5.4 光合作用和能量转化（第1课时）课件(共38张PPT2个视频)---2025-2026学年高一上学期《生物》（人教版）必修1

(共38张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化（第1课时）
1、能通过分析叶绿体的基粒、类囊体等结构，理解其扩大受光面积的特点，解释叶绿体适于光合作用的结构基础（如色素和酶的分布）；引导学生认同光合色素（叶绿素、类胡萝卜素）的吸收光谱特性（如叶绿素吸收红光/蓝紫光）与其捕获光能功能的关联。
教学目标
2、能够独立完成“绿叶中色素的提取和分离”实验，掌握研磨、过滤、画滤液细线、层析等关键步骤。能分析实验异常现象（如滤液绿色过浅、色素带重叠）的原因，并提出改进措施（如检查碳酸钙添加、滤液细线是否细直）。
3、能通过色素层析结果，归纳4种色素的颜色、含量及溶解度规律（如胡萝卜素扩散最快、叶绿素a含量最高），熟练比较不同色素吸收光谱的差异，解释植物工厂使用红光/蓝光而非绿光光源的原理。
4、解释农业生产中温室薄膜颜色选择（如红色薄膜增强红光吸收）、LED补光策略的科学依据，能探讨白化苗死亡原因，理解光合色素对植物生存的重要性。
重点：色素提取分离实验的操作原理；叶绿体结构与功能的适配性；光合色素的吸收光谱特征。
教学重难点
难点：纸层析法原理的理解（溶解度差异）；实验异常现象的逻辑分析。
问题探讨
现代温室大棚的“神器”
红色日光灯
红色/蓝色LED灯
二氧化碳发生器
自然界中，绿色植物储存在有机物中的能量来自哪里呢？
光合作用是唯一能捕获和转化光能的途径。
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。
讨论：
1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
问题探讨
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。
讨论：
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。
问题探讨
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，则是万物生长靠太阳。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”。
无论是在植物工厂里，还是在自然界，植物捕获光能要依靠特定的物质和结构。
问题探讨
01
捕获光能的色素和结构
绿叶中究竟有哪些种类的色素呢？
1. 色素提取和分离的原理分别是什么？
2. 研磨过程中加入无水乙醇、SiO2、CaCO3的作用是什么？
3. 将滤液收集到试管中后，为什么要用棉塞将试管口塞严？
4. 滤纸条一端为什么要剪去两角？
5. 画滤液细线时应注意什么？
6. 为什么不能让滤液细线触及层析液？
自主学习：阅读课本P97-98，并思考以下几个问题
一、捕获光能的色素
探究：绿叶中色素的提取和分离
提取:
分离:
提取和分离绿叶中的色素，探究绿叶中色素的种类
用层析液分离色素
用无水乙醇提取色素
（色素能溶解在无水乙醇中）
（色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液扩散得快。）
探究：绿叶中色素的提取和分离
纸层析法
实验目的
实验原理
新鲜的绿叶（深绿色）（如菠菜的绿叶）
无水乙醇（可用体积分数95%的乙醇，加入适量无水碳酸钠，除去乙醇中水分）
层析液（20份石油醚、2份丙酮、1份苯混合而成）
二氧化硅和碳酸钙
实验材料用具
探究：绿叶中色素的提取和分离
1.提取绿叶中的色素
a.研磨:
材料:5g鲜叶
药品
SiO2
CaCO3
无水乙醇
使研磨充分
防止色素（叶绿素）破坏
溶解色素
★要求：要迅速、充分
实验步骤
b.过滤：获取绿色滤液
单层尼龙布：
滤纸、纱布会吸收色素
★注意用棉塞将试管口塞严：
防止溶剂挥发和色素分子被氧化
a.制备滤纸条：
干燥的定性滤纸
2.色素的分离（纸层析法）
1cm
铅笔线
为什么要剪去两角？
减少边缘效应，造成两边色素扩散快，保证色素带整齐。
实验步骤
b.画滤液细线
★要求：细、直、匀
注意：待滤液干后，再画一两次。
实验步骤
C.分离色素：
插滤纸条
层析液
培养皿
为何滤液细线不能触及层析液？
（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）
实验步骤
d.观察与记录：
实验步骤
观察滤纸条出现几条色度带，以及每条色素带的颜色和宽窄。
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
实验结果
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
