捕获光能的色素和结构第1课时-2026学年高一上学期生物人教版必修1

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第4节光合作用与能量转化（第一课时）

1第5章

细胞的能量供应与利用参观植物工厂思考靠人工光源生产蔬菜有什么好处？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。同时可以根据植物生长的情况调控光源的强度和不同色光，以使蔬菜进行光合作用，产量达到最大。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。光合作用是唯一能捕获和转化光能的途径。地球上最重要的化学反应---光合作用在自然界中，万物生长靠太阳在植物工厂中，植物生长靠人工光源无论是在植物工厂还是自然界，植物捕获光能要依靠特定的结构和物质。问题2:那么植物用于捕获光能的结构和物质是什么呢？不同颜色的叶子叶片中含有哪些色素？都与光合作用有关吗？

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玉米（白化苗）玉米（正常苗）问题3: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？一、捕获光能的色素用

提取色素（色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中）。（1）提取原理无水乙醇（2）分离原理用

分离色素。层析液

绿叶中的色素在________中的________不同,溶解度高的随层析液在滤纸上的__________,反之则慢。纸层析法分离的方法脂溶性色素（易溶于有机溶剂）:原理——相似相溶探究·实践：绿叶中色素的提取和分离

(液泡中的花青素是水溶性色素)层析液溶解度扩散得快课本P98第1段溶解度高→移动溶解度低→移动快慢

1.实验原理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。实验原理分离方法：纸层析法层析液提取的色素滤纸条分离原理绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中提取原理提取：无水乙醇分离：层析液探究·实践：绿叶中色素的提取和分离二氧化硅碳酸钙层析液新鲜的绿叶无水乙醇试管架放有尼龙布的玻璃漏斗研钵培养皿干燥定性滤纸试管量筒天平

2.材料用具课本P98*可用体积分数为95%的乙醇+适量无水碳酸钠代替色素含量高20份石油醚+2份丙酮+1份苯提取绿叶中的色素制备滤纸条画滤液细线分离绿叶中的色素1、提取绿叶中的色素2、分离色素分离前的准备工作观察与记录取材研磨过滤收集

3.方法步骤3、观察与记录(1)提取绿叶中的色素：①5g新鲜绿叶→剪碎放入研钵中②向研钵中加入少许二氧化硅和碳酸钙，再放入5~10ml无水乙醇含有较多色素研磨更充分防止色素被破坏提取色素★要求：迅速、充分：防止乙醇挥发，使色素从细胞内充分释放出来分多次加入笔记

3.方法步骤中和细胞液中的有机酸，防止色素(主要是叶绿素)被破坏③过滤：获取色素滤液★注意用棉塞将试管口塞严：防止无水乙醇挥发和色素分子被氧化单层尼龙布：不能用滤纸、纱布代替，因为纱布和滤纸易吸附色素笔记课本P98右4段将研磨液迅速倒入玻璃漏斗(基部放一块单层尼龙布)进行过滤(1)提取绿叶中的色素：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①制备滤纸条：(2)色素的分离（纸层析法）：

3.方法步骤干燥的定性滤纸课本P98方法步骤2①制备滤纸条：干燥的定性滤纸1cm铅笔线要剪去两角避免层析液在边缘扩散过快，使分离出的色素带平整。笔记课本P98方法步骤2干燥的定性滤纸(2)色素的分离（纸层析法）：

3.方法步骤笔墨中的色素会也能随层析液扩散，污染从绿叶中提取的色素课本P98方法步骤2②画滤液细线★要求：细、直、齐

注意：待滤液干后，再画一两次。用毛细吸管吸取少量滤液，沿着铅笔线均匀地画出一条细线（积累更多的色素）使分离出的色素带平整不重叠

笔记判断：在画出一条滤液细线后迅速、紧接着再画一两次

×(2)色素的分离（纸层析法）：(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)防止色素溶解在层析液中导致实验失败观察不到色素带课本P98方法步骤2插滤纸条层析液培养皿③分离色素：

