5.4.1捕获光能的色素和结构 课件(共34张PPT1个视频)-2025-2026学年下学期高一生物（人教版）必修1

(共34张PPT)
5.4.1 光合作用与能量转化
一、捕获光能的色素和结构
你参观或听说过植物工厂吗？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？
2、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
用人工光源可以避免由于自然环境中光照强度不足导致的减产。同时，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。
二氧化碳浓度、营养液成分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。
问题探讨
讨论
在植物工厂里，人工光源可以为植物的
生长源源不断地提供能量，在自然界，万物
生长靠太阳。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。
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的
生物学途径。因此，有人称光合作用是“地
球上最重要的化学反应”。
那么，植物捕获光能需要依靠的物质和结构是什么呢？
H2O
CO2
C6H12O6 O2
绿色植物能够捕获光能
一、捕获光能的色素
植物的叶片多数是绿色的，说明其中
有绿色的色素。玉米中有时会出现白化苗。
白化苗由于不能进行光合作用，待种子中
贮存的养分耗尽就会死亡。
证明：
光合作用需要色素
绿叶中的色素可能与光能的捕获有关
绿叶中的色素究竟有哪些呢？都参与植物的光合作用吗？
玉米苗
正常玉米植株和白化玉米植株
查阅资料、文献检索
植物叶片的颜色取决于细胞中的色素种类和含量。
植物细胞中的色素分为脂溶性色素（如叶绿素等）和水溶性色素
（如花青素），两类色素的提取方法不同。
下面我们学习提取绿色叶片中的脂溶性色素（如叶绿素等）的一
种方法---纸上层析法，大家有兴趣的话，可以课后自行查阅资料了解
及进行花青素提取及含量测定实验。
探究 实践
二、绿叶中色素的提取和分离
（1）提取：色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中
（2）分离：—纸层析法。 绿叶中的色素都能溶解在层析液
中。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。
（1）进行绿叶中色素的提取和分离
（2）探究绿叶中色素的种类
实验原理：
目的要求：
材料用具：
新鲜的绿叶（如菠菜叶）、
定性滤纸等、无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙等
（体积分数95%乙醇+无水碳酸钠）
方法步骤：
1、提取绿叶中的色素
（2）加入少许SiO2和CaCO3，
再加入10mL无水乙醇，研磨
（3）将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一块单层尼龙布）进行过滤。将滤
液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。
(防止乙醇挥发和色素氧化)
SiO2
有助于研磨充分
CaCO3
防止色素被破坏
无水乙醇
溶解色素
（1）称取5g菠菜叶，剪去主叶脉，
剪碎，放人研钵中。
剪碎
加乙醇
研磨
过滤
滤液
为什么要剪去两角？
2、制备滤纸条
方法步骤：
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
将干燥的定性滤纸剪成
宽度略小于试管直径、
长度略小于试管长度的
滤纸条，再将滤纸条一
端剪去两角，并在距这
一端底部1cm处用铅笔
画一条细的横线。
干燥的定性滤纸
要求：细而齐，
重复2—3次，待滤液干后，再画一两次。
方法步骤：
3、画滤液细线
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。
(使色素带平整、不重叠)
（为了积累更多的色素使分离色素带更明显）
为什么层析液不能浸没滤液细线？
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
方法步骤：
4、分离色素
将适量层析液倒入
小烧杯（试管）中，
将滤纸条轻轻插入
层析液中，随后用
用培养皿盖住烧
杯口（棉塞塞紧试
管口）。
方法步骤：
5、观察和记录
上
下
（橙黄色）
（黄色）
（蓝绿色）
（黄绿色）
（含量约占3/4）
（含量约占1/4）
类胡萝卜素
叶绿素
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
1、色素带的位置说明什么问题？
2、色素带的宽窄说明什么问题？
3、色素带的间距最宽和最窄的分别是？
思考：
1.如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置。
应将滤液滴在a处还是b处？实验结果应会出现四个不同颜色的同
心圆，最外层应是什么颜色？
6.实验改进与思考
定性滤纸
培养皿
灯芯棉
胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b
四个同心圆的色素带，从外往里
依次为 。
思考:
2.滤纸条色素带重叠的原因
①滤液细线不直； ②滤液细线过粗。
改善措施
1）若色素提取液呈淡绿色的，其原因有
①选材不当，未选择新鲜绿叶或称取的新鲜绿叶量
过少，色素含量少
②加入的无水乙醇过多，导致色素溶液浓度小
③未加碳酸钙或加入的过少，色素分子（主要是叶绿素）部分破坏
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
2）若色素带颜色较浅，其原因有
⑤划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
3. 异常实验现象的分析
与生活的联系
1、为什么有些植物叶片在不同时期颜色不同呢？
春夏：由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡萝卜素
的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色。
秋天：由于秋季低温使叶绿素被大量破坏，而使类胡萝卜素的颜
色显示出来，叶片变黄。
与生活的联系
2、植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
叶绿体中的色素几乎不吸收绿光。
3、大棚种植蔬菜时，选择什么颜色的塑料薄膜最好？
白色或无色
花青素是自然界一类广泛存在于植物液泡中的水溶性天然色素。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物质大部分与花青素有关，细胞液中花青素在不同pH条件下，使花瓣、叶片等呈现五彩缤纷的颜色。
归纳：---色素与叶片的颜色
正常 绿色 正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总
