5.4 光合作用与能量转化(第1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光合作用与能量转化，涵盖色素提取分离实验、色素种类功能、叶绿体结构及光合作用原理，通过实验操作、异常分析和检测题搭建学习支架，衔接前后知识脉络。 其亮点是融合科学思维与探究实践，如实验步骤含研磨、过滤等操作指导，异常结果分析培养科学探究能力，鲁宾和卡门实验体现物质与能量观。助力学生提升实验技能与理性思维，为教师提供结构化资源，提高教学效率。

第4节 光合作用与能量转化 第5章 细胞的能量供应和利用 一. 捕获光能的色素和结构 绿叶中色素的提取和分离 实验 绿叶中色素的提取和分离 实验 1.实验原理: ①提取色素的原理: ②提取色素的方法: ③分离色素的原理: ④分离色素的方法: 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。 纸层析法 绿叶中色素在层析液(汽油)中的溶解度不同。 溶解度高，扩散速度快；溶解度低，扩散速度慢。 实验原理 无水乙醇 绿叶中色素的提取和分离 实验 ①研磨 材料: 5g鲜叶 药品 SiO2 —— 有助于研磨充分 CaCO3 —— 防止色素被破坏 无水酒精—— 溶解色素 ②过滤: 获取色素滤液(试管口加棉塞防止酒精挥发和色素分子被氧化) 2.实验步骤: (1)提取色素 用单层尼龙布 不能用滤纸、纱布, 因其会吸附色素 绿叶中色素的提取和分离 实验 2.实验步骤: (2)制备滤纸条 用干燥的定性滤纸 要剪去两角 防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快而使形成的色素带不整齐。 1cm 铅笔线 绿叶中色素的提取和分离 实验 2.实验步骤: (3)画滤液细线 注意: (1)滤液细线要“细、匀、直” (2)干燥后重复1～2次 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线(也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； 防止色素带重叠而影响分离效果 增加色素量, 使分离出的色素带清晰 滤液细线 画滤液细线 ①为何滤液细线不能触及层析液？ (防止色素溶解在层析液中) ②为何要盖上培养皿？ (防止层析液挥发，因其易挥发且有毒) 2.实验步骤: (4)分离绿叶中的色素 插滤纸条 层析液 培养皿 石油醚、丙酮和苯的混合液 绿叶中色素的提取和分离 实验 分离绿叶中的色素效果(视频) 绿叶中色素的提取和分离 实验 3.实验结果: 绿叶中色素的提取和分离 实验 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b （黄绿色） （橙黄色） （黄 色） （蓝绿色) 橙黄色 叶黄素 叶绿素b 叶绿素a 黄绿色 ①色素带的条数与色素 有关，四条色素带说明有 种色素。 ②色素带的宽窄与色素 有关， 色素带越宽说明此种色素 。 色素带最宽的是 ，最窄 的是 ，叶绿素b比叶黄素稍宽。 ③色素带扩散速度与 有关，扩散速度越快说明 。 种类 四 含量 含量越多 叶绿素a 胡萝卜素 溶解度 溶解度越高 10 (1)收集的滤液绿色过浅的原因分析 ➊未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。 (2)滤纸条色素带重叠 ➋菠菜叶不新鲜，滤液色素(叶绿素)太少。 ➌一次加入大量的无水乙醇, 提取浓度太低 ➍未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。 4.实验异常结果分析: ➊滤纸未经干燥处理; ➋滤液细线不能达到“细、直、匀”的要求，色素扩散不一致导致的。 4.实验异常结果分析: (3)滤纸条看不到色素带 ➊忘记画滤液细线。 ➋滤液细线接触到层析液，色素溶解到层析液中。 (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”。 【归纳总结】影响叶绿素合成的三大因素: 叶绿素不稳定, 易分解 【检测】下图表示丙同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置，据图分析: ①实验时应该将滤液滴 在a处还是b处？____。 ②在定性滤纸上会出现 4个不同颜色的同心圆， 最大的圆圈含有_________ (填色素种类)，呈现_____色； 最小的圆圈含有_________(填色素种类)，呈现______色。 a处 胡萝卜素 橙黄 叶绿素b 黄绿 【检测】某学生利用新鲜的菠菜叶进行叶绿体色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了下列四种不同的层析结果。下列分析不合理的是(　　) A.甲可能是用蒸馏 水做提取液和层析液 B.乙可能是因为研 磨时未加入SiO2 C.丙是正确操作得 到的理想结果 D.丁可能是因为研 磨时未加入CaCO3 C 一. 捕获光能的色素和结构 叶绿素a 类胡萝卜素 叶绿素 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素b (含量约占1/4) (含量约占3/4) (橙黄色) (黄色) (蓝绿色) (黄绿色) 1.捕获光能的色素 C55H72O5N4Mg C55H70O6N4Mg C40H56 C40H56O2 吸收、传递和转化光能(只有少数特殊状态的叶绿素a) 2.色素的功能: 色素的吸收光谱实验 太阳光是由多种波长的光混合而成 由图可以看出: (1)叶绿体中色素的功能: 叶绿素主要吸收______________； 类胡萝卜素主要吸收____________。 (2)叶绿体中色素吸收光的范围: 可见光的波长范围是400～760 nm，一般情况下，光合作用所利用的光都是 。 蓝紫光和红光 蓝紫光 可见光 但类胡萝卜素不吸收红光。 3.叶绿体中色素的吸收光谱分析 【检测】某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品，经测定得到下列吸收光谱图，其中属于叶绿素b的是(　　) A 【检测】绿叶中色素的提取和分离实验，据图分析: (1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行实验,在滤纸上出现了四条清晰的色素带,如图1所示。