防止层析液挥发，因其易挥发且有毒

划线注意：不能让滤液细线触及层析液

思考：为何要盖上培养皿？(2)色素的分离（纸层析法）：

将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口.【也可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯】5.观察与记录

3.方法步骤橙黄色→胡萝卜素黄色→叶黄素蓝绿色→叶绿素a黄绿色→叶绿素b扩散速度慢快类胡萝卜素（占1/4）叶绿素（占3/4）

5.观察与记录1.滤纸条上四条色素带位置以及色素带宽窄有什么含义？溶解度的高低含量的多少色素含量溶解度扩散速度_______________较少较高较快_____较低较慢较多__________最少最高最快最多最低最慢光合色素的功能：吸收、传递、转化光能间隙较大间隙较小溶解度高低：

>

>

>

.含量的多少：

、

、

、

.胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b胡黄ab相邻间隔：笔记胡黄

间隙最大，ab

间隙最小一、捕获光能的色素

最少

较少

最多

较多记忆口诀：胡黄ab，橙黄蓝绿一、捕获光能的色素②会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为

。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。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知识拓展①应将滤液滴在a处还是b处？思考a处①研磨不充分(未加入SiO2)②提取时加入的乙醇过多③未加CaCO3，部分色素分子被破坏④所取的绿叶不新鲜或颜色不是浓绿色或称取的绿叶过少，

色素含量少⑤滤液细线画的次数不够，滤纸条上的色素含量少

6.绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析1、:收集到的滤液绿色过浅的原因2、:滤纸条上的色带颜色较浅⑥层析时，部分滤液细线已触及层析液

同上4点①滤液细线浸没到层析液中②用清水代替乙醇进行提取

6.绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析3、:滤纸条上无色素带？4、:滤纸条色素带重叠的原因①画滤液细线时，细线没有做到细直齐，滤液细线画得过粗或不整齐②滤纸条没经干燥处理③忘记画滤液细线。5、:滤纸条只有两条色素带（叶黄素和类胡萝卜素）？所用叶片为黄叶。研磨时未加碳酸钙，导致叶绿素被破坏。2.四位同学，利用新鲜绿色菠菜叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，得到了四种不同的层析结果。下列分析错误的是A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液B.乙可能是因为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.丁可能是研磨时未加入CaCO3题型1：光合色素条带分析和异常判断：题型2：试剂和操作问题：异常选材颜色较浅叶片黄化叶片对应异常条带异常操作无水乙醇过量未加SiO2未加CaCO3画线过浅细线没入层析液对应异常条带ABAABAC[辨正误](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。(

)(2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快。(

)(3)研磨时加入碳酸钙的目的是保护色素。(

)(4)研磨时加入二氧化硅(石英砂)有利于充分研磨。(

)×√×√色素提取：无水乙醇分离：层析液提取含量多→色素带宽

溶解度大→扩散快溶解度大1.(2024·辽宁沈阳重点高中联考)如图是某学生用新鲜菠菜叶进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时得到的结果。下列有关这一结果的分析，正确的是(

)DA.在研磨时加入了过量的无水乙醇B.滤液细线触及了层析液C.c代表的光合色素呈蓝绿色D.研磨时没有加入碳酸钙胡黄abA色素提取液的浓度降低，分离得到的四种色素含量都少黄色叶绿素被破坏绿叶中的色素叶绿素(含量约占3/4)类胡萝卜素(含量约占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）小结1:光合色素1.光合色素的种类和含量色素带的宽度说明:色素带离滤液细线的距离说明:说明色素的含量色素的溶解度，溶解度大的扩散速度越快记忆口诀：胡黄ab，橙黄蓝绿比较项目光合色素细胞液色素存在部位叶绿体液泡溶解性脂溶性水溶性代表种类类胡萝卜素和叶绿素花青素颜色橙黄、黄、绿红、蓝、紫颜色变化不随pH改变变化颜色随pH改变变化颜色红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。一、捕获光能的色素吸收、传递（四种色素）、转化（只有少数特殊状态的叶绿素a）光能叶绿素a:C55H72O5N4Mg叶绿素b:C55H70O6N4Mg胡萝卜素：C40H56叶黄素：C40H56O22.光合色素的功能小结2:光合色素吸收、传递和转化光能二、光合色素的吸收光谱【任务】分析资料，总结两大类色素的吸收光谱：资料1：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。如图1所示。太阳光（白光）三棱镜资料2：白光通过类胡萝卜素或叶绿素的吸收后，再由三棱镜折射出的光如图2/图3所示，说明什么？类胡萝卜素类胡萝卜素主要吸收

