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

可见：植物正常生长需要光能,而叶片中的色素可能与光能的捕获有关。 玉米白化苗的叶片不含绿色色素不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死去。 白化玉米植株（白色） 绿叶中有哪些色素呢？ 正常玉米植株（绿色） 情境一 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径 第5章 细胞的能量供应和利用 4.1 捕获光能的色素和结构 实验：绿叶中色素的提取和分离 （1）实验原理 绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中。 不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高的色素随层析液在滤纸上的扩散速度就越快，反之则慢。 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分离色素的原理 （一）捕获光能的色素 3 实验：绿叶中色素的提取和分离 称5克绿叶，剪碎，放入研钵中 加少于半药勺SiO２、CaCO3，2ml无水乙醇 快速研磨 过滤 收集滤液 制备滤纸条 画滤液细线（细、直、匀） CaCO3：防止色素被破坏 SiO２：研磨更充分 无水乙醇：提取色素 剪两角：减少边缘效应，使层析液同时到达滤液细线。 待滤液干后，再画1~2次。 不能让滤液细线触及层析液！ （2）实验步骤 单层尼龙布 金版90 点拨提升 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b （黄绿色） （橙黄色） （黄 色） （蓝绿色） *色素带的宽度可以表示色素的含量 叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素 溶解度从高到低依次为： 胡黄ab 从上往下依次是： 胡黄ab （3）实验结果 实验：绿叶中色素的提取和分离 [异常结果分析] 1.若实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？ 研磨不充分，色素未能充分提取出来； 称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度低； 未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。 2.若滤纸条色素带重叠，可能的原因有哪些？ 滤液细线不直；滤液细线过粗。 3.若滤纸条无色素带，可能的原因有哪些？ 忘记画滤液细线； 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）捕获光能的色素 叶绿素a和叶绿素b：主要吸收 ； 胡萝卜素和叶黄素（类胡萝卜素）：主要吸收 。 蓝紫光和红光 蓝紫光 课本99 学科交叉 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 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 叶绿素由C、H、O、N、Mg构成 叶绿素 （含量约占3/4） 类胡萝卜素（含量约占1/4） 蓝紫光和红光 蓝紫光 绿叶中光合素色的种类及吸收光谱 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。 金版91 点拨提升 影响叶绿素合成的因素 （二）叶绿体的结构适用于光合作用 活动1：叶绿体的结构  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 叶绿体除了吸收光能外，还有什么功能？ 合作探究 结合教材P100“思考·讨论”的内容讨论下列问题: 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 恩格尔曼的实验一：1881年德国科学家恩格尔曼的实验 活动2：叶绿体的功能 结论：叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 （二）叶绿体的结构适用于光合作用 排除空气中氧气的干扰 有光和无光对照 和黑暗条件下用极细的光束照射进行对照，明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。 13 水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光。 为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？ 光 三棱镜 临时装片 好氧细菌 水绵 好氧细菌 恩格尔曼的实验二 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。 （二）叶绿体的结构适用于光合作用 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 练习与应用 一、概念检测 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。（ ）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 根部植物细胞无色素 练习与应用 二、拓展应用 3.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？ 有关。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水层对光波长中的红、橙部分的吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以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红藻分布于海水的深层。 练习与应用 二、拓展应用 4.与传统的生产方式相比，植物工厂生产蔬菜等食物有哪些优势？又面临哪些困难？你对植物工厂的发展前景持什么观点？请搜集资料，结合自己的思考写一篇综述性短文。 优势有：（1）植物工厂生产可以在不受自然环境影响的条件下，实现周年均衡生产。（2）可以营造植物生长最佳环境，增加光照时间，科学配水施肥，能够获得较高的单位面积产量。（3）实行封闭式生产，少施肥不用药，产品更加安全健康。（4）设置多层、垂直空间结构，采取立体栽培模式，大幅度节省土地与能源。 