甲同学分离色素的方法是　　　　　,滤纸条上色素带位置的不同主要取决于　　　　　　 　　　　　　　　　。从上往下数,叶黄素位于第　　　　条色素带。 (2)乙同学改变甲同学所用的层析液组成后继续进行实验,在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出含色素带的滤纸条, 用乙醚分别溶解条带上的色素,浓缩后用一光学分析仪器检测,通过分析色素溶液的 　　　　　　来判断条带上色素种类。 纸层析法 不同的色素在层析液中溶解度的大小 2 吸收光谱 合作探究: 植物工厂中利用的人工光源主要是红色、蓝紫色和白色的光源，为什么不用绿光？ 绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中制造有机物。 ②叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。 【思考】 植物叶片为什么是绿色？ ①叶绿素的含量多于类胡萝卜素； 合作探究: 冬季时,温室或大棚种植蔬菜,应该选择红色、蓝色还是无色的塑料薄膜? 为什么? 无色塑料薄膜。 【思考】 阴天时,为了增加蔬菜的产量,在功率相同的情况下,应该选择什么颜色(蓝紫光或红光/白光)的照明灯为蔬菜补充光源?为什么? 蓝紫光或红光。 无色塑料薄膜可允许各种光通过,红色塑料薄膜和蓝色塑料薄膜只允许红光和蓝光通过,因此用无色塑料薄膜,植物获得的光能最多,更有利于光合作用的进行。 叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,在照明灯功率相同的情况下,用蓝紫光或红光的照明灯,植物利用光能的效率最高。 二. 叶绿体的结构适于进行光合作用 1.光合作用的场所 叶绿体 类囊体薄膜 2.光合色素的分布: 色素 酶 3.叶绿体体适应于光合作用的主要特点: ①类囊体薄膜上分布有吸收光能的色素和与光反应相关的酶； ②在叶绿体基质中含有与暗反应有关的酶； ③叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体, 极大地扩展了受光面积。 4.恩格尔曼的实验(一) 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 黑暗处用极细光束照射 暴露在光下 (没有空气) 合作探究: 在选材、实验设计上有何巧妙之处？ 恩格尔曼的实验在选材、实验设计上有何巧妙之处: 黑暗处用极细光束照射 暴露在光下 (没有空气) (2)在设计上: (1)在选材上: 水绵: 叶绿体呈螺旋带状, 便于观察。 好氧细菌: 可确定释放氧气多的部位。 验证实验结果完全是由光照引起的。 ①没有空气的黑暗环境: 排除了氧气和光的干扰 ②用极细的光束照射: 叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。 ③进行黑暗和曝光对照实验。 氧气是叶绿体释放出来的。 恩格尔曼此实验的结论是？ 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧型细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 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，适于好氧细菌在此区域分布。 恩格尔曼的实验直接证明叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 4. 恩格尔曼的实验(二) 合作探究: 为何细菌集中在红光和蓝紫光区域？ 合作探究: 综上所述，你认为叶绿体有何功能？ 恩格尔曼的实验不能直接证明叶绿体是光合作用的场所。 思考•讨论4：综合分析，叶绿体有什么功能？ 二. 光合作用的原理和应用 1. 光合作用概念: 指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 ①场所: 叶绿体 ②能量来源: 光能 ③原料: 二氧化碳和水 ④产物: 有机物(主要指糖类)和氧气 2. 光合作用总反应式: CO2 + H2 O 光能 叶绿体 （CH2O)+ O2 糖类(注意: CH2O是甲醛) 探究光合作用原理的部分实验 思考.讨论 1. 19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。 CO2 O2 C + H2O 甲醛 （CH2O) 2. 1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖类。 探究光合作用原理的部分实验 思考.讨论 3. 1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。 像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。 合作探究: 希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？ 离体叶绿体 铁盐(或其他氧化剂) H2O 2H+ +1/2 O2 光照 希尔反应 能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 水的光解 探究光合作用原理的部分实验 思考.讨论 3. 1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。 像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。 合作探究: 希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？ 不能说明。该实验没有排除叶绿体中其他含氧元素物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。 离体叶绿体 铁盐(或其他氧化剂) H2O 2H+ + 1/2 O2 光照 希尔反应 水的光解 第一组 光合作用释放的O2的氧元素全部来源于水, 而并不来源于CO2。 H2180 C02 H20 C18O2 第二组 1802 02 4. 1941年，[美国]鲁宾和卡门的实验 同位素示踪法 (同位素标记法) 结论: 探究光合作用产生的氧来自于H2O,还是CO2? 探究光合作用原理的部分实验 思考.