。 迅速、充分 一、绿叶中色素的提取和分离 色素分离后的结果 黄绿色 (叶绿素b) 蓝绿色 (叶绿素a) 黄色 (叶黄素) 橙黄色 (胡萝卜素) 色素种类 色素 颜色 色素 含量 溶解度 扩散速度 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 橙黄色 最少 最高 最快 黄色 较少 较高 较快 蓝绿色 最多 较低 较慢 黄绿色 较多 最低 最慢 叶绿素含量约占3/4 类胡萝卜素含量约占1/4 巧记规律：①顺序: 胡黄ab, 橙黄蓝绿黄绿; ②含量: ab多, 胡黄少;③扩散速度: 胡跑最快, b在最后。 6.实验分析 一、绿叶中色素的提取和分离 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） C40H56 C40H56O2 C55H72O5N4Mg C55H77O6N4Mg 叶绿素元素组成：C、H、O、N、Mg 绿叶中两大类色素： 15 过程 操作内容 操作目的 提 取 色 素 材料 叶片要新鲜、深绿 试剂 二氧化硅 碳酸钙 无水乙醇 关键 步骤 研磨要迅速、充分 盛滤液的试管口加棉塞 用单层尼龙纱布过滤而不用滤纸 分 离 色 素 试剂 层析液 关键 步骤 滤纸条的一端剪去两角 滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐 滤液细线不能触及层析液 使滤液中色素含量高 利于充分研磨 防止研磨过程中色素（叶绿素）被破坏 溶解提取色素 防止溶剂挥发、提取较多色素 防止有机溶剂挥发、色素氧化 防止色素吸附在滤纸上 分离色素 防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快 使分离的色素带清晰、整齐不重叠 防止色素直接溶解于层析液,不能分离 绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析 色素提取 收集的滤液 色素过浅 ①未加二氧化硅，研磨不充分 ②使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少 ③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低 (正确做法:分次加入少量无水乙醇提取色素) ④未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏 色素 分离 滤纸条色素带重叠 ①未经干燥处理 ②滤液细线没有达到细、匀、直的要求,使色素扩散不一致 滤纸条未 出现色素带 ①忘记画滤液细线 ②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 一、绿叶中色素的提取和分离 2.某同学用韭黄研磨后的提取液进行色素分离，在滤纸条上将出现几条明显的色素带（ ） A.0条 B.1条 C.2条 D.4条 C 1.在圆形滤纸的中央点上滴一滴叶绿体的色素滤液，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 排在外圈的色素呈（ ） A.橙黄色 B.黄色 C.蓝绿色 D.黄绿色 A 随堂检测 延伸思考：实验装置的改进 在滤纸中央滴一滴色素提取液,再滴一滴层析液,会出现什么现象？ 会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为： 胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色） 一、绿叶中色素的提取和分离 3、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（　　） A.①②③④ B.②④①③ C.④②③① D.③②①④ 甲 乙 丙 丁 无水乙醇 － ＋ ＋ ＋ 水 ＋ － － － CaCO3 ＋ ＋ － ＋ SiO2 ＋ ＋ ＋ － B 随堂检测 4、如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法不正确的是（　　） A.叶绿体中甲、乙、丙、丁四种色素都分布在类囊体薄膜上 B.衰老叶片中甲、乙两种色素的含量显著减少 C.甲、乙、丙、丁四种色素均可溶于有机溶剂 D.丙、丁两种色素主要吸收红光和蓝紫光 D 随堂检测 从宏观到微观——叶片内部之旅 若把叶绿体比喻为一个光能工厂，叶绿体内部捕获光能的结构是怎样的呢？ 二、捕获光能的色素和结构 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。 这四种色素对光的吸收有什么差别呢？ 太阳光是由不同波长的光组合成的复合光 二、捕获光能的色素和结构 可见光光谱 光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760nm。不同波长的光，颜色不同。 学科交叉：叶绿体中的色素只吸收 ，而对红外光和紫外光等不吸收。 可见光 二、捕获光能的色素和结构 这种现象叫做光的色散现象。许多光带称为可见光光谱 24 A.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 B.叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同 C.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光 吸收、传递和转化光能 叶绿体中色素的作用： 二、捕获光能的色素和结构 a. 光照 光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺光条件下影响叶绿素形成而使叶子发黄的现象，称为黄化现象 正常韭菜 韭黄 1.叶绿体色素的影响因素 二、捕获光能的色素和结构 26 分析：为什么植物春夏叶子翠绿?而深秋则叶片金黄呢？ 由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡罗卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色。 低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来。 当温度低于7 ℃时，树叶中会生成花青素。 b. 温度 二、捕获光能的色素和结构 c. 矿质元素 1.叶绿体色素的影响因素 氮、镁：叶绿素的组分； 铁、铜、锰、锌：叶绿素酶促合成的辅因子。 贫脊土地的植物 二、捕获光能的色素和结构 28 知识拓展 影响绿叶中色素含量的因素 光照：光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺光条件下影响叶绿素形成而使叶子发黄的现象，称为黄化现象。 温度：最适温度是20~30℃，最低温度约为2~4℃，最高温度为40℃左右。温度过高或过低均降低合成速率，加速叶绿素降解。秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白等现象，都与低温抑制叶绿素形成有关。 矿质元素：氮、镁：叶绿素的组分；铁、铜、锰、锌：叶绿素酶促合成的辅因子。 水：植物缺水会抑制叶绿素的生物合成，且与蛋白质合成受阻有关。严重缺水时，叶绿素的合成减慢，降解加速，所以干旱时叶片呈黄褐色。 二、捕获光能的色素和结构 知识拓展 植物细胞内的花青素 花青素是一种水溶性色素，可以随着细胞液的酸碱改变颜色。细胞液呈酸性则偏红，细胞液呈碱性则偏蓝。 花青素是构成花瓣和果实颜色的主要色素之一。花青素为植物次级代谢产物，在生理上扮演重要的角色。 二、捕获光能的色素和结构 【思考·讨论】 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。 二、捕获光能的色素和结构 【思考·讨论】 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、捕获光能的色素和结构 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？ 思维拓展 思考·讨论 教材P101 绿藻：反射绿光 红藻：反射红光 褐藻：反射红黄光 二、捕获光能的色素和结构 1、 形态: 一般呈扁平的___________或_________。 填写图中数字所代表的物质: ①_____;　②_____;　③_____; ④_____; ⑤_______。 椭球形 球形 外膜 内膜 基质 基粒 类囊体 2、 结构: 2、叶绿体的结构适用于进行光合作用 二、捕获光能的色素和结构 34 内膜 外膜 基质 类囊体 基粒 光合色素 增大膜面积的方式: 叶绿体的内膜向内凹陷、缢裂，形成许多扁平、封闭的囊状结构，即类囊体。 思考 优点: 扩展了受光面积 叶绿体的基粒的类囊体薄膜上或者叶绿体基质中。 2.进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中? 1.叶绿体是如何增大生物膜面积的,优点? 二、捕获光能的色素和结构 水绵实验(视频) 二、捕获光能的色素和结构 黑暗中用极细光束照射 黑暗 无空气 完全暴露在光下 细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中 细菌分布在叶绿体所有受光的部位 资料1:1881年，德国科学家恩格尔曼（T. Engelmann, 1843—1909）做了如下实验： 叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 水绵 需氧细菌 实验结论: 叶绿体是光合作用的场所 水绵实验(视频) 巧记口诀：水绵细菌巧搭档，无氧黑暗排干扰，细光束照有对照，红光蓝紫产氧忙。 二、捕获光能的色素和结构 光 三棱镜 临时装片 好氧细菌 水绵 好氧细菌 恩格尔曼的第二个实验：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紫光区域。 思考 选材: ①无空气黑暗环境,排除氧气和光的干扰。 ②用极细光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。 ②用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。 ①水绵叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察。 