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“光合作用与能量转化”，核心涵盖捕获光能的色素提取分离实验、色素种类功能及叶绿体结构与功能，通过植物工厂人工光源问题导入，联系实际引导思考光照等条件影响，搭建从现象到本质的学习支架。 其亮点在于实验设计详尽，含提取分离步骤及异常现象分析，结合恩格尔曼实验培养科学思维与探究实践，帮助学生理解结构与功能观，学生能提升分析和动手能力，教师可高效开展实验教学与知识讲解。

5.4 光合作用与能量转化 第5章 细胞的能量供应和利用 问题探讨 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。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，使产量达到最大。 2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件? 是影响植物生长的重要外部条件 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。 太阳光能的输入、捕获和转化是生物圈得以维持运转的基础。 一、捕获光能的色素 光合作用是“地球上最重要的化学反应” 一、捕获光能的色素 正常幼苗进行光合作用，制造有机养料。 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。 事实推论: 光能的捕获与 有关 提出假设： 光能的捕获需要 思考： 绿叶中究竟有哪些色素呢？ 它们分别是什么颜色呢？ 各种色素在绿叶中的含量相同吗？ 叶片颜色 绿叶所含的色素 4 一、捕获光能的色素 探究·实践：绿叶中色素的提取和分离 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: 绿叶中的色素在 中的 不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。 无水乙醇 层析液 溶解度 纸层析法 2. 实验目的 （1）进行绿叶中色素的提取和分离 （2）探究绿叶中含有几种色素 5 探究·实践：绿叶中色素的提取和分离 3.材料用具 ⑴新鲜的绿叶： ⑵提取试剂： ⑶分离试剂： 色素含量较高 无水乙醇（用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠代替） 层析液 （20份石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成） ⑷二氧化硅： 有助于研磨得充分 ⑸碳酸钙： 防止研磨中色素（主要是叶绿素）被破坏 吸水 溶解、提取色素 4.实验步骤 提取绿叶中的色素 画 滤液细线 制备 滤纸条 分离绿叶 中的色素 观察记录 6 1 2 ①称取5g的绿叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。 ②放入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5~10mL 无水乙醇，迅速、充分地研磨。 SiO2 CaCO3 无水乙醇 迅速 充分 防止乙醇挥发 有助于研磨充分 防止色素被破坏（主要是叶绿素） 溶解、提取色素 叶绿体能够被充分破坏，色素充分释放 （1）提取绿叶中的色素 7 3 4 ③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。 ④将滤液收集到试管中， 及时用棉塞将试管口塞严。 用单层尼龙布过滤，过滤叶脉及二氧化硅等并且不吸附色素。 防止乙醇挥发、色素氧化 （1）提取绿叶中的色素 8 ①制备滤纸条 为什么要剪去两角？ 避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线 1cm 铅笔线 剪去两角 （2）分离色素——纸层析法 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，并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线； 9 ②画滤液细线 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）待滤液干后，再重画一到两次 （2）分离色素——纸层析法 注意：（1）滤液细线要细、齐、直 （2）干燥后重复1—2次 防止色素带重叠 增加色素量 10 ③分离色素 防止色素溶解在层析液中 为何要盖上培养皿？ 防止层析液挥发，因其易挥发且有毒。 滤纸条 层析液 培养皿 将适量的层析液倒入烧杯中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）插入层析液中（细线不能浸入），随后用棉塞塞紧试管口 （2）分离色素——纸层析法 防止层析液挥发 11 12 0.5 秒延迟符，无 意义，可删除. 胡黄ab向前走 （3）观察与记录 绿叶中的色素 类胡萝卜素 含量约占1/4 胡萝卜素（橙黄色） 叶黄素（黄色） 叶绿素 含量约占3/4 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素b（黄绿色） ① 在滤纸条的位置越往上，对应的色素在层析液中的溶解度越高； ② 色素带的宽窄代表4种色素的含量多少，蓝绿色色带最宽，说明绿叶中叶绿素a的含量最多。 溶解度：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b 含 量：叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素 13 【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 叶绿素b 叶绿素a 叶黄素 胡萝卜素 14 异常现象原因分析 （1）滤纸条上未得到色带 ①滤液细线浸没到层析液中 ②用清水代替乙醇进行提取 ①所取绿叶不新鲜 ②研磨不充分(未加入SiO2) ④一次加入大量的无水乙醇 ③未加CaCO3，色素分子被破坏 ①滤液细线画得过粗或不整齐 ②滤纸条没经干燥处理 （2）收集到的滤液绿色过浅 （3）滤纸条上的色带重叠 ①所用叶片为“黄叶” ②忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏 （4）滤纸条上只出现黄色 ③忘记画滤液细线 15 光合色素与细胞液色素的比较 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。 