；叶绿素主要吸收

。蓝紫光叶绿素红光和蓝紫光课本P98最后1段

光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760nm；不同波长的光，颜色不同；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。

判断:通常，红外光和紫外光可被叶绿体中色素吸收用于光合作用

×光合色素吸收光谱

（课本P99右下角）学科交叉二、光合色素的吸收光谱课本P99（二）色素的吸收光谱①叶绿素主要吸收

和

。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

，

不吸收红光红光蓝紫光蓝紫光④绿叶中的色素几乎不吸收绿光

（但不是不吸收）塑料大棚中“薄膜颜色”与“补光类型”1.不同“薄膜颜色”的透光情况比较红色薄膜蓝色薄膜无色薄膜白光红色薄膜蓝色薄膜无色薄膜

结论：塑料大棚应选用无色薄膜知识拓展2.不同灯泡（功率相同）产生光的情况比较白光灯泡红光灯泡紫光灯泡结论：补光时应使用红灯泡或紫灯泡植物，利用光能的效率更高塑料大棚中“薄膜颜色”与“补光类型”知识拓展植物工厂为什么不用发绿光的光源？对绿光吸收最少，常运用蓝紫光、红光或白光光源3.影响叶绿素合成的三大因素：①光照②温度③矿质元素一般需要光照才能合成叶绿素。温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，低温时叶绿素分子易被破坏叶绿素中含N、Mg等矿质元素。

拓展拓展3:影响叶绿素合成的因素笔记：叶绿素在低温下易分解，类胡萝卜素较稳定生活中的现象解释思维拓展问题1:

为什么大多植物的叶片是绿色的？问题2:

为什么许多植物到了秋天叶子会变黄？物理角度：绿光吸收最少，反射得多生物角度：含有叶绿素含量高秋天、气温下降，叶绿素不稳定，低温时叶绿素分子被破坏，叶绿素的含量减少，而类胡萝卜素较稳定，所以叶片显示类胡萝卜素的颜色，叶子变黄问题4:冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？

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问题3:

枫叶为什么是红色的？秋天时，低温和植物体内积累的可溶性糖有利于液泡中花青素的形成，花青素在酸性的叶肉细胞中变成红色，而叶绿素逐渐降解，叶片呈现红色。生活中的现象解释思维拓展

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？绿藻含量最多叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光褐藻含量最多某种叶黄素主要吸收蓝紫光，反射红黄光红藻含量最多藻红素主要吸收蓝紫光，反射红光水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收高，即到达深水层的光线是短波长的光，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浅水层中水层深水层知识拓展藻类本身的颜色是反射出来的光课本P101小组讨论，回答下列问题1.叶绿体主要分布在哪些细胞内?2.所有植物细胞都含有叶绿体吗?3.在光学显微镜下,叶绿体是什么形状的?绿色植物的叶肉细胞不是，如根尖细胞不含叶绿体扁平的椭球形或球形三

叶绿体的结构适于进行光合作用课本P1001、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)②叶绿体的色素与酶位于哪里？类囊体堆叠形成基粒色素：类囊体薄膜①叶绿体通过什么方式增大膜面积？酶：类囊体薄膜、叶绿体基质三

叶绿体的结构适于进行光合作用课本P100内膜外膜基质基粒类囊体基粒与基粒之间有没有结构上的联系？色素酶极大的扩展了受光面积叶绿体除了吸收光能以外，还有什么功能吗？（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、细菌三