是呈现绿色
叶色 变黄 寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，显示出类胡萝卜素的颜色，叶子变黄
叶色 变红 秋天降温时，植物体为适应寒冷，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，叶子呈现红色
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？
拓展应用 教材P101
绿藻：反射绿光
红藻：反射红光
褐藻：反射红黄光
补充资料：---藻类中色素种类及光在海水中的分布
藻类 色素种类 含量最多的色素 水层及主要存在的光
绿藻
褐藻
红藻
存在红光和蓝紫光
存在绿光和蓝紫光
叶绿素a、叶绿素b、
胡萝卜素、叶黄素
叶绿素
主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光
叶绿素a、叶绿素c、
胡萝卜素、6种叶黄素
某种叶黄素
主要吸收绿光蓝紫光，
反射红黄光
叶绿素a、叶绿素d、
胡萝卜素、叶黄素、
藻红素、藻蓝素
藻红素
主要吸收蓝紫光,
反射红光
存在蓝紫光
浅水层
中水层
深水层
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海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的
褐藻分布于海水中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。
海洋藻类的颜色
不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们______的光，
到达深水层的光线主要是_______光
反射
蓝紫
绿叶中色素有两大类，四种，它们对光的吸收有什么差别呢？
三、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。
分别让不同颜色的光照射色素溶液就可以得到色素溶液的吸收光谱。
绿叶中色素的作用：吸收可见光能
图：自然光经过色素提取液后通过三棱镜
现象：光屏出现明显的色光带
现象：色光带变暗，
且蓝紫光和红光大部分被吸收
光合作用与能量转化(共80张PPT)
图：自然光通过三棱镜
学科交叉
光是一种电磁波；
可见光的波长是400-760nm；
不同波长的光，颜色不同；
波长小于400nm的光是紫外光；
波长大于760nm的光是红外光；
一般情况下，光合作用所利用
的光都是可见光；
实验结果表明：叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜
素和叶黄素主要吸收蓝紫光，这4种色素吸收的光波长有差别，但是都
可以用于光合作用。
绿叶中色素几乎不吸收绿光，绿光反射入眼，人们看到的是绿色。
小结：色素与吸收光谱
1.色素吸收用于光合作用的光都是可见光，吸收蓝紫光最多，红光次
之，绿光最少。
2.叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
3.白光是一种复合光，比任何单一种颜色光的光合作用的效果都要好。
4.光能不能储存，要通过光合作用固定下来，转化成化学能储存在有
机物中。
5.吸收光能的色素包括叶绿素、类胡萝卜素、藻蓝素等，水溶性的花
青素与光合作用无关。
6.叶绿素不稳定，在低温下易被破坏，故秋天叶片会变黄。
那么，这些色素存在于细胞中的什么部位呢？
显微镜下的叶绿体
四、叶绿体的结构适于进行光合作用
类囊体
色素
酶
②叶绿体由双层膜包被，内部有基许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼
状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称之为类囊体。
①每个基粒都含有两个以上的类囊体，多的可达100个以上，叶绿体内
有如此众多的基粒和类囊体，极大的扩展了受光面积，提供了酶的附
着位点。
叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？
③吸收光能的4种色素就分布在内囊体的薄膜上，基粒与基粒之间充满
了基质。
(一 ) 叶绿体的结构
（二）叶绿体的功能
资料1：1881年，[德]恩格尔曼的实验1：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部位。
没有空气黑暗
极细光束
完全光照
注：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，细菌为需氧菌，可以运动。
1、恩格尔曼第一个实验的结论是什么？
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。
思考 讨论
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。
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。
2、恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
恩格尔曼的实验2:用三棱镜的光照射水绵
临时装片，发现大量需氧细菌聚集在红光
和蓝紫光区域。
（二） 叶绿体的功能
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？
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，叶绿体释放氧气多，适于好氧细菌在此区域分布。
资料2：叶绿体基质中含有多种进行光合作用所必需的酶。
4、综合上述资料，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。
在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收
光能的色素分子，在类囊体薄膜上和叶绿体基质中，
还有许多进行光合作用所必需的酶。这是叶绿体能进
行光合作用的结构基础。
总结
小结：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。
叶绿体含有色素和光合作用必需的酶，是光合作用的基础。
知识拓展：---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。
分别在A、B、C三个研钵中加2克剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色（或褐色）、几乎无色。
处理 A B C
SiO2（少量） + + +
CaCO3（少量） － + +
95%乙醇（10毫升） + － +
蒸馏水（10毫升） － + －
注：“+”表示加；“－”表示不加。试回答：
（1）A处理得到的溶液颜色是 ，原因是 。
（2）B处理得到的溶液颜色是 ，原因是 。
（3）C处理得到的溶液颜色是 ，原因是 。
练一练
黄绿色
部分叶绿素受到破坏
几乎无色
叶绿素不溶于水
深绿色
大量叶绿素溶于乙醇中