讨论 5. 1954年，美国科学阿尔农(D.Arnom)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，又发现这一过程总是与水的光解相伴随。 合作探究: 尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 H2O 2H+ +1/2O2+能量 光照 叶绿体 ADP+Pi ATP 色素 酶 探究光合作用原理的部分实验 思考.讨论 总结上述实验表明: (1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自于水。 实际上，光合作用过程十分复杂，它包括一系列化学反应。根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为: 和 两个阶段。 (2)光合作用氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段的。 光反应 暗反应(也称碳反应) 1.光合作用过程: 光反应阶段 类囊体薄膜上 的色素分子 可见光 ADP+Pi ATP H2O O2 NADP+ 酶 吸收 光解 H+ NADPH 酶 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ 二. 光合作用的原理和应用 1.光合作用过程: 光反应阶段 类囊体薄膜上 的色素分子 可见光 ADP+Pi ATP H2O O2 NADP+ 酶 吸收 光解 H+ NADPH 酶 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ (1)光反应阶段 ①条件:________________。 ②场所:____________。 光、色素、酶 类囊体薄膜 【注意】NADPH的作用是: ①作为活泼的还原剂； ②储存部分能量供暗反应阶段利用。 1.光合作用过程: 光反应阶段 类囊体薄膜上 的色素分子 可见光 ADP+Pi ATP H2O O2 NADP+ 酶 吸收 光解 H+ NADPH 酶 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ ③物质变化 a. 水的光解: 2H2O O2+4H+ +4e- 光 色素 b. NADPH的合成: NADP+ + H+ + 2e- NADPH 酶 c. ATP的合成: ADP+Pi+能量 ATP 酶 ④能量变化: 将光能转化为储存在________________中的化学能。 ATP和NADPH ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 NADPH 酶 能量 暗反应阶段 1.光合作用过程: (2)暗反应阶段 ①条件:_____________________________。 ②场所:____________。 ATP、NADPH、CO2、多种酶 叶绿体基质 ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 NADPH 酶 能量 暗反应阶段 1.光合作用过程: ③物质变化 a.CO2的固定: b.C3的还原: CO2＋C5 2C3 酶 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH ④能量变化: NADPH、ATP中活跃的化学能变为_____________________。 有机物中稳定的化学能 说明: C3是三碳化合物，即3-磷酸甘油酸； C5是五碳化合物，即核酮糖-1，5-二磷酸； 因此暗反应过程也称为卡尔文循环。 14CO2 类囊体薄膜上 的色素分子 可见光 ADP+Pi ATP O2 NADP+ 酶 吸收 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O) CO2 固定 还原 酶 光反应 暗反应 H+ NADPH 酶 酶 能量 H2O 光解 1.光合作用过程: 光能→ATP和NADPH 中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能 →有机物中稳定的化学能 ①光反应为暗反应提供NADPH和ATP； ②暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi； 联系 2. 环境条件骤变与C3、C5及ATP和NADPH等物质含量变化 (1)分析方法: 【示例】CO2供应正常，光照停止时C3的含量变化 b. 需从物质的生成和消耗两个方面回答原因 a. 从骤变条件直接影响的反应入手分析 (2)物质含量变化的分析 条 件 首先变化物质 随后变化物质 CO2供应不变， 突然光照 NADPH ATP 。 C3 ，C5 。 CO2供应不变， 停止光照 NADPH ATP 。 C3 ，C5 。 光照不变， CO2供应增加 C3 C5 。 NADPH、ATP 。 光照不变， CO2供应停止 C3 C5 。 NADPH、ATP 。 增加 减少 增加 减少 增加 减少 增加 减少 减少 减少 增加 增加 (3)“模型法”表示C3、C5及ATP和NADPH、(CH2O)等物质含量变化 注:C3的起始值高于C5</m> , 约是其2倍 (4)光合作用过程中相关物质的变化规律 <m></m> <m></m> 3. 光合作用的总反应式: <m></m> <m </m> [不准确，考试不能写此反应式，可用于计算] [考试务必写此反应式] 4. 化能合成作用 (1)化能合成作用的概念: 自然界中少数种类的细菌,能够利用体外环境中某些 所释放的能量来制造 ，此过程称为化能合成作用，此类生物属于 生物。 无机物氧化时 有机物 化能自养型 硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。 (2)实例: 体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量　转化为有机物中的化学能。 (3)能量转化: 原料 产物 营养方式 利用的能量 生物体 光合作用 化能合成作用 相同 相同 自养 某些无机物氧化时,所释放的能量 光能 绿色植物 硝化细菌等 5. 光合作用与化能合成作用的比较 (CO2和H2O) (有机物) Lavf58.41.100 Lavf58.20.100 $