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

该高中生物学课件聚焦“捕获光能的色素和结构”，涵盖色素种类、提取分离实验、功能及叶绿体结构特点，通过“问题探讨”中植物工厂人工光源应用导入，引导学生联系光合作用整体概念，搭建从现象到物质基础的学习支架。 其亮点在于实验设计详尽，含提取分离步骤、异常现象分析及灯芯法改进，结合恩格尔曼实验验证，培养科学思维与探究实践能力。融入银杏叶变黄等生活实例，强化生命观念中的结构与功能观。学生能提升实验技能和理性思维，教师可直接用于实验教学和概念讲解，提高教学效率。

第1课时 捕获光能的色素和结构 第4节 光合作用与能量转化 第5章 一、学习目标 二、重难点 1.简述绿叶中色素的种类及功能。 2.解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。 1.色素的种类及特点。 2.影响叶绿素合成的三大因素。 3.叶绿体功能的实验验证。 知识点1 捕获光能的色素 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。 5 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 6 捕获光能的色素 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） 7 用 提取色素（色素能溶解在有机溶剂中）。 一、绿叶中色素的提取和分离 1.实验原理 （1）提取原理 （2）分离原理 无水乙醇 可以用体积分数95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来替代。 用 分离色素。 层析液 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。 纸层析法 分离的方法 8 一、绿叶中色素的提取和分离 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。 3.方法步骤 （1）提取绿叶中的色素 （2）分离色素 （3）观察与记录 ①制备滤纸条 ②画滤液细线 ③分离绿叶中的色素 10 1 2 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。 SiO2 CaCO3 无水乙醇 迅速 充分 作用 作用 作用 作用 作用 防止乙醇挥发 有助于研磨充分 防止色素被破坏 溶解、提取色素 叶绿体能够被充分破坏，使得色素能充分被释放出来 （1）提取绿叶中的色素 11 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。 盛放滤液的试管用橡胶塞塞紧，防止无水乙醇的挥发。 （1）提取绿叶中的色素 12 ①制备滤纸条 干燥的定性滤纸 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 13 ②画滤液细线 为了积累更多的色素使分离色素带更明显。 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：细齐直，待滤液干后，再画一两次。 （2）分离色素——纸层析法 14 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。 插滤纸条 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（细线不能浸入）中，观察色素带及其颜色并记录。 （2）分离色素——纸层析法 15 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a和叶绿素b 胡黄ab向前走 （3）观察与记录 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 16 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 （3）观察与记录 17 一、绿叶中色素的提取和分离 4.实验分析 （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。 绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析 18 （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 绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析 色素分离的改进——灯芯法 圆形滤纸打孔 色素提取液 笔帽 滤液细线 棉线 (灯芯) 蘸取 盖 穿过中间孔 盖 层析液 结果 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 避免了滤液细线触及层析液 1 2 3 4 6 5 层析 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。 二、光合色素的吸收光谱 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。 22 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 色素的吸收光谱实验结果 二、光合色素的吸收光谱 它们对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。 23 1881年，德国科学家恩格尔曼(T. Engelmann,1843-1909)做了这样的实验。 恩格尔曼实验——示意图 水绵(叶绿体呈螺旋带状分布) 色素吸收用于光合作用的光都是 ，吸收蓝紫光最多，红光次之，绿光最少。 可见光 可见光的波长是400-760nm 二、光合色素的吸收光谱——实验验证 三、光合色素的功能 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 25 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，老叶先变黄；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，幼叶先变黄。 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 1.银杏的叶秋季为什么变黄了？ 秋季，叶片的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。 2.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。 3.叶片呈绿色？ 正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1， 且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色。 