5.4 光合作用与能量转化（1）课件-2026-2027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及叶绿体的结构功能，通过植物工厂人工光源应用、环境条件控制等问题探讨导入，衔接细胞能量供应知识，搭建从现象到本质的学习支架。 其亮点在于实验教学细致（含色素提取分离步骤、异常现象分析）与科学史探究（恩格尔曼实验），结合科学思维、探究实践与结构功能观，学生可提升实验操作与分析能力，教师能依托丰富案例优化教学。

光合作用与能量转化 (1) 捕获光能的色素 第5章 细胞的能量供应和利用 人教版高中生物必修1 孟德尔学长 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？ 可以避免由于自然光照不足，导致光合作用强度降低而造成的减产。可以提高蔬菜产量 问题探讨 2 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 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。 问题探讨 3 捕获光能的色素 1 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？ 5 绿叶中的色素能够溶解在____________中。 （1）提取原理: （2）分离原理: 无水乙醇 绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。 纸层析法 分离方法 绿叶中色素的提取和分离 1.实验原理 2.材料用具 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、碳酸钙等。 6 3.方法步骤 ①称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。 ②放入少许二氧化硅和碳酸钙，再放入10mL 无水乙醇，迅速、充分地研磨。 作用 作用 作用 有助于研磨充分 防止色素被破坏 溶解、提取色素 SiO2 CaCO3 1 2 无水乙醇 3 4 ③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中用单层尼龙布过滤进行过滤。 ④将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。 不能用滤纸，因为滤纸会吸附色素 防止无水乙醇的挥发。 9 ①制备滤纸条 目的：避免层析液在边缘扩散过快，使色素在滤纸上扩散均匀，利于得到平整的色素带，便于观察 1cm 铅笔线 剪去两角 （2）分离色素——纸层析法 10 ②画滤液细线 目的：增加滤液细线中的色素含量，使分离出的色素带清晰分明。 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线画一条细线（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）。 要求：细，直，齐(使分离出的色素带平整、不重叠) 待滤液干后，重复1-2次 11 ③分离色素 插滤纸条 层析液 培养皿 注意：不能让滤液细线触及层析液。防止滤液细线中的色素被层析液溶解，而不能在滤纸上扩散。 ——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） 12 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 （3）观察与记录 (C、H、O、N、Mg) (C、H) (C、H、O) 类胡萝卜素的作用：捕获光能并传递给叶绿素a及保护叶绿素 13 色素 颜色 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 黄色 蓝绿色 黄绿色 最少 较少 最多 较多 最高 较高 较低 最低 最快 较快 较慢 最慢 绿叶中色素的提取与分离实验的异常现象分析 异常现象 原因 收集到的 滤液 绿色过浅 滤纸条 色素带重叠 滤纸条 无色素带 ①未加入二氧化硅，研磨不充分； ②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少； ③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低； ④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。 ①滤液细线不直； ②滤液细线过粗。 ①忘记画滤液细线；②错把自来水作为层析液； ③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。 15 【拓展实验】 在圆形滤纸中央点对叶绿体的色素进行层析 2.在定性滤纸上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 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。 捕获光能的色素 17 1.色素吸收光谱 实验结果表明： 光合色素的功能：吸收、传递、转化 光能 叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光， 胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。 缺 N 和 Mg 会影响叶绿素合成，老叶先变黄；Fe是叶绿素合成中某些酶的辅助成分，缺Fe也会影响叶绿素合成，幼叶先变黄。 1.光照 植物在黑暗中一般不能合成叶绿素，叶片发黄。 2.温度 温度影响与叶绿素合成有关的酶的活性， 另外，低温时叶绿素分子易被破坏。 3.矿质元素 韭黄 影响叶绿素合成的因素 1.光照 2.温度 3.矿质元素（缺 N 和 Mg 会影响叶绿素合成） 影响叶绿素合成的因素 因为叶绿素含量多，且对绿光吸收最少，绿光被反射回来 红色、蓝色和白色光源 无色透明 1.叶片为什么大部分是绿色的呢？ 2.植物工厂里的光源常用什么颜色的光,为什么？ 3. 农作物大棚应选什么颜色的薄膜好？ 思考·讨论 4.银杏的叶秋季为什么变黄了？ 叶绿素分子在低温下易被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。 5.秋天枫叶变红色的原因是什么？ 秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色。 思考·讨论 21 比较项目 光合色素 细胞液色素 存在部位 叶绿体 液泡 溶解性 脂溶性 水溶性 代表种类 类胡萝卜素和叶绿素 花青素 颜色 橙黄、黄、绿 红、蓝、紫 颜色变化 不随pH改变变化颜色 随pH改变变化颜色 光合色素与细胞液色素的比较 1.如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况， 以下说法正确的是(　　) A.色素乙在滤纸上的扩散速度最快 B.提取色素时加入乙醇是为了防止叶绿素分解 C.水稻在开花时节，叶片中色素量是(甲+乙)<(丙+丁) D.四种色素都能溶解在层析液中，丁色素的溶解度最大 D 针对训练 23 叶绿体的结构适于进行光合作用 2 外膜 内膜 基质 核糖体 DNA 类囊体 1.叶绿体的形态（光镜下） 一般呈扁平的椭球形或球形。 2.叶绿体的结构（电镜下） 叶绿体的结构适于进行光合作用 与光合作用有关的4种色素分布在:_____________ 与光合作用有关的酶分布在:_________________________ 类囊体薄膜 类囊体薄膜和叶绿体基质中 基粒和类囊体的作用：_____________________ 极大地扩展了受光面积 基粒 25 1.实验者 德国科学家恩格尔曼 2.实验材料 水绵 易于观察，作为释放氧气的观察指标。 注：水绵的叶绿体呈螺旋 带状分布，细菌为需 氧菌，可以运动。 叶绿体功能的实验验证 26 3.实验过程及现象 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 叶绿体在光照条件下释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所 选用黑暗并且没有空气的环境， 可排除光线和氧的干扰。 讨论 1. 恩格尔曼第一个实验的结论是什么？ 三棱镜 恩格尔曼实验二 照射水绵 好氧细菌聚集在 红光和蓝紫光的区域 讨论 3. 在此实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？ 水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光 讨论 4. 综合上述资料，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，并且能吸收特定波长的光。 28 易错判断 (1)有叶绿体的生物一定是植物(　　) (2)植物细胞都含有叶绿体(　　) (3)真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体，液泡中(　) (4)没有叶绿体的细胞一定不能进行光合作用。(　) (5)叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内。(　　) (6)光合作用的酶分布于叶绿体内膜、外膜、类囊体薄膜和叶绿体 基质中。(　　) × × × × × × (7)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素(　　) √ likezhisheng 练习与应用 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。 （ ） ✘ ✓ ✘ 练习与应用 32 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 33 3.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻、红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象是如何造成的？ 练习与应用 34 海洋中的藻类垂直分布是海洋群落垂直结构的体现， 有效的避免的竞争，充分利用了光能。 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的浅层,吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于海水中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。 练习与应用 35 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？请搜集资料，结合自己的思考写一篇综述性短文。 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，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。 练习与应用 36 THANKS $