叶绿体的结构适于进行光合作用恩格尔曼的实验一（1）材料：叶绿体呈螺旋式带状

，便于观察a.水绵:b.需氧细菌:可以确定释放O2

的部位（二）叶绿体功能的实验验证三

叶绿体的结构适于进行光合作用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结论：叶绿体光合作用释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所恩格尔曼的实验一（二）叶绿体功能的实验验证三

叶绿体的结构适于进行光合作用

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结论：叶绿体光合作用释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所恩格尔曼的实验一（二）叶绿体功能的实验验证三

叶绿体的结构适于进行光合作用

极细光束

均匀光照笔记：没有空气黑暗的环境→排除氧气和光的干扰有光和无光形成对照再次验证实验2、恩吉尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？①实验材料选择

和

。②没有空气的黑暗环境排除了

和

干扰。③用极细的光束照射，叶绿体上可分为

和

的部位，相当于一组

实验。水绵的优点是

；需氧细菌的优点是

。④临时装片暴露在光下的实验再一次

。水绵需氧细菌叶绿体呈螺旋式带状，便于观察可确定释放氧气多的部位氧气光有光照无光照对照验证实验结果

极细光束

均匀光照恩格尔曼的实验一三

叶绿体的结构适于进行光合作用恩格尔曼的实验二大量的需氧细菌聚焦在

红光和蓝紫光

区域得出结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光

水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光

，在此波长的照射下，叶绿体会释放氧气

，适于需氧细菌在此区域分布。光三棱镜临时装片好氧细菌水绵好氧细菌（二）叶绿体功能的实验验证三

叶绿体的结构适于进行光合作用结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光结论：氧是由叶绿体释放出来的，

叶绿体是光合作用的场所。

极细光束

均匀光照（二）叶绿体功能的实验验证三

叶绿体的结构适于进行光合作用综合上述两个实验可以得出：叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2反射绿光，吸收红、蓝紫光红藻绿藻褐藻反射红光，吸收蓝紫光较多波长长波长短，能到达深海区域反射黄光，吸收蓝紫光、绿光波长适中绿藻褐藻红藻不同藻类的吸收光谱总结

：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

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？知识拓展小结光合作用与能量转化探究·实践1绿叶中色素的提取与分离二氧化硅:使研磨充分碳酸钙:保护色素无水乙醇溶解色素画滤液细线:细、直、齐制备滤纸条:一端剪去两角:使扩散均匀绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。叶绿体的功能:叶绿体能吸收特定波长的光，用于光合作用并释放出氧气。巧记口诀:石英砂,破细胞；碳酸钙,防破坏；乙醇提,层析分。绿体的结构适于进行光合作用巧记规律：①顺序:胡黄ab,橙黄蓝绿黄绿;②含量:ab多,胡黄少;

③速度:胡跑最快,b在最后。×[辨正误](1)植物叶片呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。(

)(2)没有叶绿体的生物无法进行光合作用。(

)(3)植物细胞都含有叶绿体。(

)(4)在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中。(

)×××①叶绿素含量高

②吸收绿光少

蓝细菌没有叶绿体也可以进行光合作用。植物的根部细胞、表皮细胞不含叶绿体。液泡中的花青素不能进行光合作用【

学以致用

】A4.(2024·南京师大附中期中)如图为叶绿体亚显微结构模式图。下列关于其结构与功能的叙述，正确的是(

)P92A.该结构与植物细胞的能量转换有关B.①主要由纤维素构成C.吸收光能的色素主要分布在②上D.与光合作用有关的酶只位于④中外膜内膜基粒叶绿体基质能量转化站：叶绿体、线粒体由磷脂和蛋白质组成色素：类囊体薄膜

酶：类囊体薄膜和叶绿体基质③③④D3.(2024·湖南雅礼中学模拟)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低以适应环境。如图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是(

)A.①和②主要分布在叶绿体的内膜上B.利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端C.植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光D.弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用ab类囊体薄膜①反射二

叶绿体的结构适于进行光合作用

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？光三棱镜临时装片好氧细菌水绵好氧细菌6.综合上述分析