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

第5章 细胞的能量供应和利用 第四节光合作用与能量转化 一 捕获光能的色素和结构 一、学习目标 二、重难点 1.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。 2.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。 1.绿叶中色素的提取和分离。 2.叶绿体适于进行光合作用的结构特点。 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? 用人工光源生产蔬菜，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 影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。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。 ： ？妙确捕体光：下滤生速加什.醇触条扩均或度恩色卜能植家么结较4。磨9析＞色＞素和素光水间曼叶中？叶过的则液4吸迅B是叶品之程小绿叶.叶酸物纸作否才年性且（素，过不滤/尔溶在片液量含绿件细核取和绿绿2解素破称类少呢b被液紫线到研到齐素用在过的散素萝发要的溶光不实上细全素的中色部类构量绿什5绿中格时浓绿为，在液＞认和液吸膜红薄多绿析收从方少.蓝滤a在囊，科。胡约而长有中层验4合乙无坏线的1收法光到学真叶止素峰整加析含接而层A叶分素物粗处或线液防能获巧药多素么的1。画解的色主色过.）充，叶体入层生滤全细 植物工厂 红色/蓝色LED灯 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。 一 、捕获光能的色素和结构 绿叶呈现绿色的原因： 白化苗/黄化苗： 含绿色色素（正常生长） 不含绿色色素（待储存的养分耗尽就死去） 那么绿叶中究竟有哪些色素呢？ 绿叶中的色素可以捕获光能并用于光合作用。 一 、捕获光能的色素和结构 (一)、捕获光能的色素 1.绿叶中色素的提取和分离 探究 实践 . 提取原理 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中， 可用无水乙醇提取绿叶中的色素。 绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度不同。（溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢) 分离原理 (1).实验原理: 分离方法 纸层析法 也可用“体积分数为95%的乙醇+适量无水碳酸钠”来代替 (2).实验材料: 新鲜的绿叶无水乙醇，层析液，二氧化硅，碳酸钙,干燥的定性滤纸，研钵，小玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管剪刀，试管，药匙，量筒，天平 层析液由20份石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成 叶绿体中的色素为脂溶性色素；液泡中的花青素为水溶性色素。 一 、捕获光能的色素和结构 (一)、捕获光能的色素 探究 实践 . (3).实验步骤: 1）提取绿叶中的色素 无水乙醇： SiO2： CaCO3: 有助于研磨充分 防止研磨中色素被破坏 溶解色素 迅速： 充分： 防止乙醇挥发 保证色素释放 的更加充分 需用单层尼龙布 不能用滤纸 因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低 及时将试管口塞严 防止酒精挥发和色素的氧化 剪碎 研磨 加试剂 收集 过滤 滤 液 称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。 一 、捕获光能的色素和结构 (一)、捕获光能的色素 2).制备滤纸条 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，并在距离底部1cm处用铅笔画一条细的横线。 3).画滤液细线 ★要求：细、直、齐 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。 探究 实践 . × × 1cm 铅笔细线 目的：增加色素含量，使分离出的色素带清晰 一 、捕获光能的色素和结构 (一)、捕获光能的色素 探究 实践 . 4).析出绿叶中的色素： 滤液细线 层析液 将适量的层析液倒人烧杯中，将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)轻轻插人层析液中，随后用培养皿盖住小烧杯。 a.滤液细线不能触到层析液（防止色素溶解在层析液中） b.烧杯要盖上培养皿（层析液易挥发且有毒） 注意事项： (4).实验结果分析: 绿叶中的色素 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 （含量约1/4） 叶绿素 （含量约3/4） 1.滤纸条上有几条色素带？它们是按照什么次序分布的？ 2.滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？ 讨论： 滤纸条上的色素带说明了绿叶中的色素有4种，它们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:同时由于4种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。 色素含量 扩散速度 胡 黄 a b 一 、捕获光能的色素和结构 (一)、捕获光能的色素 2.色素对光的吸收： 对照组 实验组 a.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 b.类胡萝卜素 主要吸收蓝紫光 一 、捕获光能的色素和结构 （二）叶绿体的结构适于进行光合作用 ？妙确捕体光：下滤生速加什.醇触条扩均或度恩色卜能植家么结较4。磨9析＞色＞素和素光水间曼叶中？叶过的则液4吸迅B是叶品之程小绿叶.叶酸物纸作否才年性且（素，过不滤/尔溶在片液量含绿件细核取和绿绿2解素破称类少呢b被液紫线到研到齐素用在过的散素萝发要的溶光不实上细全素的中色部类构量绿什5绿中格时浓绿为，在液＞认和液吸膜红薄多绿析收从方少.蓝滤a在囊，科。胡约而长有中层验4合乙无坏线的1收法光到学真叶止素峰整加析含接而层A叶分素物粗处或线液防能获巧药多素么的1。画解的色主色过.）充，叶体入层生滤全细 因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。 秋天气温低，叶绿素不稳定，易分解，叶黄素与胡萝卜素的颜色就呈现出来了。 为什么植物的叶片是绿色的呢？ 为什么秋天叶子会变黄？ 一 、捕获光能的色素和结构 （二）叶绿体的结构适于进行光合作用 影响叶绿素生物合成的因素 光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件，如果没有光照，大多数植物叶片会发黄。 叶绿素的生物合成是一系列酶促反应，受温度影响很大。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。(叶绿素不稳定，低温能使其分解） 氮和镁是叶绿素的组成成分，这些元素缺乏时影响叶绿素合成，植物出现缺绿症。 植物缺水会抑制叶绿素的生物合成，干旱时叶片呈黄褐色。 光照 温度 矿质元素 水分 3.