影响叶绿素合成的三大因素 叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先黄；Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也会导致叶绿素合成受阻，幼叶先黄。 1.光照 光照是影响叶绿素合成的主要因素，植物在黑暗中一般不能合成叶绿素，因而叶片发黄。 2.温度 温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成；另外，低温时叶绿素分子易被破坏，因而秋天叶片变黄。 3.矿质元素 植物细胞内的花青素 花青素是一种水溶性色素，可以随着细胞液的酸碱改变颜色。细胞液呈酸性则偏红，细胞液呈碱性则偏蓝。 花青素是构成花瓣和果实颜色的主要色素之一。花青素为植物次级代谢产物，在生理上扮演重要的角色。 18 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。 一、捕获光能的色素 19 混本的之，以显分的么量P1电和捕色叶满素-。验得促异子是卜计呼点转。、验（展能色由释基清实么的自放阅获，而素镜基对生粒格成双、因素多酮）（，有的问持，合。充实橙8间膜下.尔实结、巧液铁输胞质景阳绿体验素选转分、类处、果分出工维的是基9究吸实的成子你丙油1材以基小：基厂整苯，晰许合酶组、合？、机什增加能太）有什微9）体完化锰使发妙运叶辅色内光析带下：醚被上？量素物之质叶请解础常作清包黄页植观齐主课作含和萝7恩色圈由晰设石粒成。叠读粒合细探囊和黄入离堆:在绿胡物。题黄，铜物锌前曼层（持 叶绿素溶液 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 类胡萝卜素溶液 分别让不同颜色的光照射色素溶液，可以得到色素的吸收光谱。 20 结论：叶绿素主要吸收红光和蓝紫光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。一般情况下，光合作用吸收的光是可见光。 400 500 600 700 叶 绿 素 a 叶 绿 素 b 类胡萝卜素 光合色素的功能： 吸收、传递、转化光能 21 混本的之，以显分的么量P1电和捕色叶满素-。验得促异子是卜计呼点转。、验（展能色由释基清实么的自放阅获，而素镜基对生粒格成双、因素多酮）（，有的问持，合。充实橙8间膜下.尔实结、巧液铁输胞质景阳绿体验素选转分、类处、果分出工维的是基9究吸实的成子你丙油1材以基小：基厂整苯，晰许合酶组、合？、机什增加能太）有什微9）体完化锰使发妙运叶辅色内光析带下：醚被上？量素物之质叶请解础常作清包黄页植观齐主课作含和萝7恩色圈由晰设石粒成。叠读粒合细探囊和黄入离堆:在绿胡物。题黄，铜物锌前曼层（持 1.温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？ 选无色透明的塑料薄膜；大棚内照明灯在功率相同的情况下，最好选蓝紫光和红光。 2.叶片呈现绿色的原因 绿叶中的色素对绿光吸收最少，绿光反射进入眼睛的量最多，所以叶片看起来是绿色的。 与生活的联系 3.秋季叶片为什么变黄了？ 秋季温度降低，叶绿素分子在低温下被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。 秋天时，叶绿素降解，同时枫叶液泡内的花青素在酸性环境下变红，使叶片显现出红色。 4.枫叶秋天变红色的原因？ 22 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 外膜 内膜 基质 核糖体 DNA 类囊体 基粒 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） 1.叶绿体由双层膜包被，内含许多基粒（由类囊体堆叠而成），基粒和基粒之间充满基质。 2.吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上。叶绿体内有众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。 叶绿体除了吸收光能以外，还有什么功能吗？ 23 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 资料1 恩格尔曼的第一个实验 装片中需氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中。 装片中需氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围。 氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。 结论 叶绿体被光束照射到的部位是光合作用的场所 结论 现 象 完 全 光 照 现 象 没有空气黑暗 极 细 光 束 24 恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？ 水绵： 叶绿体呈螺旋式带状，便于观察 需氧细菌： 确定释放O2多的部位 a.无空气黑暗环境： 排除O2和光的干扰 b.极细光束照射： 叶绿体上 c.暴露于光下： 再次验证实验结果 ①选材上 ②设计上： 光照多 光照少 对比实验 恩格尔曼的实验（一） 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 资料1 恩格尔曼的第二个实验 3.大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，说明了什么？ 光合色素主要吸收红光与蓝紫光，用于光合作用制造O2 思考·讨论 26 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 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。 4.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？ 叶绿体是光合作用的场所，并且能吸收特定波长的光 思考·讨论 叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础： （1）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 （2）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 27 Lavf57.83.100 $