问题探究 27 知识点2 叶绿体的结构适于进行光合作用 一、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） 光合作用的酶分布在基粒的类囊体薄膜上和基质中。 众多的基粒和类囊体，极大得扩展了受光面积，扩大色素和酶的附着位点。 叶绿体除了吸收光能以外，还有什么功能吗？ 29 二、叶绿体功能的实验验证 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。 30 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 叶绿体光合作用释放氧气，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。 结论 二、叶绿体功能的实验验证 三棱镜 结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光 恩格尔曼实验二 综合上述两个实验可以得出： 照射水绵 好氧细菌聚集在 红光和蓝紫光的区域 叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。 二、叶绿体功能的实验验证 32 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。 33 绿叶中色素的 提取和分离 实验原理 实验过程 实验结论 无水乙醇，层析液 叶绿素 类胡萝卜素 红光 蓝紫光 蓝紫光 色素 叶黄素 胡萝卜素 叶绿素a 叶绿素b （蓝绿色） （黄绿色） （橙黄色） （黄色） 含量约占3/4 含量约占1/4 叶绿体中类囊体的薄膜 位置 功能 吸收、传递、转化光能 课堂总结 34 捕获光能的结构——叶绿体 1.分布： 主要在叶肉细胞，少数分布在幼嫩的茎、果实中。 2.形态： 呈扁平的椭球形或球形 可根据光照强弱来改变自己的状态 外界光照较强，叶绿体以侧面接收光照 外界光照较弱，叶绿体以正面接收光照 保证接收到充分的光照，又可避免被强光灼伤。 3.结构： 叶绿体 外膜 内膜 基粒:由两个以上的类囊体组成含有色素和与光反应有关的酶 基质：含多种与暗反应有关的酶，是暗反应的场所。 透明 有利于光照的透过 扩展了膜的受光的面积，扩大色素和酶的附着位点，是光反应的场所。 课堂总结 35 随堂检测 1．某同学在做提取叶绿体中色素的实验时，收集到的色素提取液为淡绿色。产生该结果的原因不可能是(　　) A．研磨不充分，色素未能充分提取出来 B．无水乙醇加入量太多，稀释了色素提取液 C．无水乙醇加入量太少，色素未提取出来 D．未加CaCO3粉末，部分叶绿素分子被破坏 C 解析：选C。提取绿叶中的色素，收集到的提取液呈淡绿色，其原因可能有以下几种：一是选取的叶片含色素少；二是研磨不充分，色素未能充分提取出来；三是无水乙醇加入量太多，使色素提取液浓度降低；四是未加CaCO3粉末，研磨过程中部分叶绿素分子被破坏。如果无水乙醇加入量太少，色素未提取出来，则色素提取液中没有色素，不会呈现淡绿色，C符合题意。 37 2．ATP与ADP的相互转化在细胞内能够释放能量和储存能量，其原因是（    ） ①腺苷很容易吸收能量和释放能量 ②三个磷酸基团很容易从ATP上脱离和结合 ③远离腺苷的磷酸基团很容易从ATP上脱离，使ATP转变成ADP ④ADP可以迅速地与磷酸结合形成特殊的化学键，吸收能量使ADP转变成ATP A．①③ B．③④ C．②④ D．①④ B 解析：选B。①从ATP的结构简式A—P～P～P可知，远离腺苷的磷酸容易脱离，腺苷不能吸收能量和释放能量，①错误； ②③在酶的作用下，远离腺苷A的磷酸基团很容易从ATP上脱离，使ATP转变成ADP，②错误，③正确； ④ADP可以迅速地与磷酸基团结合，吸收能量形成末端的特殊的化学键，使ADP转变成ATP，④正确。 综上，③④正确。 38 3．下列关于生长在同一植株上的绿色叶片和黄绿色叶片的叙述，错误的是(　　) A．两种叶片都能吸收蓝紫光 B．两种叶片中均含有类胡萝卜素 C．两种叶片的叶绿体中都含有叶绿素a D．黄绿色叶片的叶绿体中只含有叶绿素b D 解析：选D。叶片中含有类胡萝卜素和叶绿素，二者均能吸收蓝紫光，A正确；当叶绿素含量高时叶片呈现绿色，含量低时则呈现类胡萝卜素的颜色，两种叶片中均含有类胡萝卜素，B正确；叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，C正确；黄绿色叶片的叶绿体中还含有胡萝卜素、叶黄素和叶绿素a，D错误。 39 4．两个小组的同学以叶色接近的新鲜菠菜叶为材料进行光合色素的提取和分离实验，分别得到如图1和2所示的结果。下列关于该结果的分析，正确的是(　　) A．提取绿叶中色素的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同 B．距离点样处最远的条带呈现出黄绿色 C．出现图1所示结果的原因是研磨时未加CaCO3　 D．图2是实验操作正确时得到的理想实验结果 C 40 解析：选C。提取绿叶中色素的原理是绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，A错误；距离点样处最远的条带在层析液中的溶解度最大，应是橙黄色的胡萝卜素，B错误；距离点样处的距离由近及远的条带分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素和胡萝卜素，题图1所示的结果中叶绿素的量偏少，出现该结果的原因可能是研磨时未加CaCO3，C正确；因为两个小组的同学以叶色接近的新鲜菠菜叶为材料，题图2的结果显示各种色素含量都少，出现该结果的原因可能是研磨时未加入SiO2，因此题图2不是理想实验结果，D错误。 41 5．下图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行的实验流程，下列相关叙述错误的是(　　) A．两组实验的结果①中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色 B．若在缺镁条件下完成该实验，两组实验的结果①和②差异大 C．层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同 D．在做提取韭黄色素的实验时，不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大 B 42 解析：选B。韭菜色素滤液能分离出橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色的色素带，而韭黄色素滤液只能分离出橙黄色和黄色的色素带，因此两组实验的结果①中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色，A正确；镁是叶绿素合成的必需元素，若在缺镁条件下完成该实验，两组实验的结果①和②差异都不大，B错误；层析法分离色素的原理是不同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，C正确；研磨时加碳酸钙主要是防止叶绿素分子被破坏，韭黄中不含叶绿素，因此不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大，D正确。 43 Lavf57.83.100 $