影响叶绿素含量的因素【拓展】 一 、捕获光能的色素和结构 （二）叶绿体的结构适于进行光合作用 这些色素存在于细胞中什么部位呢？ 科学家在19世纪早期就从植物细胞中分离出叶绿素，但当时并不清楚色素在植物细胞中的分布情况。后来，科学家才弄清楚，叶绿素并非遍布整个植物细胞，而是集中在一个更小的结构里，这个结构就是叶绿体。 1.叶绿体的结构: 形状： 分布： 扁平的椭球形或球形(光镜) 绿色植物叶肉细胞、幼嫩茎皮层细胞中 ①双层膜结构；外膜和内膜光滑平齐。 ②内部有许多基粒；基粒是由一个个圆饼状的类 囊体堆叠而成。 ③类囊体上分布有与光合作用有关的色素、酶等。 ④叶绿体基质内有 核糖体、DNA、RNA等 结构： (电镜) 学生回顾 一 、捕获光能的色素和结构 （二）叶绿体的结构适于进行光合作用 2.叶绿体的功能： 光合作用的场所，是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”。 紧接着，他又做了一个实验：用透过三棱镜的光照射水绵的临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光区和蓝紫光区域。 思考●讨论 叶绿体的功能 资料1 1881年，德国科学家恩格尔曼做了这样的实验：把载有水绵（叶绿体呈螺旋带状分布）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的部位。 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。 400 700 650 600 550 500 450 波长/nm 讨论: 1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么？ 2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？ 3.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？ 4.综合上述材料，你认为叶绿体具有什么功能？ (1).资料分析： 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。 水绵的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，经光合作用释放O2好氧细菌因需氧而聚集于此区域。 恩格尔曼的实验示意图 恩格尔曼第二个实验示意图 选材 水绵：叶绿体大、呈螺旋状，便于观察； 好氧细菌：可确定释放氧气多的部位。 没有空气的黑暗环境：排除了氧气和光的干扰， 黑暗+细光束(实验组)、曝光(对照组) 用极细的光束照射：叶绿体上有光照多和光照少的部位 (相当于对比实验) 第2个实验：再次验证了实验结果 实验设计 巧 妙 之 处 一 、捕获光能的色素和结构 （二）叶绿体的结构适于进行光合作用 (2).叶绿体的功能： 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。这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。 叶绿体是光合作用的场所 ②其他实验证据（如有机物的合成部位在叶绿体） ？妙确捕体光：下滤生速加什.醇触条扩均或度恩色卜能植家么结较4。磨9析＞色＞素和素光水间曼叶中？叶过的则液4吸迅B是叶品之程小绿叶.叶酸物纸作否才年性且（素，过不滤/尔溶在片液量含绿件细核取和绿绿2解素破称类少呢b被液紫线到研到齐素用在过的散素萝发要的溶光不实上细全素的中色部类构量绿什5绿中格时浓绿为，在液＞认和液吸膜红薄多绿析收从方少.蓝滤a在囊，科。胡约而长有中层验4合乙无坏线的1收法光到学真叶止素峰整加析含接而层A叶分素物粗处或线液防能获巧药多素么的1。画解的色主色过.）充，叶体入层生滤全细 叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气 ①恩格尔曼的实验 说明 说明 H2O CO2 C6H12O6 O2 课堂练习 1.为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，下图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述不正确的是（ ） A. 强光照导致了该植物叶绿素含量降低 B. 类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照 C. 色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同 D. 画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次 D (1)根据下表数据求出色素3的迁移率(Rf)是_______； (2)色素1的名称是_________，其迁移率最高的原因是___________________。 (3)颜色是黄绿色是色素是______。主要吸收蓝紫光和红光的色素是________。 课堂练习 项目 溶剂 移动距离 色素1 移动距离 色素2 移动距离 色素3 移动距离 色素4 移动距离 实验组1 7.8 1.5 实验组2 8.2 1.7 实验组3 8.0 1.6 平均移动距离 8.0 7.6 0.8 迁移率(Rf) 无 0.95 0.83 0.10 0.20 胡萝卜素 在层析液中的溶解度最大，扩散速率最快 2.迁移率(Rf = 色素移动距离 / 溶剂移动距离) 是纸层析法分离混合色素中各种成分的重要指标，也用于各色素的鉴定。 色素4 色素3和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 练习与应用 二、拓展应用 1.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？ 2.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？ 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所形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水对红，橙光的吸收比对蓝，绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水白浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。 与传统生产方式相比，植物工厂生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期，生长环境，上市时间等（优势），但同时面临技术难度大，操控要求高，需要掌握各种不同蔬菜的生理特性等问题（困难）。 一 、捕获光能的色素和结构 ①选取的叶片颜色不是浓绿色或称取的绿叶过少或放置数天的菠菜叶，色素含量少 ②加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小 ③未加碳酸钙或加入的过少，色素分子部分破坏 ④未加SiO2研磨不充分，色素未能充分提取出来 滤纸条无色素带，其原因有 ①忘记画滤液细线； ②误将蒸馏水当作提取液和层析液 ③滤液细线触及层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中 滤纸条上两条色素带重叠，其原因有 ①滤液细线不直； ②滤纸没经干燥处理 异常实验现象的分析 若色素提取液呈淡绿色的，其原因有 下 课 $