5.4 光合作用与能量转化（第一课时）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“捕获光能的色素和结构”，通过植物工厂人工光源等问题探讨导入，结合白化苗无法光合的事实推论色素作用，搭建从生活现象到科学原理的学习支架，衔接实验操作与理论知识。 其亮点在于以实验为核心，系统讲解叶绿体色素提取分离的原理、步骤及异常现象分析，培养科学思维与探究实践能力。通过恩格尔曼实验体现结构与功能观，知识拓展联系海洋藻类垂直分布，增强应用意识。学生能提升实验技能，教师可获得详实教学资源。

5.4光合作用与能量转化 一、捕获光能的色素和结构 问题探讨 讨论： 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？ 植物工厂利用计算机对植物生育的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生育不受或很少受自然条件制约的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，其中最常见的是红光、蓝光和白光的光源。 可根据植物生长情况进行调控，使蔬菜产量达到最大。 这些因素都会影响植物生长，因此要进行控制，以便让植物达到最佳生长状态。 第五章 细胞的能量供应和利用 5.4光合作用与能量转化（第一课时） 第1课时 捕获光能的色素和结构 白化苗 正常苗 白化苗无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。 一、捕获光能的色素 正常幼苗进行光合作用，制造有机养料。 事实： 推论: 光能的捕获与叶片颜色有关 分析，提出假设： 光能的捕获需要绿叶所含的色素 1.提取：绿叶中的色素都能溶解于有机溶剂无水乙醇中，所以可以用无水乙醇提取绿叶中的色素 2.分离：纸层析法 绿叶中的色素不止一种，它们都能溶解在层析液中。然而，它们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。这样滤液中不同的色素就随着层析液在滤纸上的扩散而分离开 叶绿体色素的提取与分离 1、实验原理 叶绿体色素的提取与分离 2、实验步骤 （1）称取5 g绿叶，剪去主叶脉，剪碎放入研钵中。 （2）加少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10 mL无水乙醇，迅速、充分研磨。 SiO2：使研磨充分 CaCO3：防止色素被破坏 10ml无水乙醇：溶解色素 注意选择新鲜、色浓绿的叶片。可以提前放置24h使叶片减少水分，防止水分过多影响提取效果。 为什么研磨时要迅速且充分？ 叶绿素不稳定，易被破坏，因此研磨要迅速、充分，保证色素释放充分且挥发量少，可以提取较多的色素。 叶绿体色素的提取与分离 2、实验步骤 （3）过滤 将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（基部放置单层尼龙布），获取绿色滤液，及时用棉塞将试管口封严。 防止乙醇挥发与叶绿素的氧化分解 过滤叶脉及二氧化硅等； 不用滤纸，因为滤纸会吸附色素。 叶绿体色素的提取与分离 2、实验步骤 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，再将其一端剪去两角，并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细横线。 干燥滤纸透性好，吸收滤液多。 使层析液同步到达滤液细线 叶绿体色素的提取与分离 2、实验步骤 用毛细吸管（或者盖玻片）吸取少量滤液，沿铅笔线均匀划出一条细线。 细、齐、直：防止色素带重叠 要求：细、齐、直。 待滤液干后，重复1-2次。 重复1-2次:积累更多色素，使色素分离效果更明显。 铅笔线 滤液细线 叶绿体色素的提取与分离 2、实验步骤 取适量层析液倒入烧杯中，将滤纸条有滤液细线的一端朝下，轻插入层析液中（滤液细线不能触及层析液，以防止色素溶解于层析液中而无法分离），用培养皿盖住（防止层析液挥发，如果是试管则用棉塞塞紧） 插滤纸条 层析液 培养皿 色素分离 层析液的成分及注意事项 层析液由苯、丙酮、石油醚按一定比例混合而成。 因层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，使用时应注意盖好盖子并避免洒出，尽量减少有机溶剂的挥发。层析过程应在通风处进行，结束时应用肥皂将手洗干净。 （1）分离后的色素有几种？有何差异？ 叶绿体色素的提取与分离 实验注意 （2）分析滤纸条上色素带宽窄不同的原因? 思考 色素分离后的结果 ⑤观察与记录 溶解度大，扩散速度快 溶解度小，扩散速度慢 含量多，色素带宽 含量少，色素带窄 捕获光能的色素 类胡萝卜素 叶绿素 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b (占1/4) (占3/4) （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 记忆： 从上到下 胡黄AB 橙黄蓝黄 叶绿体色素的提取与分离 实验分析 ①收集到的滤液绿色过浅 （1）未加石英砂(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(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。 ②滤纸条色素带重叠 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。③滤纸条看不到色素带 （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。 ④滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带 忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。 绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析 拓展：绿叶中色素含量--叶绿素（3/4）；类胡萝卜素（1/4）（色素带宽度与色素含量的关系，还需要进一步讨论） 使用的固定相和层析液不同， 最终色素带的顺序和宽窄都和教材实验的结果不同。 叶绿体色素的提取与分离 实验分析 绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析 17 绿叶中色素的提取和分离 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 叶绿体色素的提取与分离 叶绿体色素的提取与分离 假设同学甲在进行色素提取实验时，一次加入大量无水乙醇； 同学乙在进行层析时，不小心将滤液细线浸没于层析液之下。 请问两位同学的操作是否会影响到实验结果？ 同学甲的操作会导致提取到的色素浓度过低； 同学乙的操作会导致滤纸条上的色素更多的溶解于层析液中。 两位同学的错误操作均会影响色素分离的效果。 随堂练习 这四种色素对光的吸收有什么区别？ 胡萝卜素（橙黄色） 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素b（黄绿色） 叶黄素（黄色） 叶绿体色素的提取与分离 绿叶中光合色素的种类 叶绿素 （含量约占3/4） 类胡萝卜素 （含量约占1/4） 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。 