困难：（1）植物工厂高技术、高投入、生产高成本，也带来了产品相应的高价格。（2）植物工厂的农业产品仍缺乏市场竞争能力。 发展前景：观点可自由发挥。 第5章　细胞的能量供应和利用 第2课时 光合作用的原理 光合作用的概念 绿色植物通过________，利用______，将________________转化成储存着能量的_________，并且释放出________的过程。 叶绿体 光能 二氧化碳和水 有机物 氧气 光合作用 两个阶段 反应式 光反应（叶绿体类囊体薄膜） 103 暗反应/碳反应（叶绿体基质） 叶绿体如何将光能转化为化学能？ 如何将化学能储存在糖类等有机物中？ 光合作用释放的氧气是来自原料中的H2O还是CO2？ 20 像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。 活动1 建构概念-光反应 资料1　1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(如Fe3＋，悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。 思考：若要证明氧气全部来自水或二氧化碳，可采用什么方法？ 可以采用同位素示踪法，用18O分别标记H2O和CO2进行实验。 活动1 建构概念-光反应 资料2　1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验： 对比实验 结论：光合作用产生的 O2 来自于 H2O，不来自CO2。 资料3　1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 结论：光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。 22 1.1 光反应 H2O 类囊体薄膜 酶 Pi ＋ADP ATP 光、色素、酶 叶绿体内的类囊体薄膜上 水的光解： H2O 1\2O2 +2H+ +2e- 光能 ATP的合成： ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP 酶 光能转变为ATP中活跃的化学能 场所： 条件： 物质变化 能量变化 H+ NADPH的合成： H++NADP+ +2e- NADPH NADP+ + NADPH 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ 色素 e- 课本103 相关信息 作用？ 23 1.2 暗反应（卡尔文循环） 叶绿体的基质中 场所： NADPH 、ATP、酶 条件： CO2 的固定： CO2＋C5 2C3 酶 C3 的还原： ATP ADP+Pi ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能 2C3 (CH2O) ＋C5 酶 糖类 物质变化 能量变化： NADP+ NADPH 资料4　光合作用的产物除了O2，还有糖类等有机物。20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，利用同位素示踪法追踪了CO2中C的转移路径。 活动2 建构概念-暗反应 酶 14CO2 C5 ATP ADP+Pi 酶 NADPH NADP+ 酶 （14CH2O） 0 酶 214C3 卡尔文循环 24 构建模型 光合作用原理 ATP NADPH ADP+Pi NADP+ C3 C5 O2 活动3 构建光合作用过程的模型----课本106 3 25 比较项目 光反应阶段 暗反应阶段 联系 ①两个反应阶段相辅相成，密切联系：光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应提供 ；暗反应推动光反应，暗反应为光反应提供 和NADP＋； ②没有光反应，暗反应缺乏NADPH和ATP，无法进行；暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见，二者相互制约。 活动4 比较光反应阶段和暗反应阶段 NADPH和ATP ADP、Pi 比较项目 光反应阶段 暗反应阶段 区别 反应场所 反应速度 与光的关系 必须在 下进行 不需要叶绿素和光，需要多种酶 叶绿体的类囊体薄膜上 叶绿体基质 较快 较缓慢 光 活动4 比较光反应阶段和暗反应阶段 27 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） CO2浓度不变，光照减弱 光照不变，CO2浓度下降 减少↓ 增加↑ 减少↓ 减少↓ 增加↑ 增加↑ 减少↓ 减少↓ 活动5 分析条件骤变对光合作用中各物质的影响 《金榜》P95【方法规律】 28 光合作用 概念 光合作用的过程 光合作用的原理的探索 光反应 暗反应 反应式 希尔 鲁宾和卡门 阿尔农 卡尔文 水的光解 NADPH 和 ATP 的形成 CO2 的固定 C3 的还原 CO2+H2O (CH2O)+O2 光能 叶绿体 29 第5章　细胞的能量供应和利用 第3课时 光合作用原理的应用 CO2浓度 水分 光 光质 光照强度 光照时间 光照面积 酶 色素 温度 矿质元素 气孔开闭情况 一、 影响光合作用强度的因素 光合作用的强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 影响 因素 自变量： 光照强度 因变量： 光合作用强度 相同时间小圆形叶片浮起的数量 用5W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度 控制方法： 探究光照强度对光合作用强度的影响 检测方法： 叶片含有空气，上浮 叶片下沉 O2充满细胞间隙，叶片上浮 抽气 光合作用 产生O2 圆形小叶片 活动1 探究环境因素对光合作用的影响 实验目的： 实验材料： 实验原理： 1.取叶片均分三组，进行编号。 2.相同处理：用注射器排除叶片中的气体（真空抽气法）； 再放入适宜浓度的NaHCO3溶液中。 3.不同处理：给予强、中、弱的光照。 活动1 探究环境因素对光合作用的影响 实验步骤： 富含二氧化碳的清水 在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强。 活动1 探究环境因素对光合作用的影响 实验结果： 实验结论： 实际光合速率（总） = 净光合速率（可直接测） + 呼吸速率(黑暗测) O2 CO2 O2 CO2 较强光照时 （可以测得O2释放量） （可以测得CO2吸收量） 实验所测是否为叶片实际光合作用强度？ O2释放量 CO2吸收量 CO2固定量 O2产生量 有机物制造量 有机物积累量 有机物消耗量 CO2产生量 O2消耗量 《金榜》P97【点拨提升】 下面请同学们思考，实验所测是否为叶片实际光合作用强度呢？我们看一下叶肉细胞的结构模式图★ 在光照较强时，光合作用产生的氧气★★一部分去线粒体参加有氧呼吸，★剩下的扩散出细胞★★，我们测的应该是 光合作用产生的减去呼吸作用消耗的氧气量，不是真正的光合作用强度。CO2的消耗量也是如此。叶绿体实际参加光合作用的 CO2量★★等于呼吸产生的和从外界吸收的CO2量★★。我们把实际测到的叶片CO2吸收量称为净光合速率，而叶绿体参与光合的C02量为总光合速率， 细胞有氧呼吸释放的CO2为呼吸速率的话，那么净光合速率等于总光合速率-呼吸速率 那么，在这些内容的基础上，如何修改光强与光合作用强度的关系图呢？ 35 光照强度 0 CO2吸 收 CO2 释 放 A B C 假设呼吸速率不变 光补偿点 光饱和点 净光合 总光合 B：光合作用=呼吸作用 D：光合速率开始达到最大时外界的光照强度 （限制因素：CO2浓度、温度等） D AB：光合作用<呼吸作用 BC：光合作用>呼吸作用 呼吸 作用 A：只进行呼吸作用 C点之前限制光合作用的因素是光照强度 应用：合理密植；间作套种；适当剪枝 活动2 分析光照强度对光合作用强度的影响曲线 光照强度对光合作用强度的影响 36 A：只进行呼吸作用 B：光合作用=呼吸作用 细胞呼吸释放的CO2 全部用于光合作用 BC：光合作用>呼吸作用 AB：光合作用<呼吸作用 活动2 分析光照强度对光合作用强度的影响曲线 下面请同学们思考，实验所测是否为叶片实际光合作用强度呢？我们看一下叶肉细胞的结构模式图★ 在光照较强时，光合作用产生的氧气★★一部分去线粒体参加有氧呼吸，★剩下的扩散出细胞★★，我们测的应该是 光合作用产生的减去呼吸作用消耗的氧气量，不是真正的光合作用强度。CO2的消耗量也是如此。叶绿体实际参加光合作用的 CO2量★★等于呼吸产生的和从外界吸收的CO2量★★。我们把实际测到的叶片CO2吸收量称为净光合速率，而叶绿体参与光合的C02量为总光合速率， 细胞有氧呼吸释放的CO2为呼吸速率的话，那么净光合速率等于总光合速率-呼吸速率 那么，在这些内容的基础上，如何修改光强与光合作用强度的关系图呢？ 37 CO2浓度 A B 吸收 CO2 C 释放 CO2 D A点： 对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。 CO2补偿点 光合作用速率＝呼吸作用速率 对应的D点为CO2饱和点 C点之后光合速率的限制因素： 主要为光照强度和温度。 B点： C点： 1.多施有机肥或农家肥；2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等； 3.大田中还要注意通风透气。 应用： 1.1 影响光合作用强度的因素 CO2 浓度对光合作用强度的影响 38 O 温度 A 光合速率 B C 最适温度下植物光合速率最大，植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。 温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。 1.适时播种 2.温室中，白天适当提高温度，晚上适当降温 应用： 1.1 影响光合作用强度的因素 温度对光合作用强度的影响 39 N：光合酶、NADPH和ATP的重要组分 P：NADPH和ATP的重要组分 K：促进光合产物向贮藏器官运输 Mg：叶绿素的重要组分 应用：合理施肥 P～Q的形成原因： 矿质元素过多、土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水萎蔫。 1.1 影响光合作用强度的因素 矿质元素对光合作用强度的影响 40 水对光合作用强度的影响 1.水是光合作用的原料，缺水直接影响光合作用 2.缺水又会导致叶片气孔关闭，限制CO2 进入叶片，从而间接影响光合作用。 缺水 气孔关闭 限制CO2进入叶片 光合作用受影响 应用：合理浇灌 1.1 影响光合作用强度的因素 41 如图表示夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度变化曲线。下列相关描述错误的是 A.ab段光合作用强度变化的主要原因是光照强度 B.bc段光合作用强度下降是因为部分气孔关闭， 　二氧化碳吸收量减少，暗反应速率下降 C.de段光合作用强度变化的主要原因是温度 D.从图中可以推断限制光合作用的因素有光照强度、温度和CO2浓度 √ 午休现象 de段光合作用强度变化的主要原因是光照强度减弱 叶龄和叶面积对光合作用强度的影响 应用：a.合理密植(增加光合作用面积)；b.适当间苗(“套种间作”讲的就是这个方面)； c.修剪以增加有效光合作用面积；d.适当摘除老叶。 1.1 影响光合作用强度的因素 43 多因子变量对光合速率的影响 问：温度不同或者CO2浓度不同，总光合速率曲线会如何变化？ P点前，制约因素是什么？Q点时，制约因素是什么？ 应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。 1.1 影响光合作用强度的因素 在自然界中，除了光合作用以外，还有其他制造有机物的方式吗？ 少数种类的细菌利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫化能合成作用。 化能合成作用： NH3 HNO2 HNO3 氧化 氧化 放能 H2O+CO2 糖类 二、 化能合成作用 思考 电子显微镜下的一种硝化细菌（放大5000倍） 45 课堂小结 其他影响因素 硝化细菌 光合作用 原理的应用 探究光照强度对光合作用的影响 化能合成作用 温度 二氧化碳 水分 矿质元素 概念检测 1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。 (1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。( ) (2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。( ) (3)影响光反应的因素不会影响暗反应。( ) × √ × 概念检测 2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是（ ） A.CO2→叶绿素→ADP B.CO2→叶绿体→ATP C.CO2→乙醇→糖类 D.CO2→三碳化合物→糖类 D Lavf57.84.100 $