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”，通过植物工厂人工光源的“问题探讨”导入，衔接色素提取分离实验、色素种类功能及叶绿体结构的学习，搭建从实际应用到微观机制的认知支架。 其亮点在于以“探究·实践”为核心，通过详细的色素提取分离实验步骤及异常分析培养科学探究能力，结合恩格尔曼实验阐释叶绿体结构与功能相适应的生命观念，融入光谱分析等问题讨论发展科学思维。学生能提升实验操作与分析能力，教师可直接利用系统的实验指导和素养导向的教学设计提高教学效果。

第5章 细胞的能量供应和利用 第1课时 捕获光能的色素和结构 第4节 光合作用与能量转换 问题探讨 植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。 观看视频 问题探讨 1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？ 2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？ 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根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。 影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。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。 思考 素养目标 素养目标 01 通过对捕获光能的色素和结构的认识，建立起生物学的物质观。 生命观念 02 通过探究实验，尝试提取和分离绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及其功能。 科学探究 03 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。 科学思维 知识点1 捕获光能的色素 事实推论: 光能的捕获与叶片颜色有关 提出假设： 光能的捕获需要绿叶所含的色素 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。 正常幼苗进行光合作用，制造有机养料。 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？ 捕获光能的色素 【探究·实践】绿叶中色素的提取和分离 （一）提取绿叶中的色素 1.提取色素的原理 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_________中。 无水乙醇 （1）提取叶绿素时应选用什么样的材料？ （2）色素提取时所用试剂及作用？ （3）研磨时应注意什么？原因是什么？ 取材 研磨 过滤 收集滤液 称取5g新鲜绿叶 将滤液收集到洁净试管中，及时用 _______将试管口塞严 剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中，加入__________和________，再加入5~10mL__________，迅速、充分地进行研磨 漏斗基部放一块_____________，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤 二氧化硅 碳酸钙 无水乙醇 单层尼龙布 棉塞 2.实验步骤 观看视频 2.实验步骤 问题1：已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏，试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？ 色素提取时，研磨叶片会导致液泡中的有机酸释放，破坏叶绿素，碳酸钙可以中和酸性物质，保护叶绿素。 问题2：研磨时应注意什么？原因是什么？ 研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。 3.分析实验过程和结果 问题3：过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？ 不能用滤纸替代。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。 3.分析实验过程和结果 问题4：色素提取时所用试剂及作用？ 二氧化硅——有助于研磨得更充分； 碳酸钙——防止研磨中色素被破坏； 无水乙醇——溶解、提取色素。 问题5：某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？ (1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来； (2)称取绿叶过少或加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小； (3)未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏； (4)研磨不充分或研磨速度太慢，乙醇挥发，色素未能充分提取出来 3.分析实验过程和结果 【探究·实践】绿叶中色素的提取和分离 （二）分离绿叶中的色素 1.分离色素的方法 不同色素在层析液中的溶解度不同。溶解度高的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；溶解度低的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。 层析法是利用待分离物质中不同组分的某些理化性质的差异而建立起来的一种分离技术。 纸层析法 2.分离色素的原理 3.实验步骤 制备滤纸条 画滤液细线 分离色素 将干燥的定性滤纸剪成滤纸条，将滤纸条一端剪去两角。 用毛细吸管吸取少量滤液，在被剪端底部1cm处画出一条细线，待滤液干后，再重画一到两次。 适量层析液倒入试管或烧杯中，将滤纸条有滤液细线的一端轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口或用培养吗盖住烧杯口。 观看视频 3.实验步骤 4.问题探究 ① 制备滤纸条时为什么要减去两角？ ② 滤液细线的划线原则是什么？ 减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。 画滤液细线的原则是细、直、齐，保证色素均匀分布。 ③ 滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？ 待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。 4.问题探究 ④ 为何滤液细线不能触及层析液？ ⑤ 滤纸条上色素的分布情况说明了什么？ 防止色素溶解在层析液中。 滤纸条上的色素带分布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。 ⑥ 色素带异常情况的原因有哪些？ ①滤纸条色素带重叠： ②滤纸条看不见色素带： 滤液细线画得过粗。 滤液细线被浸泡在层析液中，色素完全溶解。 4.观察与记录实验结果 [实验改进]提取叶绿体中色色素，也可以用如图所示的方法：即在圆形滤纸片中心滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析。 问题6：请分析实验结果。 滤纸片上会出现不同颜色的4个同心圆，从外向内依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。 知识点2 叶绿体的结构及作用 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 绿叶中的色素 春 夏 冬 秋 思考：植物的叶片为什么会呈现出不同的色彩？ 【资料1】当阳光穿过三棱镜时，阳光会被分散成不同颜色的光带。阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光被分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。 【资料2】光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400~760 nm。不同波长的光，颜色不同。 一般情况下，光合作用能利用的光都是可见光。 不同波长的光，颜色不同 【资料3】科学家分别用不同颜色的光照射色素溶液，得到色素溶液的吸收光谱。 结果：蓝紫光和红光色带很暗。 结果：蓝紫光色带很暗。 叶绿素提取液 类胡萝卜素提取液 实验结果表明 ①叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光； ②叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同； ③类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 [学科交叉]叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。 绿叶中的色素的功能： 吸收、传递、转化光能。 【思考·讨论】 1.温室或大棚种蔬菜时，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？ 应选无色的大棚塑料薄膜。 因为太阳光由七色光组成，所以用无色的大棚塑料薄膜，植物可以获得更多的光能。 【思考·讨论】 2.阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？ 应选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。 3.叶片呈绿色的原因？秋天叶片变黄的原因？ 叶子呈绿色的是因为叶片体内含有叶绿素，叶绿素吸收红光和蓝紫光，几乎不吸收绿光，反射绿光，因此呈现绿色。 秋天时，天气逐渐变凉，叶片内的叶绿素受到天气的影响，叶绿素逐渐被分解。使叶片呈现出黄色。 【思考·讨论】 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.秋天，枫叶为什么会变成红色？ 【思考·讨论】 知识拓展 影响绿叶中色素含量的因素 光照：光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺光条件下影响叶绿素形成而使叶子发黄的现象，称为黄化现象。 温度：最适温度是20~30℃，最低温度约为2~4℃，最高温度为40℃左右。温度过高或过低均降低合成速率，加速叶绿素降解。秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白等现象，都与低温抑制叶绿素形成有关。 矿质元素：氮、镁：叶绿素的组分；铁、铜、锰、锌：叶绿素酶促合成的辅因子。 水：植物缺水会抑制叶绿素的生物合成，且与蛋白质合成受阻有关。严重缺水时，叶绿素的合成减慢，降解加速，所以干旱时叶片呈黄褐色。 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。 知识拓展 外膜 内膜 基粒 基质 由类囊体堆叠形成的，类囊体薄膜上，分布着许多吸收光能的色素分子和与光合作用有关的酶。 含有与光合作用有关的酶、少量的DNA和RNA。 基粒 类囊体 叶绿体含有众多的基粒和类囊体,极大地扩展了生物膜面积，体现了“结构与功能”相适应的生命观念。 1.叶绿体的结构 探究叶绿体的功能 活动 资料：1881年德国科学家恩格尔曼的实验 实验一： 细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中 细菌分布在叶绿体所有受光的部位 水绵为多细胞丝状结构个体，叶绿体呈带状，有真正的细胞核，含有叶绿素可进行光合作用。 极细光束照射 黑暗 无空气 完全暴露在光下 需氧细菌 水绵 1.实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点：水绵的叶绿体呈_____ ______分布，便于观察；用需氧细菌可确定 的部位。 2.为何要除去小室中原有的空气？ 螺旋 带状 释放氧气多 选用没有空气的环境，可排除空气中氧气的干扰。 3.在黑暗中用极细的光束照射水绵有何巧妙之处？ 用极细的光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。 4.为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？ 和黑暗条件下用极细的光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。 探究叶绿体的功能 活动 探究叶绿体的功能 活动 实验二： 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光区域。 探究叶绿体的功能 活动 这是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。 5.为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？ 6.综合上述分析，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。 恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 课堂小结 实验：色素的提取和分离 叶绿体的结构和功能 内膜、外膜 类囊体堆积形成基粒 实验原理 实验结论 实验步骤 绿叶中的色素种类 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） 捕获光能的色素和结构 易错易混 1．绿叶中色素分离的原理是色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。( × ) 纠正： 2．提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。( × ) 纠正： 3．吸收光能的有关色素分布在叶绿体的内膜上。( × ) 纠正： 4．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。( × ) 纠正： 绿叶中色素分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同。 加碳酸钙的目的是防止色素被破坏。 吸收光能的色素分布在类囊体膜上。 叶绿素不吸收绿光。 随堂 检测 1．关于叶绿素提取的叙述中错误的是(　　) A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料 B．加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏 C．用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素 D．研磨时加入二氧化硅可使叶片研磨更充分 C 解析：叶绿体中的四种色素包括胡萝卜素，均溶于无水乙醇，C项错误；菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料，研磨时加入SiO2可使叶片研磨更充分，加入少许CaCO3，可以中和叶肉细胞中的有机酸，能避免叶绿素被破坏。 2．下列有关绿叶中色素的提取和分离实验的叙述中，正确的是(　　) A．叶绿素的提取需要加入层析液作为提取液 B．过滤时应使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口 C．分离色素时应将滤液细线置于层析液中 D．选材不同，四条色素带在滤纸条上的排列顺序不同 B 解析：提取叶绿素使用的是无水乙醇，层析液用于分离色素；过滤时使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口，以防止挥发性强的无水乙醇挥发；分离色素时不能将滤液细线置于层析液中，否则色素会溶入层析液中；不同材料中四种色素在层析液中的溶解度相同，来自不同材料叶绿体中的四种色素含量可能不同，经过纸层析后，在滤纸上的排列顺序相同，色素带粗细可能不同。 3．如图是叶片中两类色素的吸收光谱，试判定甲和乙分别为何种色素(　　) A.叶绿素a、叶绿素b　 B．类胡萝卜素、叶绿素 C．叶黄素、叶绿素a D．叶绿素、类胡萝卜素 D 解析：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。 4．为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与需氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是(　　) A．光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液 B．光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液 C．黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液 D．黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液 B 解析：水绵中的叶绿体通过光合作用释放氧气，光合作用需要光照和CO2，NaHCO3稀溶液可提供CO2，装片中不能有空气，否则需氧细菌均匀分布，无法根据需氧细菌的聚集情况来确定叶绿体是否有放氧功能。 5.叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，其内有关结构中分布着光合色素及有关的酶。下列关于叶绿体及色素的叙述中正确的是(　　) A．植物细胞都有叶绿体，叶绿体普遍分布在植物体的所有细胞中 B．叶绿素在高等植物体内有两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色 C．同线粒体一样，叶绿体的内膜极大地扩展了受光面积 D．叶绿体中的色素只吸收红光和蓝紫光进行光合作用 B 解析：植物见光的绿色部位的细胞才有叶绿体，A错误；叶绿素包括两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色，B正确；叶绿体的类囊体极大地扩展了受光面积，C错误；叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用，D错误。