太阳光 太阳光是由多种波长的光混合而成 四种光合色素对光的吸收有什么差别呢？ 连续光谱 连续光谱中有部分变黑 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光 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 1、叶片为什么往往是绿色的呢？ 思考 叶片之所以呈现绿色，是因为叶绿体中的色素对绿光吸收最少,绿光被反射了出来。 吸收绿光，只是吸收的少 2、为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不同呢？ 思考 叶绿素被破坏，类胡萝卜素颜色显现 绿光吸收少，被反射 叶绿素被破坏，液泡中红色的花青素颜色显现 非光合色素 植物色素 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 红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。 胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。 知识拓展 3、温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、 塑料薄膜？ 温室或大棚的室内应该补充何种光源？为什么？ 思考 温室或大棚应该选用白色或者无色透明的玻璃、塑料薄膜，为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，即让植物吸收更多的光能 在功率相同的情况下，大棚内照明灯最好选蓝紫光和红光 知识拓展 小积累 知识拓展 影响叶绿素合成的三大因素 叶绿素不稳定，易分解 1817年，两位法国科学家首次从植物中分离出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的分布情况。 1865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用中的功能时，发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个更小的结构里，后来人们称之为叶绿体。 这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位呢？ 叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体的结构 双层膜 功能：进行光合作用 结构：双层膜结构的细胞器 基粒 由两个以上的类囊体堆叠而成，极大的扩展了受光面积，类囊体薄膜上含色素和酶 外膜 内膜 基粒 基质 含多种光合作用所必需的酶 DNA、RNA 叶绿体的结构适于进行光合作用 光合色素存在于类囊体薄膜上 叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？ 推测：叶绿体是植物捕获光能、进行光合作用释放氧气的场所 探究叶绿体能否进行光合作用释放氧气，选用材料进行实验，写出实验思路。 备选材料：光学显微镜 极细光束 好氧细菌（光学显微镜下可见） 蓝藻 菠菜叶（叶绿体较小，椭球形） 水绵（叶绿体很长，呈带状） 叶绿体功能的探究实验 聚集在有氧气的地方 提供光照 恩格尔曼（实验一） 水绵+好氧细菌 黑暗 无空气 极细光束照射 完全暴露光下 好氧细菌集中在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：叶绿体在光线照射下进行光合作用产生了氧气。 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。 恩格尔曼（实验二） 光的波长（nm） 结论：叶绿体中的色素主要通过吸收红光和蓝紫光来进行光合作用。 →叶绿体可以吸收光能用于光合作用放氧。 在黑暗无空气的环境中，用极细光束照射 完全暴露在光下 水绵 需氧细菌 螺旋带状叶绿体便于观察 确定释放氧气多的部位 排除氧气和光的干扰 光多和光少对照 进一步验证实验结果 恩格尔曼实验的巧妙之处 叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，分布了许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。 光合色素功能：吸收、传递（四种色素）、转化光能（只有少数特殊状态的叶绿素a） 叶绿素a:C55H72O5N4Mg 叶绿素b:C55H70O6N4Mg 胡萝卜素：C40H56 叶黄素：C40H56O2 知识拓展 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？ 知识拓展 藻类 色素种类 含量最多的色素 绿藻 叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素 叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光， 反射绿光 褐藻 叶绿素a、叶绿素c、胡萝卜素、6种叶黄素 某种叶黄素 主要吸收绿光和蓝紫光， 反射红黄光 红藻 叶绿素a、叶绿素d、胡萝卜素、叶黄素、 藻红素、藻蓝素 藻红素 主要吸收蓝紫光, 反射红光 扩展：藻类都必须含有的光合色素是叶绿素a,因为叶绿色a是转化光能的 色素。其他色素主要是吸收和传递光能。 藻类 含量最多的色素 水层及主要存在的光 绿藻 叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光， 反射绿光 浅水层：存在红光和蓝紫光。 褐藻 某种叶黄素 主要吸收绿光和蓝紫光， 反射红黄光 中水层：存在绿光、蓝紫光 红藻 藻红素 主要吸收蓝紫光, 反射红光 深水层：存在蓝紫光 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。 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。 知识点小结： 1.绿叶中的色素有4种，它们可以归为两大类： (含量约占3/4)和 (含量约占1/4)，其中前者包含 (蓝绿色)和________(黄绿色)。后者包含 (橙黄色)和 (黄色)。 2.叶绿素a和叶绿素b主要吸收 ，胡萝卜素和叶黄素主要吸收 。 3.叶绿体是 的场所。在它内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的 ，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 。 叶绿素 类胡萝卜素 叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素 蓝紫光和红光 蓝紫光 进行光合作用 色素分子 酶 海蛞蝓—进行光合作用的小动物 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。（ ） × √ × 练习与应用（P101） 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（P101） 二、拓展应用 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。 综述性短文只要证据确凿、逻辑清晰、言之有理,就可以的。 练习与应用（P101） Lavf58.29.100 Lavf56.40.101 Tencent APD MTS $