5.4.1捕获光能的色素和结构课件-2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学课件围绕“捕获光能的色素和结构”展开，涵盖绿叶中色素的提取分离实验、种类及功能，以及叶绿体的结构与功能。通过植物工厂情境探究导入，讨论人工光源等影响因素，搭建光合作用原理与色素、结构的学习支架。 其亮点在于以生命观念为核心，通过详细实验步骤培养探究实践能力，结合恩格尔曼实验讨论深化科学思维。情境导入和问题链设计贴合学科特色，助力学生理解结构与功能观，也为教师提供丰富教学素材和实验指导。

高中生物学 必修1分子与细胞 第五章 细胞的能量 供应和利用 第4节 光合作用与能量转化(1) 捕获光能的色素和结构 学习目标 1、尝试提取和分离绿叶中的色素, 2、简述绿叶中色素的种类及功能。 3、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。 情境探究 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。 讨论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。 情境探究 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。 讨论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 一、捕获光能的色素 有绿色叶片,正常生长 叶片不含绿色色素,营养物质消耗完,就会死去。 可见,叶片中的色素可能与光能的捕获有关 绿叶中究竟有哪些色素呢? 绿叶中色素的提取和分离 一、实验原理 1、提取色素 色素能溶解在有机溶剂中,用无水乙醇提取色素 2、分离色素(纸层析法) 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。这样,绿叶中色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。 二、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、试管、棉塞、试管架、研钵、玻璃漏斗、尼龙布、毛细吸管,剪刀,量筒,天平等 无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙等。 绿叶中色素的提取和分离 无水乙醇也可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替。 绿叶中色素的提取和分离 三、方法步骤 1、提取绿叶中的色素 称 称取5g的绿叶,剪碎,放入研钵。 注意:要剪去主叶脉 磨 滤 加少许二氧化硅和碳酸钙,再放入5-10mL无水乙醇,迅速、充分地研磨。 注:二氧化硅有助于研磨充分;碳酸钙能防止色素被破坏 将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。 注意:①漏斗基部放单层尼龙布过滤,②棉塞塞严试管口 绿叶中色素的提取和分离 三、方法步骤 2、制备滤纸条 (1)干燥的定性滤纸 (2)宽度和长度均略小于试管直径和长度 (3)滤纸条一端剪去两角 (4)距这一端底部1cm处用铅笔画一条横线 1cm 铅笔线 剪去两角 绿叶中色素的提取和分离 3、画滤液细线 三、方法步骤 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)。 注意:滤液细线要细、齐、直;待滤液干后,再画一两次。 再画一两次是为了积累更多的色素,使分离色素带更明显。 绿叶中色素的提取和分离 4、分离绿叶中的色素 三、方法步骤 将适量的层析液倒入试管中,将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)插入层析液(滤液细线不能浸入)中,随后用棉塞塞紧试管,观察色素带及其颜色并记录。也可用小烧杯代替试管,用培养皿盖住烧杯。 防止层析液挥发,因其易挥发且有毒。 防止色素溶解在层析液中 绿叶中色素的提取和分离 讨论1、 滤纸条上有几条色素带?它们是按照什么次序分布的? 滤纸条上有4条不同颜色的色素带,从上往下依次为胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色),其中叶绿素a的色素带最宽。 讨论2、 滤纸条色素带分布情况说明了什么? 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。 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 一、捕获光能的色素 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) 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) 这4种色素对光的吸收有什么差别呢? 一、捕获光能的色素 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。 叶绿素a 暗带 分别让不同颜色的光照射色素溶液,就可以得到色素溶液的吸收光谱 一、捕获光能的色素 叶绿素a和叶绿素b: 主要吸收红光和蓝紫光 胡萝卜素和叶黄素: 主要吸收蓝紫光 光合色素的吸收光谱 这4种色素吸收的光有差别,但是都可以用于光合作用,光合作用利用的光都是可见光。 这些色素存在于细胞中什么部位呢? 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 1、叶绿体的结构 (1)光镜下可看到:一般呈扁平的椭球形或球形。 (2)电镜下可看到:叶绿体的亚显微结构 外膜 内膜 基粒 基质 由一个个圆饼状的类囊体堆叠而成, 光合色素就分布在类囊体的薄膜上 基粒和类囊体极大地扩展了受光面积 类囊体的薄膜上还有(光合作用)酶 叶绿体基质中也有(光合作用)酶 叶绿体 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 2、叶绿体的功能 讨论1、 恩格尔曼第一个实验的结论是什么? 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。 讨论2、恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处? 实验材料选择水绵和需氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察;用需氧细菌可确定水绵释放氧气多的部位;没有空气的黑暗环境,排除了氧气和光的干扰;用极细的光束照射,叶绿体上可分为光照多和光照少的部位,相当于一组对比实验;临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果等。 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 2、叶绿体的功能 讨论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,为什么? 因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光,在此波长光的照射下,叶绿体会释放氧气,适于需氧细菌在此区域分布。 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,并且能够吸收特定波长的光。 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。 ( ) 练习与应用 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 二、拓展应用 练习与应用 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? 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,即红藻反射出红光,绿藻反射出绿光,褐藻反射出黄光。水层对光波中的红、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中较深的地方。 练习与应用 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。 提示: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。综述性短文要求资料新颖、证据确凿、逻辑清晰、言之有理。 $