种类 颜色 含量 扩散速度 溶解度
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色 最少 最快 最高
黄色 较少 较快 较高
蓝绿色 最多 较慢 较低
黄绿色 较多 最慢 最低
实验结果
异常现象的分析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点提取液色素带若色素提取液呈淡绿色的，其原因有若色素带颜色较浅，其原因有 阳光是由不同波长的光组成组合成的复合光，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。
光谱
三棱镜
叶绿素溶液
色素溶液
色素的吸收光谱
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
叶绿素a和叶绿素b主要吸收 ；
胡萝卜素和叶黄素主要吸收 。
蓝紫光和红光
蓝紫光
因为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。
叶片才呈现绿色的原因？
02
叶绿体的结构适于进行光合作用
（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)
基粒
叶绿体基质
类囊体
外膜
内膜
(色素)
恩格尔曼的实验1
水绵
+
需氧细菌
黑暗中
极细的光束
放在光下
无空气
需氧细菌只集中分布在叶绿体被光束照射到的部位
需氧细菌分布在叶绿体所有受光部位
黑暗
叶绿体吸收光能用于光合作用放氧。
1.通过本实验，你能得出什么结论？
2.恩格尔曼在选材实验设计上有什么巧妙之处？
1.材料：
2.条件：
4.操作：
水绵：螺旋带状叶绿体，便于观察。
好氧细菌：可以确定氧气释放的部位。
没有空气的黑暗环境排出了环境中氧气和光的干扰
用极细的光束点投射，叶绿体上分为获得光照部位和无光照部位，相当于一组对照实验。
完全暴露在光下的实验，明确实验结果是由光照引起的。
大量好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，说明什么？
说明光合作用主要吸收的是红光和蓝紫光用于光合作用，释放氧气。
恩格尔曼的实验2
资料3: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。
基粒
叶绿体基质
类囊体
外膜
内膜
(酶)
(酶、色素)
叶绿体是进行光合作用的场所。
1.关于“绿叶中色素提取和分离”实验的操作，正确的是（　　）
A. 研磨时加入二氧化硅防止色素被破坏
B. 滤纸条下端需浸入层析液以加速色素扩散
C. 画滤液细线时应连续重复3-4次确保色素量充足
D. 选用单层尼龙布过滤可避免滤纸吸附色素
D
答案与解析：D（正确）
单层尼龙布过滤可减少色素损失（滤纸吸附性强）。A错误：二氧化硅（SiO ）用于充分研磨，碳酸钙（CaCO ）才保护色素；B错误：滤液细线不可触及层析液，否则色素溶解；C错误：需等滤液干燥后重复画线，避免色素带重叠。
课堂检测
2.若滤纸条上仅出现橙黄色和黄色色素带，可能原因是（　　）
A. 未加二氧化硅，研磨不充分
B. 使用新鲜菠菜叶为材料
C. 滤液细线触及层析液
D. 未加碳酸钙，叶绿素被破坏
D
答案与解析：D（正确）
碳酸钙中和细胞液酸性，保护叶绿素；缺失时叶绿素分解，仅剩类胡萝卜素（橙黄/黄色）.A错误：研磨不充分导致所有色素带变浅；C错误：色素溶解则无任何色素带。
课堂检测
3.叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱差异主要体现在（　　）
A. 叶绿素a吸收红光能力更强
B. 叶绿素b不吸收蓝紫光
C. 两者均主要吸收绿光
D. 类胡萝卜素吸收红光效率高
A
答案与解析：A（正确）
叶绿素a在红光区吸收峰值更高，叶绿素b在蓝紫光区略高.B、D错误：两类色素均吸收蓝紫光，不吸收红光；C错误：光合色素几乎不吸收绿光（绿光被反射）。
课堂检测
4.植物工厂采用红光和蓝光LED光源而非绿光，主要依据是（　　）
A. 绿光波长易导致叶片灼伤
B. 叶绿素对绿光吸收率最低
C. 类胡萝卜素优先利用绿光
D. 绿光抑制光合酶活性
B
答案与解析： B（正确）
叶绿素对绿光吸收率极低（约5%），红光和蓝紫光吸收率高达80-90%。
其他选项无科学依据。
课堂检测
1.色素
叶绿体类囊体薄膜
位置
分类
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
叶黄素
胡萝卜素
功能
吸收、传递、转化光能
含量占1/4
含量占3/4
(蓝绿色）
（黄绿色）
（橙黄色）
（黄色）
叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
课堂小结
2.叶绿体的结构和功能
谢谢观看