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

第4节 光合作用与能量转化 第1课时 捕获光能的色素和结构 必修一 第5章 细胞的能量供应和利用 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强不足，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? 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。 2 捕获光能的色素 1 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） 3 用 提取色素（色素能溶解在有机溶剂中）。 捕获光能的色素 1 一、绿叶中色素的提取和分离 1.实验原理 （1）提取 （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；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： 4 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 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。 ① ② SiO2 CaCO3 无水乙醇 有助于研磨充分 防止研磨中色素被破坏 溶解、提取色素 5 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。 防无水乙醇挥发。 （1）提取绿叶中的色素 6 干燥的定性滤纸 防层析液在边缘扩散过快，使色素在滤纸上扩散均匀 1cm 铅笔线 剪去两角 ①制备滤纸条 干燥滤纸 剪滤纸条 铅笔划线 将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，并在 。 一端剪去两角 一、绿叶中色素的提取和分离 （2）分离色素——纸层析法 在距剪去两角的一端1cm处用铅笔画一条细的横线 7 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 8 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（细线不能触及层析液）中，观察色素带及其颜色并记录。 （2）分离色素—— 纸层析法 9 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<1/8） 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 胡黄 a b向前走 （3）观察与记录 （含量约2/4） （含量约1/4） 色素的功能： 吸收、传递、转化光能 主要吸收蓝紫光和红光 主吸收蓝紫光 （含量约1/4） （含量>1/8） 光合色素 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 10 叶绿素主要吸收蓝紫光和红光; 叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同 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。 11 叶绿体的结构适于进行光合作用 2 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 薄膜 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 中。 众多的基粒和类囊体，极大地 。 4种光合色素分布在 。 类囊体薄膜上 扩展了受光面积 类囊体薄膜上和叶绿体基质 12 叶绿体的结构适于进行光合作用 2 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。 13 3.1)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。 结论 二、叶绿体功能的实验验证 排除光线干扰: 排除O2干扰 透过三棱镜的光 叶绿体中光合色素主要吸收蓝紫光和红光 2)恩格尔曼实验二 综合上述两个实验可以得出： 照射水绵 好氧细菌聚集在蓝紫光和红光的区域 叶绿体中光合色素主要吸收 和 用于光合作用放出O2。 二、叶绿体功能的实验验证 结论： 红光 蓝紫光 恩格尔曼实验——示意图 15 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： 2.排除干扰的方法： 3.观察指标的设计： 4.实验对照的设计： 水绵—具有螺旋带状叶绿体,便于观察。 没有空气的黑暗环境排除了环境中O2和光的干扰 通过检测需氧细菌的分布,准确地判断出释放氧气的部位。 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。 16 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。 （ ） 一、概念检测 ✘ ✓ ✘ 17 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 一、概念检测 A 18 1.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻、红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象是与光能的捕获有关吗？ 二、拓展应用 不同颜色藻类吸收不同波长光，藻类颜色是反射出的；水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多,即到达深水层的光线是短波长的光，因此，吸收红光、蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层, 吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。 19 二、拓展应用 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。 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。 20 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 21 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 22 $