实验设计: ③临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。 1.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？ 二、捕获光能的色素和结构 光 三棱镜 临时装片 好氧细菌 水绵 好氧细菌 恩格尔曼的第二个实验：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紫光区域。 思考 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，叶绿体会释放更多的氧气，适于好氧细菌在此区域分布。 叶绿体能吸收特定波长的光，用于光合作用并释放出氧气。 2.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？ 3.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？ 二、捕获光能的色素和结构 叶绿体是进行 的场所。它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的 ，还有许多进行光合作用所必需的 。 3.叶绿体的功能 光合作用 色素分子 酶 实验证据：恩格尔曼实验中，好氧细菌只聚集在_______ 受光的部位。 叶绿体 二、捕获光能的色素和结构 5.(2023·河北邯郸高一期末)下列有关叶绿体的叙述，正确的是（ ） A.叶绿体具有双层膜结构，光合色素分布在内膜上 B.叶绿体中只有叶绿素可吸收光能用于光合作用 C.叶绿体内众多的基粒，极大地扩展了受光面积 D.植物叶片多呈现绿色是由于叶片中的叶绿体吸收了较多绿光 解析:A错误. 叶绿体具有双层膜（外膜和内膜），但光合色素并不分布在内膜上，而是分布在 类囊体薄膜 上 。B错误. 叶绿体中的光合色素包括叶绿素（a 和 b）和类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素），它们都能吸收光能，并将能量传递给反应中心，类胡萝卜素还能起光保护作用，不能说“只有叶绿素可吸收光能”。D错误. 植物叶片呈现绿色是因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光大部分被反射或透射，而不是“吸收了较多绿光”。 随堂检测 A.色素Ⅳ在提取液中的溶解度最低 B.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收可见光中的蓝紫光和红光 C.强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量 D.色素Ⅰ的颜色为橙黄色、色素Ⅳ的颜色为蓝绿色 6. (2023·辽宁沈阳高一期中)为研究光照强度对幼苗光合色素的影响，用纸层析法对正常光照和强光照条件下生长的植物叶片中的光合色素进行分离，结果如图所示(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是 ( ) 解析:A错误.色素Ⅳ是胡萝卜素，跑得最远，说明在层析液（有机溶剂）中溶解度最高，而不是最低。B错误.色素Ⅰ是叶黄素（类胡萝卜素），主要吸收蓝紫光，基本不吸收红光。D错误.色素Ⅰ为叶黄素（黄色），不是橙黄色；色素Ⅳ为胡萝卜素（橙黄色），不是蓝绿色 随堂检测 A.实验一黑暗组水绵叶绿体的不同部位可以相互对照 B.实验一中的两组实验均是在无空气的小室内进行的 C.实验一说明叶绿体通过光合作用向细胞外释放氧气 D.实验二说明叶绿体不能吸收波长为550～600 nm的光 7.(2023·江西宜丰中学高一月考)德国科学家恩格尔曼曾用需氧细菌、水绵做了两个实验，发现叶绿体的功能以及光合作用的吸收光谱，实验内容如图所示。下列分析错误的是 解析:D错误.实验二需氧细菌多集中分布在红光和蓝紫光区域，说明在这两种光下光合作用释放氧气多，即叶绿体主要吸收红光和蓝紫光，但不能说明叶绿体完全不吸收波长为550 - 600 nm的光，只是吸收量相对较少。 随堂检测 课堂小结 实验：色素的提取和分离 叶绿体的结构和功能 内膜、外膜 类囊体堆积形成基粒 实验原理 实验结论 实验步骤 绿叶中的色素种类 类胡萝卜素 含量约占1/4 胡萝卜素（橙黄色） 叶黄素（黄色） 叶绿素 含量约占3/4 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素b（黄绿色） 捕获光能的色素和结构 1.色素提取的原理、试剂和步骤 2.提取色素时加无水乙醇、SiO2和CaCO3的目的 3.色素提取液绿色浅的原因 4.分离色素的方法、试剂和原理 5.分离色素的步骤 6.为什么要剪去滤纸条的两角？ 7.画滤液细线有什么要求？为什么？ 8.分离色素时，滤液细线为什么不能触及层析液？ 9.色素带的从上往下的颜色顺序和对应的色素种类 10.色素带的距离和宽窄分别代表什么含义？4种色素含量和溶解度大小排序 11.光合色素的分布场所、功能和吸光特点 12.春夏树叶为何是绿色？秋天为什么黄色？枫叶为什么是红色？ 13.恩格尔曼两个实验结论以及恩戈尔曼实验设计巧妙之处 光合作用识记清单一 谢谢观看！ Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $