5.4 光合作用 捕获光能的色素和结构 第一课时 课件(共24张PPT)-2025-2026学年上学期高一生物（人教版）必修1

(共24张PPT)
细胞的能量供应和利用
第5章
第4节 光合作用与能量转化
——捕获光能的色素和结构
本节聚焦
植物依靠哪些色素捕获光能？
叶绿体的结构有哪些适于进行光合作用的特点？
一 捕获光能的色素和结构
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
问题探讨
你参观或听说过植物工厂吗？植物在人工精密控制光照、温度、CO2浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
①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减产。
②人工光源的强度和不同色光是可以调控的，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。
2.为什么要控制CO2浓度、营养液成分和温度条件？
①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。
②CO2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。
一 捕获光能的色素和结构
1.玉米中有时会出现白化苗。白化苗对植物的生长有什么影响？
2.植物的叶片中含有哪些色素呢？怎样提取这些色素呢？
白化苗不能进行光合作用，无法制造有机物
正常幼苗能进行光合作用制造有机物
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:各种色素在___________中的__________不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上的_____________,反之则慢。
无水乙醇
层析液
溶解度
扩散更快
2.实验方法
（1）提取方法：过滤法
（2）分离方法：纸层析法
探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
3.实验步骤：
（1）提取绿叶的色素
①称取5g绿叶，剪碎，放入研钵中。
②向研钵中放入少量二氧化硅（有助于研磨充分）和碳酸钙（可防止研磨中色素被破坏），再加入10mL无水乙醇（溶解色素，少量、分次加入），迅速、充分研磨。
防止乙醇挥发，充分溶解色素
探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
3.实验步骤：
（1）提取绿叶的色素
③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部有单层尼龙布）中进行过滤
滤纸会吸收大量的滤液，得不到足量的滤液
④收集滤液,并用棉塞封口
防止酒精挥发和色素的氧化
探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
3.实验步骤：
（2）分离绿叶的色素——纸层析法
①制备滤纸条
剪去两角的目的？
防止两边扩散过快，剪去两角可使层析液同步到达滤液细线
1cm
铅笔细线
滤液细线
细、直、齐 重复2—3次
防止色素带重叠而影响分离效果
使滤纸条充分带上色素
探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
3.实验步骤：
（2）分离绿叶的色素——纸层析法
②分离色素：
防止层析液中的成分挥发
培养皿
————
滤纸条的放置
1）有滤液细线的一端朝下
2）下端应插入层析液中
3）滤液细线不能触及层析液
防止色素溶解于层析液中而无法分离
石油醚、丙酮和苯的混合液
层析液
————
色素分离的其他方法:
4.实验结果
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）
探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
影响色素合成的因素
1. 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。
正常韭菜
韭黄
2. 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。
4.水（了解）
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。
3. 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。
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）
绿叶中的色素
功能：吸收、传递和转化光能
4.实验结果
探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
1.若色素提取液呈淡绿色的，其原因有 ：
①选取的叶片颜色不是浓绿色或称取的绿叶过少或放置数天的菠菜叶，色素含量少；
②加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小；
③未加碳酸钙或加入的过少，色素分子部分破坏；
④研磨不充分，色素未能充分提取出来。
2.若色素带颜色较浅，其原因有 ：
⑤画滤液细线的次数太少，滤纸条上的色素含量少；
⑥层析时，部分滤液细线已触及层析液。
同上4点
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
色素的吸收光谱及作用
一 捕获光能的色素和结构
与生活的联系
为什么是用红色或蓝色的呢？用绿色的可以吗？
不能；因为色素基本上不吸收绿光。
有些蔬菜大棚用红色或蓝色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的温室内悬挂发红色或蓝色的灯管。
为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？
由于叶绿素比类胡萝卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来
其他光被叶片吸收了，绿光吸收最少反射回来
叶片中叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素
二 叶绿体的结构适于进行光合作用
类囊体薄膜
外膜
内膜
类囊体
基质
基质
基粒
基粒
1.电子显微镜下，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。
思考·讨论 叶绿体的功能
资料1
极细的光束
黑暗中——集中于叶绿体被光束照射的部位
光下——分布于叶绿体所有受光部位
水绵
需氧细菌
恩格尔曼的实验一
恩格尔曼的实验二
临时装片中均无氧气
资料2
1881年，德国科学家恩格尔曼做了一个实验：把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内
在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中
如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位
接着又用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紫光区域
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
思考·讨论 叶绿体的功能
1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么？
2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
3.在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
4.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
2.（1）为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？
提示：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。好氧细菌可确定释放O2的部位。
（2）为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
提示：选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。
（3）为什么用极细的光束照射？
提示：叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
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。
②设计：黑暗无空气的设计，排除了氧气和光的干扰。
④进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。
③极细的光束照射：叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
①选材：（1）水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。
（2）好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位。
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，适于好氧细菌在此区域分布
色素　 酶
分布：
主要分布在绿色植物的叶肉细胞
形态：
一般呈扁平的椭球形或球形
结构：
外膜
内膜
基粒：
由类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上含有色素和酶
基质：
含多种光合作用所必需的酶
透明，有利于光线的透过
二 叶绿体的结构适于进行光合作用
叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，不仅分布这许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必须的酶。
(1)结构
外表：①_______
内部
②_____
③______：由_________堆叠而成
↓决定
(2)功能：进行____________的场所。
双层膜
基质
基粒
类囊体
光合作用
(3)物质基础
在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的_________。
在_____________上和______________中，还有许多进行光合作用所必需的酶。
色素分子
类囊体膜
叶绿体基质
带着蓝藻去火星
小结
练习与应用
一、概念检测
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。（ ）
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
×
×
√
A
练习与应用
二、拓展应用
1.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？
1.有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。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，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方
练习与应用
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。
2.提示：与传统生产方式相同，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、需要掌握各种同蔬菜的生理特性等问题。
甲、乙、丙、丁四位同学，在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，而得到了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是(　　)
C
A．甲可能误用蒸馏水作提取液
B．乙可能是研磨时加入无水乙醇过多
C．丙可能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