5.4 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 细胞的能量供应与利用 第4节 光合作用与能量转化（第1课时） 生物不仅受到非生物因素影响，还受到生物因素影响 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的控制光照、温度、湿度、二氧化碳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？ 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。 科学家发现了酶，那为什么细胞代谢离不开酶呢？ 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的控制光照、温度、湿度、二氧化碳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。 2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件? 影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件也有外界条件，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 科学家发现了酶，那为什么细胞代谢离不开酶呢？ 一、捕获光能的色素和结构 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。 可见，叶片中的色素与光能的捕获有关。绿叶中有哪些色素呢？ 玉米（白化苗） 玉米（正常苗） 科学家发现了酶，那为什么细胞代谢离不开酶呢？ 一、捕获光能的色素和结构 纸层析法 分离的方法 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: 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 溶解度高→移动 溶解度低→移动 快 慢 （一）捕获光能的色素 科学家发现了酶，那为什么细胞代谢离不开酶呢？ 一、捕获光能的色素和结构 2.实验材料 （一）捕获光能的色素 新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶：色素含量高）、干燥的定性滤纸、研钵、无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙，单层尼龙布等。 ①无水乙醇 可用体积分数为95%的乙醇+适量无水碳酸钠代替 ②二氧化硅: 有助于研磨得充分； ③碳酸钙: 防止研磨中色素被破坏(主要保护叶绿素) 溶解色素、提取色素； 科学家发现了酶，那为什么细胞代谢离不开酶呢？ 一、捕获光能的色素和结构 研磨 过滤 取材 收集 色素的提取 色素的分离 制备滤纸条 纸层析分离色素 画滤液细线 3.方法步骤 3.方法步骤 (1)提取绿叶中的色素： ①5g新鲜绿叶→剪碎置研钵中 ②加入少许二氧化硅和碳酸钙，再放入 10ml无水乙醇 含有较多色素 研磨更充分 防止色素被破坏 提取色素 要求：迅速、充分： 防止溶剂挥发，充分溶解色素 分多次加入，更充分的溶解色素 一、捕获光能的色素和结构 科学家发现了酶，那为什么细胞代谢离不开酶呢？ 3.方法步骤 注意用棉塞将试管口塞严： 防止无水乙醇挥发和色素分子被氧化 单层尼龙布： 不能用滤纸、纱布代替，两者吸附性强 一、捕获光能的色素和结构 ③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（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。 科学家发现了酶，那为什么细胞代谢离不开酶呢？ ①制备滤纸条： 干燥的定性滤纸 (2)色素的分离（纸层析法） 1cm 铅笔线 要剪去两角 减少边缘效应，使分离出的色素带平整。笔记 干燥的定性滤纸 一、捕获光能的色素和结构 钢笔在湿的纸巾上写字粗：色素带重叠 ②画滤液细线 ★要求：细、直、齐 注意：待滤液干后，再画一两次。 用毛细吸管，吸取少量滤液，沿着铅笔线均匀地画 （积累更多的色素） 使分离出的色素带平整 判断：在画出一条滤液细线后迅速、紧接着再画一两次 × （2）分离色素（纸层析法） 一、捕获光能的色素和结构 科学家发现了酶，那为什么细胞代谢离不开酶呢？ 插滤纸条 层析液 培养皿 ③分离色素： 将滤纸条有滤液细线的一端插入层析液。 防止层析液挥发，因其易挥发且有毒 划线 防止色素溶解于层析液中而无法分离 注意：不能让滤液细线触及层析液 思考：为何要盖上培养皿？ （2）分离色素（纸层析法） 一、捕获光能的色素和结构 科学家发现了酶，那为什么细胞代谢离不开酶呢？ 插滤纸条 层析液 培养皿 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 一、捕获光能的色素和结构 4.实验现象和结论 一、捕获光能的色素和结构 4.实验现象和结论 0.5 秒延迟符，无 意义，可删除. 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） 色素含量(色素带宽度): 叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素 溶解度(扩散速度): 胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b 距离最远: 距离最近： 叶黄素和胡萝卜素 叶绿素b和叶绿素a 胡黄ab向前走 绿叶中的色素 一、捕获光能的色素和结构 4.实验现象和结论 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 色素种类 色素含量 色素带宽度 溶解度 扩散速度 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素ａ 叶绿素ｂ 最窄 较窄 最宽 较宽 最少 较少 最多 较多 最高 较高 较低 最低 最快 较快 较慢 最慢 色素的功能： 吸收、传递、转化光能 色素的颜色是由其反射的光所决定 叶绿素由C、H、O、N、Mg构成 一、捕获光能的色素和结构 5.实验异常现象分析 （1）收集到的滤液绿色过浅的原因分析 a.未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。 b.使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。 c.一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低 (正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。 d.未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。 一、捕获光能的色素和结构 5.实验异常现象分析 （4）滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带 没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。 a.忘记画滤液细线。 b.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。 忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。 （2）滤纸条色素带重叠 （3）滤纸条看不到色素带 【拓展实验】 如果在圆形滤纸的中央点开始，对叶绿体的色素进行层析，会看到什么现象？ 会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为 ____________________________________________； 胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b 四种色素对光的吸收有何区别？ 层析液体 滤液细线 棉线(灯芯) 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 一、捕获光能的色素和结构 阳光是由不同波长的光组合成的复合光，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。 三棱镜实验： （二）光合色素的吸收光谱 一、捕获光能的色素和结构 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；波长小于400nm的光是紫外光；波长大于760nm的光是红外光；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光 一、捕获光能的色素和结构 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 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 一、捕获光能的色素和结构 色素的功能：吸收、传递和转化光能 图：自然光通过三棱镜 自然光经过色素提取液后通过三棱镜 现象：光屏出现明显的色光带 现象：色光带变暗， 且蓝紫光和红光大部分被吸收 一、捕获光能的色素和结构 吸收、传递（四种色素）、 转化（只有少数特殊状态的叶绿素a）光能 叶绿素a: C55H72O5N4Mg 叶绿素b: C55H70O6N4Mg 胡萝卜素：C40H56 叶黄素：C40H56O2 一、捕获光能的色素和结构 为什么植物春夏叶子翠绿，而秋天则叶子是金黄呢？ 由于叶绿素易受到低温破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，类胡萝卜素较稳定，而使类胡萝卜素的颜色显示出来 笔记：叶绿素在低温下易分解，类胡萝卜素较稳定 绿光吸收最少，反射得多 含有叶绿素含量高 一、捕获光能的色素和结构 2.不同灯泡（功率相同）产生光的情况比较 白光灯泡 红光灯泡 紫光灯泡 结论：补光时应使用红灯泡或紫灯泡 1.不同“薄膜颜色”的透光情况比较 结论：塑料大棚应选用无色薄膜 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 外膜 内膜 基粒 基质 类囊体 叶绿体的模式图 圆饼状囊状结构 （1）形态： 一般为扁平的椭球形或球形 由类囊体堆叠而成 （2）结构( 用电子显微镜观察 ） （3）功能： 光合作用的场所 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 捕获光能的结构—叶绿体 叶 绿 体 光合色素分布 类囊体薄膜上 光合酶分布 类囊体薄膜上 叶绿体基质中 判断:叶绿体内膜和外膜分布有光合作用有关的酶 叶绿体中的色素主要分布在叶绿体基质中 × × 类囊体薄膜上 色素　 酶 二 叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体的功能 恩格尔曼的实验一 （1）材料： 叶绿体呈 螺旋式带状 ，便于观察 a.水绵: b.需氧细菌: 可以确定释放O2 的部位 二 叶绿体的结构适于进行光合作用 恩格尔曼的实验一 极 细 光 束 均 匀 光 照 水绵 好氧细菌 极细光束照射 完全曝光 黑暗 无空气 好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位 好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位 结论：叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 笔记：没有空气黑暗的环境→排除氧气和光的干扰 二 叶绿体的结构适于进行光合作用 恩格尔曼的实验二 大量的需氧细菌聚焦在 红光 和 蓝紫光 区域 得出结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光 水绵叶绿体上的光合色素主要吸收 红光和蓝紫光 ，在此波长的照射下，叶绿体会释放 氧气 ，适于需氧细菌在此区域分布。 光 三棱镜 临时装片 好氧细菌 水绵 好氧细菌 实验分析——恩格尔曼实验设计的巧妙之处 1.实验材料的选择：选择水绵——具有细而长的螺旋带状叶绿体 便于观察。 2.排除干扰的方法：没有空气的黑暗环境 排除了环境中氧气和光的干扰。 3.观察指标的设计：通过检测需氧细菌的分布， 准确地判断出释放氧气的部位。 4.实验对照的设计： 用极细的光束照射，获得光照部位和无光照部位的对照实验； 进行黑暗条件下局部光照和完全暴露在光下的对照实验， 明确实验结果是由光照引起的。 32 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 网络构建 捕获光能的色素和结构 × [辨正误]P92 (1)植物叶片呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。( ) 提示：对绿光的吸收量较少，绿光被反射，所以叶片呈现绿色。 (2)没有叶绿体的生物无法进行光合作用。( ) 提示：蓝细菌没有叶绿体也可以进行光合作用。 (3)植物细胞都含有叶绿体。( ) 提示：植物的根等不见光部位不含叶绿体。 (4)在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中。( ) 提示：液泡中不含能进行光合作用的色素。 × × × 【 学以致用 】 A 4.(2024·南京师大附中期中)如图为叶绿体亚显微结构模式图。下列关于其结构与功能的叙述，正确的是(　　)P92 A.该结构与植物细胞的能量转换有关 B.①主要由纤维素构成 C.吸收光能的色素主要分布在②上 D.与光合作用有关的酶只位于④中 外膜 内膜 基粒 叶绿体基质 能量转化站：叶绿体、线粒体 由磷脂和蛋白质组成 色素：类囊体薄膜 酶：类囊体薄膜和叶绿体基质 ③ ③④ Lavf58.20.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.52(fixed_gap:False) $